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无线工业网络选择技巧
[2007.4.1]
作者：Vince Stueve，Micrel公司

作为一种标准，ZigBee（即802.15.4）是行业目前在许多低功率低数据速率无线通信应用领域的选择。但是，在某些情况下，802.11 WLAN非常适合高数据速率的通信，并且许多应用目前需要更长的工作距离和电池寿命，本文主要讨论了无线工业网络领域的选择。

在无线网络中，系统资源随着数据速率的增加而增加。手机或802.11 WLAN协议对于多数嵌入式应用都不好用，原因在于功耗和代码规模要求（典型的802.11 WLAN网络需要多达1MB程序存储器供运行中的节点使用）。但是，温度、压力、传动的远程监视等许多任务的确需要802.11 WLAN的相当大的功耗和代码规模。

ZigBee协议对代码空间的需求较小（32KB至70KB），并且工作距离适中（10m至100m）。这些特性使ZigBee成为工业联网的强有力候选方案。ZigBee的主要优点之一是其“网状”能力，网状网允许报文在节点之间传递，即便任何节点失效或掉线，报文仍能到达目的地。话虽如此，但网状网需要复杂的分组处理，因此需要更多程序存储器（图1）。

ISM频带专有网络
工作在ISM（工业、科学、医学）频带的专有网络，包括温度、压力、传动的远程监视等应用在内，利用ISM频带专有网络得到了有力的支持。利用ISM频带专有网络的各种技术的工作距离或范围比用ZigBee、蓝牙或WLAN能实现的距离或范围大得多，图2比较了几种无线网络的工作范围与技术对比情况。

ZigBee和ISM频带专有网络的功耗几乎与温度、压力、传动类数据的远程监视所需功耗相等。ZigBee节点依靠一对AA电池能工作大约一年，而使用专有ISM频带协议的节点利用相同电源能轻松持续工作10年之久。

利用DSSS（直接序列展频）、O-QPSK（偏移正交相移键控）调制方案，ZigBee 802.15.4系统的全球频率是2.4GHz。在美洲，还允许在915MHz DSSS使用ZigBee无线电设备，在欧洲则是868MHz DSSS。这些频率使用BPSK（二进制相移键控）作为调制方案，多数ZigBee设备目前是2.4GHz。由于2.4GHz频带在全球用于许多无线标准，并且由于微波炉的使用，因此该频带变得日益拥挤。不太拥挤的ISM频带——915MHz、868MHz甚至433MHz，则为拥挤的2.4GHz无线选择提供了替代品。

2.4GHz频率的天线波长比915MHz或更低的频率更短，这就是为什么许多WLAN路由器需要两根天线（处于5.6GHz的802.11g甚至需要三根）的原因。反射和多路径导致了2.4GHz传输中的零位，利用915MHz等较低频率实现的网络没有表现出那么多的多路径和零位，因此用一根天线工作得很好，可用一根板上带状线PCB天线来实现915MHz或更低频率的许多应用。天线的减少有助于降低总体系统成本，并且是为什么2.4GHz之外的网络经常凭借其低成本和距离较长的工业网络而被选中的另一个原因。

调制方案
ISM频带中的选择包括利用OOK（通断键控）、ASK（幅移键控）和FSK（频移键控）调制方案的专有射频网络。它们提供了工程师无法忽视的好处。310MHz至950MHz频带的收发器能执行ISM频带中的许多RKE（遥控无钥匙进入）和双向无线网络协议。

例如，Micrel公司提供普通C源代码，这是一种符合FCC 15.247的协议，用于通过MICRF505 FSK收发芯片实现跳频展频(FHSS)。该软件利用25次跳频实现250kHz带宽中的FHSS调制。上述芯片具有板上功率放大器(PA)，后者在没有外部收发开关的情况下实现了对天线的-3dBm至+10dBm传输，在高达10dBm利用这套产品的板上PA时，可在高达200Kbps的数据速率轻松达到300m距离。

在无线工业网络中，应用和环境最终决定了哪类网络会获胜，频率、协议、功耗是决策过程中的关键因素。802.11、ZigBee甚至诸如MicrelNet之类的专有方案等各种协议均能共存，各自满足行业中的特定需要。

作者简介
Vince Stueve拥有20多年的管理和高科技经验。他在过去10年是作为现场应用工程师，在支持客户方面担负日益重要的责任，重点是模拟、电信、联网、射频产品。他在Micrel公司已工作了三年，目前是现场应用工程师，负责支持美国中南部、墨西哥、南美市场的客户。在加盟Micrel公司之前，Stueve曾作为设计工程师为德州仪器公司和Abbott Labs工作，还曾作为现场应用工程师在安富利公司和Insight公司工作。他从维奇托州立大学获得了电气工程学士学位，并撰写了若干技术杂志文章。如需更多信息，请与Micrel公司联系，地址：2180 Fortune Dr., San Jose, CA 95131; (408) 944-0800；网址：www.micrel.com。

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