Aplikacje IoT w sieciach bezprzewodowych PAN i WAN (cz.1)

Zapotrzebowanie na bezprzewodowe rozwiązania skierowane do IoT wpływają na innowacje w zakresie technologii skierowanych do sieci osobistych (Personal Area Network) i rozległych (Wide Area Network). Korzystanie z technologii bezprzewodowej wymaga przestrzegania ograniczeń wynikających z regulacji prawnych, monitorowania i reagowania na zagrożenia w zakresie bezpieczeństwa oraz zapewnienia zgodności pomiędzy poszczególnymi sieciami. W dużej mierze najnowsze protokoły i ich wdrożenia na poziomie krzemu są w stanie rozwiązać obecne problemy. Na fali Bluetooth 5 W przypadku sieci osobistych PAN, to na dzień dzisiejszy żadna inna technologia nie jest szybciej rozwijana niż Bluetooth, a wraz z pojawieniem się Bluetooth 5 może to nastąpić jeszcze szybciej. Najnowszy standard tej specyfikacji jest ważną aktualizacją, ponieważ zawiera między innymi obsługę sieci o architekturze typu mesh oraz strukturę umożliwiającą bezpośrednie połączenia pomiędzy urządzeniami, co eliminuje potrzebę użycia centralnego huba. Celem wprowadzanych zmian jest powstanie technologii Bluetooth PAN, której możliwości pod względem obsługi ilości i wielkości urządzeń są nieograniczone. Inne zalety dotyczą znacznej poprawy zasięgu, przepustowości oraz redukcji zużycia energii, co dodatkowo zwiększy użyteczność technologii Bluetooth, a tym samym wpłynie na wzrost liczby używanych urządzeń. Jednym z pierwszych zintegrowanych urządzeń obsługujących Bluetooth 5 jest układ DA14586 od firmy Dialog Semiconductor. Ten wysoce zintegrowany układ SoC został wyposażony w trzy mikroprocesory: ARM Cortex-M0 przeznaczony dla kodu aplikacji, dedykowany procesor dla warstwy łącza danych oraz procesor do obsługi 128-bitowego algorytmu szyfrowania AES (Advanced Encryption Standard). Posiada zintegrowany moduł radiowy CMOS 2,4GHz z obsługą transmisji jednoprzewodowej. Dzięki swoim małym rozmiarom, wysokiemu poziomowi integracji i dużej energooszczędności układy takie jak DA14586 są idealne dla rozwiązań IoT. Kluczowym zagadnieniem w konstrukcji systemów bezprzewodowych jest antena. W celu redukcji kosztów BOM-u oraz całkowitego kosztu systemu zaleca się umieszczenie anteny na płytce drukowanej. Jest to ideale wyjście, ale jak pokazuje praktyka, w przypadku każdego projektu RF należy kierować się pewnymi szczególnymi wymaganiami. Istotne jest zapewnienie solidnej, stabilnej mechaniczne płaszczyzny uziemienia połączonej z anteną możliwie największą ilością otworów przelotowych oraz zmniejszenie rozmiarów tak, żeby zminimalizować wzajemne sprzęganie się elementów pracujących na wysokich częstotliwościach. Najłatwiej można to zrealizować stosując wielowarstwową płytkę drukowaną, która pomaga w implementacji najpopularniejszego formatu anteny - anteny odwrotnej IFA (Inverted-F Antenna). Dla potrzeb komunikacji Bluetooth możliwe jest również użycie zredukowanego formatu IFA, który w porównaniu z pełnym formatem IFA, zmniejsza wymaganą powierzchnię PCB o połowę, gwarantując jednocześnie akceptowalną szerokość pasma. Poniższe rysunki przedstawiają odpowiednio, projekt pełnej anteny IFA i o zmniejszonej wielkości, wykonane na górnej warstwie wielowarstwowej płytki dla układu DG14586. Rysunek 1. Pełna antena typu IFA Rysunek 2. Zmniejszona antena typu IFA Należy przy tym pamiętać, że dopasowanie anteny zależy od zastosowanego laminatu i całkowitej grubości płyty. Dodatkowo, antena powinna być umieszczona w odpowiedniej odległości od wszystkich elementów, które mogą zakłócać transmisję. Generalnie zaleca się zachowanie co najmniej 5mm pustego obszaru wokół anteny, co pozwala uniknąć stosowania dodatkowego ekranu. Druga częśc artykułu w poniedziałek! Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy DigiKey Wszelkie prawa zastrzeżone © DigiKey