白皮书
如何构建低本钞票无线网络及nRF与Zigbee比照
1、低本钞票，低电流，低活动率的网络
在工业和国内的仪器仪表操纵等领域，人们对智能开发，自我形成的数据网络方面的喜好与日俱增。关于如此的网络最全然的应用是数据采集，如抄表，参数显示，温度，压力，运动等。而一些操纵元件也包含在所设想的功能内。 这并不是一个新的方式，事实上，这种应用程序差不多存在。关于这种类型科技大规模应用的真正阻碍历来确实是根基电流消耗和单位本钞票。Nordic半导体公司差不多公布的“E〞系列智能收发器关于这些挑战提供了无与伦比的解决方案。
2、挑战——小规模的独立智能方案
今日的要紧挑战是什么？利用无线方案解决的应用是典型的低传输活动率设备，例如温度操纵器，报警和其他基于合理的偶发事件或轮询系统的触发信息交换的单位。因此，要开展一 个能实现这些功能的系统，独立的智能技术在所有网络节点中根基上必需的。然而，有一个权衡利弊的行为要在那个地点得到解决。以蓝牙技术为例，由于它固有的设计，存在延迟以及电流消耗过多等咨询题。单位本钞票实际上也从来没有下落到“奇异的〞美元。这也有效排除了蓝牙技术作为这些应用的解决方案。
Zigbee的TM是另一个推举的解决方案，但截至2005年5月，尚未一个被批准的标准。该系统差不多要求一个主节点要有32K到128K的堆栈大小，而这一数字也是只增不减。Nordic半导体开发的“E〞系列设备目前可谓一个完美的在性能和本钞票方面适合的专有网络。其包括一个收发器系统，该系统结合MAC层地址和CRC纠错。此外，单独的该设备还存放4K的8051微操纵器和一个9通道，10位ADC和一个脉冲宽度调制。这关于开发简单的星形或树形网络以及实施应用程序的功能来讲差不多足够了。经济上可行产品的要害是要获得足以实现可靠的无线功能的复杂度和简洁性之间的平衡，同时还要保证目标本钞票和电流消耗落至最低。 3、ZigBeeTM和
Zigbee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准。它出现的时刻较短，2004年底才由
Zigbee联盟公布了1.0版本标准，尚未进进大规模的商业化生产和应用;然而，它的上升势头十清楚显，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司在今年4月通过了Zigbee联盟对其产品所作的测试和兼容性验证。估量从2006年开始，基于Zigbee的无线通信产品和应用会迅速得到普及和高速开展。
Zigbee一词源自蜜蜂在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，到达交换信息的目的。能够讲是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线〞的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低本钞票、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含寓意。 IEEE802.15.4网络是指在一个POS内使用相同无线信道并通过IEEE802.15.4标准相互通信的一组设备的集合，又名LR-WPAN网络。在那个网络中，依据设备所具有的通信能力，能够分为全功能设备和精简功能设备。FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都能够通信。RFD设备之间不能直截了当通信，只能与FFD设备通信，或者通过一个FFD设备向外转发数据。那个与RFD相关联的FFD设备称为该RFD的协调器。IEEE802.15.4是ZigBee,WirelessHART,和MiWi标准的根底。
目前有待引进进进市场的ZigBee设备以及与他相关的有些混乱。将ZigBeeTM和区不开来
那么显得特不重要。I标准针对的是处于2.4GHz,868MHz以及915MHz的射频物理层和MAC〔介质访咨询〕层。停车场闸机ZigBee差不多那个标准作为它自身通信标准的根底，然而他们并不是同一个，而是单独出现的硬件和软件方面的实体。因此，要理清当前情形，以为标准的收发器被生产出来进行操作。另外，一个ZigBeeTM栈通常由外部微操纵器或处理器的独立厂商来实施。
4、互操作性咨询题
目前有统一标准的趋势，而那个标准能够保证整个行业不同需求商产品之间的无缝操作性。蓝牙技术正是为这以目标实现而努力的成果，现在蓝牙已被认为是一个成熟的技术，但其操作性咨询题仍然没有完全解决。蓝牙的制定标准有严格的资格审查程序，而这能确保应用的互操作性实现，而ZigBee目前没有如此的要求。现实的挑战是如何确保你的家用温度操纵器能够使用同一种第三方机器语言。确实会有兼容性咨询题出现，而且产品存在着有违规装置的风险。总之，没有资格的标准会为奸商翻开生产廉价、兼容性差、不合格产品的方便大门。许多开发人员会更喜爱有自己的专有系统，同时融进需求商的理念，如此能制造出更多消费者情愿购置的产品。让客户选择其他竞争对手的产品会损害制造商的
利益。像ZigBee那样坚持保障体的利益是一种 责任更为自己制造了更好的时机。在开发人员设计过程中，标准能够限制和减少提需求应用程序的自由度。产品制造商将不得不考虑竞争对手所有可能的设备，这些设备可能与他们自己的系统相连接。要是由其他需求商的接口是无效的，那将会落低整体通信系统的效率。
5、带宽效率
是基于直截了当序列扩频〔DSSS〕技术。直截了当序列扩频技术具有良好的抗干扰能力强的特点，但这并不是免费的。扩频编码的方式，是以每更多比特传输数据的带宽消耗为代价来提高抗干扰能力。关于2.4GHznRF24xx设备来讲，1MBS通道占用宽度为1MHz，带宽效率为1位/Hz。关于IEEE标准设备来讲，比特率为250kbs，超过带宽。因此nRF24x1设备支持支持83个防冲撞独立频道，而不是依据方案提供的16个独立通道。
20kbs的信道。相比之下，nRF905的能够支持7个速率为50kbs的独立信道。这两个信道分配和相关速率等数据如图图1a和图1b所示。
图1a–Nordic
图1b–NordicNRFTM和ZigBeeTM为868MHZ的信道分配
nRF24xx和nRF9xx系列差不多开展到能够使用MAC层协议来处理芯片。与此同时，它也维持尽可能轻便，以确保在空中运行的最少时刻。设备的传输包和一个典型的低数据速率NRF数据包能够讲明这一点。举个例子，要是使用32位的有效载荷组成一个16位温度读数，还包括操纵字节的有效载荷信息。要封装到一个包，需要有一个额外8位的前序编码，以及32位寻址码和8位CRC校验码，如此数据包所需的数据总共是72位。而同样的信息传输那么需要152位。
Nordic半导体NRFTM设备的包组装部件为：
8位前序编码
32位地址ID
32位数据净负载
8位CRC校验码
在IEEE标准下，使用同一个包功能的兼容设备需要包括以下局部：
32位前序编码
8位限制帧
8位帧长
16位操纵帧
焊接三通
32位地址认证
32位数据净负载
16位校验帧
该例子列出了典型的通信包，该包以低数据速率和低活动率〔网络数据的有效载荷为32位〕进行传输。关于一个典型的短距离设备，nRFTM设备高出4倍。所需电池量的12.5％。同样重要的是，NRFTM设备在空中的时刻也仅为IEEE的12.5％，这将反过来减
少碰撞发生的概率。图2显示了作为一个数据包大小为nRF24xx和ZigBeeTM替代品功能的通信效率。那个例子没有考虑到一个与导致的更大的电流消耗。
图2–通信效率：nRFTM与ZigBeeTM设备比照〔一个通信包有效载荷的百分比〕
6、系统在设计方面的紧凑性
nRFTM“E〞系列设备无可对比的紧凑高集成度成为必需的要害应用。整个系统能够由一个钮扣电池来供电同时实现数据应用，而这是典型的ZigBeeTM的目标。一个如图3所示具有完整功能的系统可用不小于20mm×15mm的印痕来完成设计。所有“E〞系列器件芯片上具有ADC的功能，以及与外界相接的用来提供充足数据的数字化接口，不管是模拟数据或是数字数据。因此我们能够瞧到，整个系统由射频物理层到应用软件能够由一个简单的单一设备单位来完成。
图3——一个单一系统设备的逻辑布局〔Nordic半导体“E〞系列〕
另外，当前ZigBee解决方案是在一个设备中使用物理层和MAC层，同时处理和应用程序的功能在一个独立的中等规模的单片机中完成。而这有更大的电流需求，同时印迹也会超过
Nordic半导体的nrftm“E〞系列设备。
图4——典型的ZigBeeTM系统
7、通信的可靠性
具有独立节点的无线网络将不可防止地碰到因试图在同一时刻重叠通信沟通的节点包而造成的碰撞。碰撞的概率是由网络中的独立节点的数目，轮询/报告频率，传输数据速率和实际大小/格式来决定的。在相同频段下的其他无线设备的工作也将增加碰撞的概率，并可能造成破坏性的干扰。设备和nRFTM设备有不同的方法在有碰撞环境下实现可靠的通信。是基于公差带内噪声的DSSS拓扑技术。这意味着，这种装置能够处理一定量的没有数据丧失的同一信道的干扰。DSSS收发器在噪声下运行的性能依靠于干扰器的功率和噪声特性以及DSSS收发器的处理增益。另外，收发器前端的质量碍事着整体的性能。应当指出的是，DSSS收发器经常能够免受噪声的干扰是一种误解，因为它尽不能免疫带内噪声。在欧洲868MHz频段的频率限制使得在处理增益方面有一定的局限性，这导致其与传统的DSSS系统相比有更低的噪声容限。在这方面最突出的是具有较低数据速率DSSS，由于持续时刻较长的数据包，而具有更好的整体性。因此，这也导致了更多的电流消耗。另一个
咨询题是在868MHZ的单通道带的网络系统处理顶峰周期的能力下落。
玻璃精雕机
nRFTM设备那么是基于一个完全不同的方式。它的理念是在尽可能高的数据速率带宽高效调制途径下传输数据。其结果是更快的数据传输速率导致更少的无线媒介占用，同时也准许更多的替代传输通道的数量以防止干扰和顶峰周期的出现，代价那么是对窄带干扰的承受能力更差。然而，应该指出的是，占用带宽特别窄是由于GFSK的调制。由于数据速率的提高，数据碰撞的概率也相应减少。碰撞要是能被提早发现，数据那么能够即时或稍后通过其他途径进行转移。由于较短的传输时刻，电池功耗也会落至最小。
8、总结
本文尝试着从功能上总结一下标准和ZigBeeTM协议栈之间的区不。一个明显的典型的事实是，是在硬件上收发器的根底上实现的，然而ZigBeetm是在上述提到的由中等规模微操纵器操纵收发器的根底上实现的。抛开那个区不不讲，关于基于的可兼容的收发器和Nordic半导体nRF24xx以及nRF9x5“E〞设备之间的其它差异来讲，Nordic半导体的设备将收发器和带有10位模数转换器的小型微操纵器合并在一起。我们所设想的具有低数据速率，低活动性的传感器网络的功能是提供可靠通信的前提，而为它提供能量的电池的耐久
力那么是以年而不是月来计算的。差不多被证实的是，典型的NRFTM系列设备能够同时拥有仅仅相当于设备12％的电流消耗和无线播送的时刻周期。关于nRFTM'E'ei硅钢片设备来讲，一个重要的因素是其操作电源电压差不多能够下落到的水平。这讲明其准许容忍的压落为一个典型的2×AAA电池组的，而一个标准的操作电压为的设备无法承受只有0.3V的压落。这一事实也将在为实现以年计的电池寿命而努力的过程中扮演要害的角。
双模单待设备和nRFTM设备有不同的方法来实现可靠通信，而在如此通信环境中的碰撞和干扰是能够预料到的。标准的设备是基于较高的干扰容限，而NRFTM设备那么是基于持续时刻较短的数据传输和高频率的灵活性。
通过性能测试的结果讲明，功能强大的、可靠的以及低电流消耗的系统能够在NordicnRFTM设备上实现。内螺旋涡流金属分选机
