基于6LoWPAN协议微控制器的解决方案

许多权威人士预测，传感器和执行器等智能对象网络在节点数量方面将比以IT为中心的网络快得多。显然，我们在Wi-Fi中拥有以计算机为中心的家庭数据网络的事实上的标准，并且还有可以承载计算机数据的电力线，有线和电话线网络。缺少的是一个成本低得多的网络，其轻量级协议可以在从洗衣机到恒温器到娱乐设备（如音乐播放器）的设备中实现。

现在看来，业界正朝着6LoWPAN（IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Networks）协议迈进，作为与IPSO（智能对象互联网协议）联盟支持的公司和行业组织的网络标准使嵌入式处理节点可以通过Internet直接访问的技术。虽然在广泛部署之前还有待解决的问题，但设计团队现在可以使用随时可用的微控制器（MCU）和软件堆栈开始研究基于6LoWPAN的产品。

IEEE 802.15.4网络

ZigBee无线网络已经准备好用于家庭自动化，尽管它在商业和工业应用中取得了更大的成功。 ZigBee依赖于IEEE 802.15.4标准，该标准定义了可以在低于1GHz或2.4GHz频带中工作的无线网状网络。术语网格意味着网络上的所有节点不必与中央接入点直接接触或在中心接入点的范围内。网络上的每个设备都充当转发器，重传数据包。但是，802.15.4标准仅定义位于网络堆栈底部的物理和媒体访问层。它不包括网络协议或更高级别特征的定义，这些特性可能包括特定于应用程序的元素，例如用于管理HVAC系统和恒温器的应用程序层协议。

ZigBee社区在802.15.4之上添加了自己的协议层。此外，ZigBee现在有针对特定类型应用（如HAVC控制）的标准。但ZigBee不会将网络节点直接暴露给Internet。您当然可以将ZigBee网络连接到数据网络，并允许通过Internet进行远程访问。但是这种支持并不是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，从而实现智能对象直接连接到Internet。十年前，许多人担心我们会耗尽32位的IPv4地址用于计算机，当然IPv4绝不会支持预测的连接智能对象的冲击。 IPv6使用128位地址字段，可以支持3.4x10 38 唯一设备。 IPv6和6LoWPAN对于将日常设备连接到Internet至关重要。

6LoWPAN协议设计用于802.15.4网络之上，这是近期的主要使用模式。肯定会有将6LoWPAN和ZigBee集成在一起的实现。谷歌正在研究1 GHz以下的更简单的网状网络，它可以在开源的基础上提供，作为其Android @ Home计划的一部分。据推测，6LoWPAN将成为该网络的首选协议。

6LoWPAN快速入门

现在可以使用MCU和软件堆栈来支持802.15.4网络的6LoWPAN开发。例如，德州仪器（TI）最近宣布推出一些集成为片上系统产品的IC，这些产品集成了基于MPS430的MCU和无线收发器。 CC430F5137和CC430F6137（图1）均包括一个16位MPS430内核，32 KB闪存，4 KB RAM，一个12位A/D转换器，用于安全性的AES-128加密引擎以及其他各种外设。图1描绘了该架构。 CC430F6137为外设混音增加了一个LCD驱动器。 TI提供由Sensinode开发的名为NanoStack的6LoWPAN堆栈。

图1：德州仪器的CC430F5137和CC430F6137 IC将基于MPS430的MCU与低于1 GHz的MCU相结合802.15.4收发器和后者增加了一个LCD驱动器。

这两款TI IC均集成了一个收发器，该收发器本质上是CC1101低于1GHz的收发器，该收发器也作为独立IC销售。收发器包括CPU接口，包处理器，调制解调器和合成器。该收发器可在315，433，868和915 MHz频段内工作，使其可用于全球大多数国家的ISM（工业，科学和医疗）分配频谱。

Atmel是另一家拥有6LoWPAN支持的供应商。 ATMEGA128RFA1系列IC结合了8位AVR系列MCU，128 KB闪存和2.4 GHz频段802.15.4收发器。该公司拥有自己的6LoWPAN堆栈，名为RUM（Route Under MAC）。此外，Atmel还提供ATAVR128RFA1-EK1开发套件，您可以使用它来试验基于802.15.4的设计。该套件包括一对基于ATMEGA128RFA1 MCU的威廉希尔官方网站 板。 Digi-Key还拥有一个专注于ATMEGA128RFA1无线MCU的产品培训模块，设计人员可以查看该模块以了解IC的全部功能。

恩智浦半导体不仅提供支持6LoWPAN的产品，还在2011年10月12日举行的名为“物联网”的IPSO联盟活动中提供了该技术的公开演示。演示包括控制6LoWPAN的Android和iPad平板电脑 - 启用灯和电源插座以及专用的基于6LoWPAN的显示和控制面板。

恩智浦目前支持6LoWPAN和JN5148 IC，它集成了32位RISC处理器和2.4 GHz无线电（图2）。该公司有一个名为JenNet-IP的基于6LoWPAN的软件堆栈，它为基本的6LoWPAN协议增加了一些管理功能。

图2：恩智浦集成了2.4GHz收发器在JN5148无线MCU中，通过其JenNet-IP软件堆栈提供6LoWPAN支持。

经过多次错误启动后，也许6LoWPAN可以真正推动家庭自动化网络向前发展。该技术当然可以为消费者提供便利。通过HAVC系统，照明，主要设备和其他设备的程序化控制，它可以实现真正的节能。此外，还有一长串对该领域感兴趣的主要公司，包括此处提到的公司以及IPSO联盟成员的深度名册。谷歌的兴趣冷淡推动了事情向前发展。嵌入式设计团队的最佳新闻是，启动基于6LoWPAN的设计所需的工具现在可以通过软件支持随时使用。