在开发2.4 GHz ZigBee®无线网络运用时，规划工程师一般会面对体系切割的挑选：对ZigBee的衔接性及网络处理处理计划而言，最佳的整合层级为何？从效能、功耗及本钱的视点来看，何者是最适合的挑选——是将2.4 GHz无线收发器及处理中心整合为单芯片处理计划的ZigBee体系单芯片（SoC）比较好？仍是具有独立收发器及主处理器的离散式计划较佳？
在处理这些问题之前，先让咱们仔细分析ZigBee技能。依据IEEE针对低功率无线网络所推出的802.15.4 MAC/PHY规范，ZigBee凭仗添加网状网络协议及运用文件档案来扩展IEEE 802.15.4，让各设备之间能够彻底相互操作。ZigBee运用高牢靠、可扩大的网状网络协议，可支撑数千个节点。ZigBee运用文件档案则针对家庭/商业自动化、才智动力、健康医疗及零售设备界说共通言语。ZigBee也供给设备的测验及认证，以保证从射频到运用层的相互操作性。
针对传感及操控网络，ZigBee已被规划为高度牢靠、低本钱、低功率的无线网络处理计划。体系分区的挑选终究将对ZigBee处理计划的网络效能、功耗及本钱形成极大的影响。
体系分区
图1显现三种根本的体系分区挑选：ZigBee体系单芯片、ZigBee网络协同处理器（NCP）加上主处理器，以及ZigBee收发器加上主处理器。
在体系单芯片的规划中，IEEE 802.15.4的规范，射频是嵌入式处理器的一个外设，一切的封包处理及运用处理都在单芯片内履行。体系单芯片一般会包含微处理器的硬件外设 ，以支撑运算负荷深重的功用，例如AES（高档加密规范）的加密。
在网络协同处理器（NCP）的规划中，ZigBee协议栈是在射频及网络处理器芯片上运作，然后运用其SPI或UART接口衔接至主处理器。主处理器仅处理那些被设备运用传送或接纳的封包。至于那些路由封包的处理，包含安全处理，则是在网络处理器上进行，毋需中止主处理器。因而，SPI或UART处理时刻的影响仅会发生在封包的来历或目的地。
一个ZigBee收发器仅包含RF收发器及要害时序的MAC/PHY功用，主处理器则支撑MAC的上层、网络协议及运用编码。一切的封包都有必要传送至主处理器进行处理。仅进行路由的那些封包则会被传送至主处理器后再回来至射频端，以进行再次传输，根本上是经过UART或SPI接口进行。一般AES加密的运作是在收发器芯片上履行；因而需求额定的UART或SPI传输来支撑安全处理。
图1：ZigBee体系分区挑选
网络功用
体系规划有必要考虑吞吐量（throughput）及推迟（latency），以保证网络可契合产品的规划方针。吞吐量是用来丈量网络可支撑多少的数据传输量，这是十分要害的目标，用来测定网络的扩大性。推迟则是丈量节点间的消息传输速度，这也是十分要害的目标，用来测定网络的呼应才能。吞吐量及推迟都与组件切割有关，体系架构有必要归入考虑。
ZigBee是一种复合式的网状网络协议，包含保持在发动状况的路由器中枢，以及一般是在睡觉状况中的终端设备。路由器担任在终端设备间；或是从终端设备至中心操控器传递消息。ZigBee网络的吞吐量及推迟会与路由器处理数据封包及将它们传送至恰当目的地的速度有关。
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路由器的功率与体系分区有关。若体系运用体系单芯片或网络协同处理器，则能够在不唤醒或中止主处理器的情况下处理一切的路由，封包一般会在5-10 ms内被传送。若体系运用收发器，则这个收发器就有必要唤醒或中止主处理器去处理每一个封包。这样的唤醒或中止推迟时刻或许会大于100 µs。此外，数据封包有必要在收发器和主处理器之间传送。ZigBee封包或许大至127字节（1016位），以一般的SPI/UART数据传输率传送一个封包至处理器后再回来收发器，或许需耗费0.5-4 ms。ZigBee在MAC及网络层、有时甚至在运用层都会运用AES加密。假如主处理器或收发器都未支撑高效AES加密，则或许需求额定的UART或SPI数据传输。
图2显现体系切割关于小型5字节有用负载的网络效能的影响，其间仅ZigBee收发器有支撑AES加密。在运用体系单芯片或网络协同处理器的网络中，单一中继点（hop）的推迟为10 ms，在运用收发器的网络中则是20 ms。由于每个节点需求花费两倍的时刻去处理一个封包，因而运用收发器的网络吞吐量会削减50%，这会让可支撑设备的最大活动数量折半。针对那些极为注重时刻的运用，例如照明，推迟的添加将约束可答应的中继点最大数量，如此会下降网络的扩大性及牢靠性。
图2：推迟vs.体系切割
功耗
ZigBee通讯协议的规划，是为了让休眠中的设备可操控其电池寿数。休眠中的设备会设定自己唤醒及与网络互动的时程，让规划人员能在电池寿数及数据更新之间获得恰当的平衡。此外，当本来休眠中的终端设备唤醒时，ZigBee协议毋需再次进行同步化，因而能够很有功率地将数据传送至源头。
在ZigBee网络中，最重要的功耗目标是终端节点的电池寿数。由电池供电的终端节点一般会处于休眠状况，仅会定时唤醒查看是否有任何有用的数据自网络传送过来。当电池供电的终端设备处于休眠状况时，电力耗费主要是由漏电流所形成。
在数据传输期间，电池供电的终端设备有必要唤醒处理器、发动收发器、履行清晰的信道评价、传送数据要求、接纳赞同，并且或许还要接纳来自网络的数据。这些功用大部分是在MAC层履行，无需与网络仓库互动。若网络有数据要传送给终端节点，则将数据由路由器传送至终端节点所需的时刻，便和体系分区有关。若此路由器是一个体系单芯片或网络协同处理器，则材料要求可在内部处理，而路由器呼应的时刻一般是在2-3 ms内。若此路由器运用收发器，则此收发器有必要唤醒或中止主处理器、等候处理器发明数据封包，以及经由串行端口接纳封包，因而会添加约10 ms的推迟。在推迟期间，终端节点的接纳器依然需保持启用状况，而这会大幅下降电池寿数。很不幸的，路由器上的组件切割关于终端设备的电池寿数会发生负面的影响。
对本钱的影响
单芯片无线SoC处理计划，例如Silicon Labs的 Ember® ZigBee® SoC或NCP的本钱一般会低于两个芯片的收发器/主处理器处理计划。印制电路板（PCB）的本钱也会较低，由于所需的电路板面积较少，拼装组件以及设备间需求路由的信号也较少。硅芯片的总本钱也下降了，由于消除了剩余的功用，例如MAC/PHY和网络层所需的AES硬件加速，别的也除去了用来交流收发器及主处理器的串行端口及引脚。若体系具有较大型的处理器，则开发人员一般会以为在规划中添加一个收发器是较具本钱效益的，但是，在这些体系中，应该将关于推迟及吞吐量的影响列为规划挑选的考虑要素。
定论
针对不需主处理器的终端设备及路由器，单芯片无线SoC体系分区办法可供给最佳的网络功用、最低的功耗及最低的总本钱。若体系需具有一个主处理器，则NCP体系切割办法可供给最佳的功用及最低的功耗，且最不会影响主处理的功用。
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