基于6LoWPAN協(xié)議微控制器的解決方案

許多權(quán)威人士預(yù)測，傳感器和執(zhí)行器等智能對象網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點數(shù)量方面將比以IT為中心的網(wǎng)絡(luò)快得多。顯然，我們在Wi-Fi中擁有以計算機為中心的家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的事實上的標準，并且還有可以承載計算機數(shù)據(jù)的電力線，有線和電話線網(wǎng)絡(luò)。缺少的是一個成本低得多的網(wǎng)絡(luò)，其輕量級協(xié)議可以在從洗衣機到恒溫器到娛樂設(shè)備（如音樂播放器）的設(shè)備中實現(xiàn)。

現(xiàn)在看來，業(yè)界正朝著6LoWPAN（IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Networks）協(xié)議邁進，作為與IPSO（智能對象互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）聯(lián)盟支持的公司和行業(yè)組織的網(wǎng)絡(luò)標準使嵌入式處理節(jié)點可以通過Internet直接訪問的技術(shù)。雖然在廣泛部署之前還有待解決的問題，但設(shè)計團隊現(xiàn)在可以使用隨時可用的微控制器（MCU）和軟件堆棧開始研究基于6LoWPAN的產(chǎn)品。

IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)準備好用于家庭自動化，盡管它在商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中取得了更大的成功。 ZigBee依賴于IEEE 802.15.4標準，該標準定義了可以在低于1GHz或2.4GHz頻帶中工作的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。術(shù)語網(wǎng)格意味著網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點不必與中央接入點直接接觸或在中心接入點的范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都充當轉(zhuǎn)發(fā)器，重傳數(shù)據(jù)包。但是，802.15.4標準僅定義位于網(wǎng)絡(luò)堆棧底部的物理和媒體訪問層。它不包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或更高級別特征的定義，這些特性可能包括特定于應(yīng)用程序的元素，例如用于管理HVAC系統(tǒng)和恒溫器的應(yīng)用程序?qū)訁f(xié)議。

ZigBee社區(qū)在802.15.4之上添加了自己的協(xié)議層。此外，ZigBee現(xiàn)在有針對特定類型應(yīng)用（如HAVC控制）的標準。但ZigBee不會將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點直接暴露給Internet。您當然可以將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并允許通過Internet進行遠程訪問。但是這種支持并不是ZigBee所固有的。

6LoWPAN工作的根本在于向基于IPv6的全球唯一IP地址提供任何需要的IP地址，從而實現(xiàn)智能對象直接連接到Internet。十年前，許多人擔心我們會耗盡32位的IPv4地址用于計算機，當然IPv4絕不會支持預(yù)測的連接智能對象的沖擊。 IPv6使用128位地址字段，可以支持3.4x10 38 唯一設(shè)備。 IPv6和6LoWPAN對于將日常設(shè)備連接到Internet至關(guān)重要。

6LoWPAN協(xié)議設(shè)計用于802.15.4網(wǎng)絡(luò)之上，這是近期的主要使用模式?？隙〞袑?LoWPAN和ZigBee集成在一起的實現(xiàn)。谷歌正在研究1 GHz以下的更簡單的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，它可以在開源的基礎(chǔ)上提供，作為其Android @ Home計劃的一部分。據(jù)推測，6LoWPAN將成為該網(wǎng)絡(luò)的首選協(xié)議。

6LoWPAN快速入門

現(xiàn)在可以使用MCU和軟件堆棧來支持802.15.4網(wǎng)絡(luò)的6LoWPAN開發(fā)。例如，德州儀器（TI）最近宣布推出一些集成為片上系統(tǒng)產(chǎn)品的IC，這些產(chǎn)品集成了基于MPS430的MCU和無線收發(fā)器。 CC430F5137和CC430F6137（圖1）均包括一個16位MPS430內(nèi)核，32 KB閃存，4 KB RAM，一個12位A/D轉(zhuǎn)換器，用于安全性的AES-128加密引擎以及其他各種外設(shè)。圖1描繪了該架構(gòu)。 CC430F6137為外設(shè)混音增加了一個LCD驅(qū)動器。 TI提供由Sensinode開發(fā)的名為NanoStack的6LoWPAN堆棧。

圖1：德州儀器的CC430F5137和CC430F6137 IC將基于MPS430的MCU與低于1 GHz的MCU相結(jié)合802.15.4收發(fā)器和后者增加了一個LCD驅(qū)動器。

這兩款TI IC均集成了一個收發(fā)器，該收發(fā)器本質(zhì)上是CC1101低于1GHz的收發(fā)器，該收發(fā)器也作為獨立IC銷售。收發(fā)器包括CPU接口，包處理器，調(diào)制解調(diào)器和合成器。該收發(fā)器可在315，433，868和915 MHz頻段內(nèi)工作，使其可用于全球大多數(shù)國家的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療）分配頻譜。

Atmel是另一家擁有6LoWPAN支持的供應(yīng)商。 ATMEGA128RFA1系列IC結(jié)合了8位AVR系列MCU，128 KB閃存和2.4 GHz頻段802.15.4收發(fā)器。該公司擁有自己的6LoWPAN堆棧，名為RUM（Route Under MAC）。此外，Atmel還提供ATAVR128RFA1-EK1開發(fā)套件，您可以使用它來試驗基于802.15.4的設(shè)計。該套件包括一對基于ATMEGA128RFA1 MCU的電路板。 Digi-Key還擁有一個專注于ATMEGA128RFA1無線MCU的產(chǎn)品培訓(xùn)模塊，設(shè)計人員可以查看該模塊以了解IC的全部功能。

恩智浦半導(dǎo)體不僅提供支持6LoWPAN的產(chǎn)品，還在2011年10月12日舉行的名為“物聯(lián)網(wǎng)”的IPSO聯(lián)盟活動中提供了該技術(shù)的公開演示。演示包括控制6LoWPAN的Android和iPad平板電腦 - 啟用燈和電源插座以及專用的基于6LoWPAN的顯示和控制面板。

恩智浦目前支持6LoWPAN和JN5148 IC，它集成了32位RISC處理器和2.4 GHz無線電（圖2）。該公司有一個名為JenNet-IP的基于6LoWPAN的軟件堆棧，它為基本的6LoWPAN協(xié)議增加了一些管理功能。

圖2：恩智浦集成了2.4GHz收發(fā)器在JN5148無線MCU中，通過其JenNet-IP軟件堆棧提供6LoWPAN支持。

經(jīng)過多次錯誤啟動后，也許6LoWPAN可以真正推動家庭自動化網(wǎng)絡(luò)向前發(fā)展。該技術(shù)當然可以為消費者提供便利。通過HAVC系統(tǒng)，照明，主要設(shè)備和其他設(shè)備的程序化控制，它可以實現(xiàn)真正的節(jié)能。此外，還有一長串對該領(lǐng)域感興趣的主要公司，包括此處提到的公司以及IPSO聯(lián)盟成員的深度名冊。谷歌的興趣冷淡推動了事情向前發(fā)展。嵌入式設(shè)計團隊的最佳新聞是，啟動基于6LoWPAN的設(shè)計所需的工具現(xiàn)在可以通過軟件支持隨時使用。