reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© tugores34_dreamstime.com Technologie | 21 listopada 2017

Bezprzewodowe technologie ultraniskiego poboru mocy (ULP) (Cz臋艣膰 IV)

Om贸wienie zalet Bluetooth Low Energy (BLE), ANT, ZigBee, RF4CE, NFC, Nike+ i Wi-Fi a tak偶e technologii podczerwieni, kt贸ra promowana jest przez Infrared Data Association (IrDA). Cz臋艣膰 IV.
Op贸藕nienie
Projektujesz elektronik臋? Zarezerwuj 4 pa藕dziernika 2018 r. na najwi臋ksz膮 w Polsce konferencj臋 dedykowan膮 projektantom, Evertiq Expo Krak贸w 2018. Przesz艂o 50 producent贸w i dystrybutor贸w komponent贸w do Twojej dyspozycji, ciekawe wyk艂ady i 艣wietna, tw贸rcza atmosfera. Jeste艣 zaproszony, wst臋p wolny: kliknij po szczeg贸艂y. 漏 Evertiq
Op贸藕nienie systemu bezprzewodowego mo偶na zdefiniowa膰 jako czas kt贸ry up艂yn膮艂 pomi臋dzy nadaniem sygna艂u a jego odebraniem. Chocia偶 zwykle jest to warto艣膰 rz臋du milisekund, jest to wa偶ny parametr dla aplikacji bezprzewodowych. Ma艂e op贸藕nienie nie jest tak wa偶ne dla aplikacji, kt贸ra automatycznie pobiera dane z czujnika, na przyk艂ad raz na sekund臋, ale mo偶e sta膰 si臋 wa偶ne dla aplikacji konsumenckiej, takiej jak pilot zdalnego sterowania, kiedy wa偶ne jest 偶eby u偶ytkownik nie zauwa偶y艂 op贸藕nienia powsta艂ego pomi臋dzy naci艣ni臋ciem przycisku a p贸藕niejsz膮 operacj膮. Poni偶sza lista por贸wnuje op贸藕nienia dla technologii om贸wionych w tym artykule. Nale偶y pami臋ta膰, 偶e po raz kolejny s膮 one zale偶ne od konfiguracji i warunk贸w pracy. 鈥 ANT: Pomijalnie ma艂e 鈥 Wi-Fi: 1,5 milisekundy (ms) 鈥 Bluetooth Low Energy: 2,5 ms 鈥 ZigBee: 20 ms 鈥 IrDA: 25 ms 鈥 NFC: odpytywana zazwyczaj co sekund臋 (ale mo偶e by膰 okre艣lona przez producenta produktu) 鈥 Nike+: 1 sekunda Niskie op贸藕nienia podane dla ANT i Wi-Fi wymagaj膮 ci膮g艂ego czuwania urz膮dzenia odbiorczego, kt贸re przez to szybko zu偶ywa bateri臋. Stosuj膮c czujniki o ma艂ym poborze mocy i zwi臋kszaj膮c czas przesy艂ania komunikat贸w w ANT, mo偶na znacznie zwi臋kszy膰 偶ywotno艣膰 baterii, niestety kosztem wi臋kszego op贸藕nienia. Niezawodno艣膰 transmisji i wsp贸艂istnienie sieci Poprawne przesy艂anie pakiet贸w ma bezpo艣redni wp艂yw na 偶ywotno艣膰 baterii i odczucia u偶ytkownika. Zasadniczo, je艣li istnieje problem z dostarczeniem pakietu danych ze wzgl臋du na nieoptymalne warunki transmisji, takie jak: przypadkowe interferencje z pobliskich nadajnik贸w lub celowe zak艂贸canie cz臋stotliwo艣ci, to urz膮dzenie i tak b臋dzie pr贸bowa艂o retransmitowa膰 dane, a偶 do momentu pomy艣lnego dostarczenia ca艂ego pakietu. Takie dzia艂anie skraca 偶ywotno艣ci baterii. Ponadto, je艣li system bezprzewodowy jest ograniczony do jednego kana艂u transmisyjnego, to w zat艂oczonym 艣rodowisku fal radiowych drastycznie pogorszy si臋 niezawodno艣膰 transmisji. Zdolno艣膰 urz膮dzenia nadawczo-odbiorczego do dzia艂ania w obecno艣ci innych urz膮dze艅 radiowych okre艣lana jest jako wsp贸艂istnienie (coexistence). Zjawisko to jest szczeg贸lnie interesuj膮ce, w sytuacji gdy r贸偶ne uk艂ady scalone RF dzia艂aj膮 w tym samym urz膮dzeniu, tak jak: technologia Bluetooth Low Energy i Wi-Fi w smartfonie. Standardowym sposobem osi膮gni臋cia wsp贸艂istnienia technologii Bluetooth i Wi-Fi jest zastosowanie poza pasmowego schematu transmisji OOB (Out-of-Band Signaling), wykorzystuj膮cego po艂膮czenia pomi臋dzy ka偶dym uk艂adem scalonym i zarz膮dzaj膮cego czasami, kiedy ka偶de z nich mo偶e przesy艂a膰 lub odbiera膰 dane. Mo偶emy wyr贸偶ni膰 pasywne wsp贸艂istnienie, kt贸re odnosi si臋 do mechanizm贸w unikania interferencji i aktywne, kt贸re odnosi si臋 do metody chip-to-chip. Sprawdzonym sposobem wspomagania pasywnego wsp贸艂istnienia jest metoda zmiany kana艂贸w. Technologia Bluetooth Low Energy wykorzystuje technik臋 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), przeskakuj膮c pseudolosowo pomi臋dzy 37 kana艂ami danych, aby unikn膮膰 interferencji. Tak zwane adaptacyjne zmienianie cz臋stotliwo艣ci AFH (Adaptive Frequency Hopping) stosowane dla Bluetooth Low Energy umo偶liwia ka偶demu w臋z艂owi mapowanie cz臋sto przeci膮偶onych kana艂贸w, kt贸re nast臋pnie s膮 pomijane w przysz艂ych transmisjach. Jest to skuteczny spos贸b na pomijanie sta艂ych kana艂贸w, z kt贸rych korzystaj膮 inne standardy. Najnowsza wersja specyfikacji Bluetooth 5 wprowadzi艂a udoskonalony algorytm sekwencjonowania kana艂贸w (CSA #2), co znaczenie zwi臋kszy艂o odporno艣膰 na zak艂贸cenia. ANT pozwala na u偶ycie wielu cz臋stotliwo艣ci RF, z kt贸rych ka偶da posiada szeroko艣膰 1 MHz. Po wybraniu jednej, ca艂a komunikacja odbywa si臋 na pojedynczej cz臋stotliwo艣ci, a zmiana kana艂u nast臋puje tylko wtedy, gdy wyst膮pi znaczny spadek transmisji na wybranej cz臋stotliwo艣ci. Aby zminimalizowa膰 przeci膮偶enie sieci, ANT stosuje technik臋 TDMA (Time Domain Multiple Access). Polega ona na podziale ka偶dego pasma o cz臋stotliwo艣ci 1 MHz na szczeliny czasowe o d艂ugo艣ci oko艂o 7 ms. Sparowane urz膮dzenia na tym samym kanale komunikuj膮 si臋 podczas tych szczelin czasowych, kt贸re powtarzaj膮 si臋 zgodnie z komunikatem ANT (na przyk艂ad co 250 ms lub 4 Hz). W praktyce, dziesi膮tki, a nawet setki w臋z艂贸w mog膮 by膰 umieszczone w jednym pa艣mie cz臋stotliwo艣ci 1 MHz, bez nara偶enia na zak艂贸cenia. Kiedy zale偶y nam na du偶ej integralno艣ci danych, mo偶liwe jest zastosowanie techniki przesy艂ania "burst". Metoda ta polega na jednoczesnej transmisji wielu wiadomo艣ci, przy czym potwierdzenie przesy艂ane jest dopiero po odebraniu pe艂nego pakietu. W ten spos贸b mo偶liwe jest wykorzystanie pe艂nej dost臋pnej przepustowo艣ci 艂膮cza. Niekt贸re z dost臋pnych kana艂贸w RF s膮 zarezerwowane i regulowane przez ANT+ Alliance w celu utrzymania integralno艣ci sieci i interoperacyjno艣ci, na przyk艂ad 2.450 i 2.457 GHz. Stowarzyszenie radzi unika膰 tych kana艂贸w podczas normalnej pracy. W przeciwie艅stwie do techniki FHSS wykorzystywanej w Bluetooth Low Energy i schematu TDMA w ANT, protok贸艂 ZigBee (i RF4CE) u偶ywa metody transmisji z widmem rozproszonym DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Podczas DSSS sygna艂 jest mieszany z pseudolosowym kodem w nadajniku, a nast臋pnie wyodr臋bniany w odbiorniku. Technika ta skutecznie poprawia stosunek sygna艂u do szumu poprzez roz艂o偶enie transmitowanego sygna艂u w szerokim pa艣mie. Rysunek 3. Rozproszone widmo w metodzie DSSS dla sieci ZigBee. ZigBee PRO zawiera dodatkowy mechanizm Frequency Agility, kt贸rego zadaniem jest poprawa jako艣ci transmisji i przepustowo艣ci sieci. Mechanizm ten pozwala sieci ZigBee na wykrywanie zak艂贸ce艅 na bie偶膮cym kanale cz臋stotliwo艣ci, wykrywanie innych kana艂贸w w ca艂ym pa艣mie ISM i w razie potrzeby prze艂膮czenie sieci na nowy kana艂, kt贸ry ma najmniejszy poziom interferencji. Wi-Fi u偶ywa jedenastu kana艂贸w o szeroko艣ci 20 MHz w USA, czternastu w Japonii a trzynastu w wi臋kszo艣ci pozosta艂ych kraj贸w. W zwi膮zku z tym, w ramach szeroko艣ci 83 MHz dla pasma 2,45 GHz, jest wystarczaj膮ca przestrze艅 tylko dla trzech nienak艂adaj膮cych si臋 kana艂贸w Wi-Fi (1, 6 i 11). S膮 one zatem u偶ywane jako kana艂y podstawowe. W przypadku kiedy zak艂贸cenia stanowi膮 problem u偶ytkownicy zmuszeni s膮 sami r臋cznie prze艂膮cza膰 si臋 na alternatywny kana艂. W wybranym kanale, mechanizm unikania zak艂贸ce艅 dla Wi-Fi jest z艂o偶ony. 艁膮czy w sobie mechanizm DSSS z modulacj膮 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). OFDM jest form膮 transmisji, kt贸ra wykorzystuje wiele podno艣nych znajduj膮cych si臋 w bliskiej odleg艂o艣ci ale nie nachodz膮cych na siebie. Poniewa偶 przesy艂ane sygna艂y s膮 ortogonalnie, mo偶liwo艣膰 wzajemnej interferencji zosta艂a znacznie ograniczona. Nowsza sie膰 Wi-Fi dzia艂aj膮ca na pa艣mie 5 GHz o szeroko艣ci 725 MHz, umo偶liwia przypisanie wielu r贸偶nych nienak艂adaj膮cych si臋 kana艂贸w. Rezultatem s膮 znacznie mniejsze zak艂贸cenia w por贸wnaniu z pasmem 2,4 GHz. Nowe pasmo stosuje r贸wnie偶 technologi臋 aktywnego wsp贸艂istnienia oraz mechanizm zmniejszania szybko艣ci transmisji danych, gdy wykryte zostan膮 zak艂贸cenia. Wszechobecno艣膰 sieci Wi-Fi wymusza na innych technologiach 2,4 GHz nowe techniki, kt贸re pozwalaj膮 unikn膮膰 konflikt贸w z podstawowymi kana艂ami Wi-Fi (1, 6 i 11). Przyk艂adem s膮, trzy kana艂y reklamowe (37, 38 i 39) wykorzystywane przez Bluetooth Low Energy, kt贸re znajduj膮 si臋 w przerwach pomi臋dzy podstawowymi kana艂ami Wi-Fi. Rysunek 4. Pozycjonowanie trzech kana艂贸w Bluetooth Low Energy z dala od podstawowych kana艂贸w Wi-Fi. Nike+ wykorzystuje zastrze偶on膮 cz臋stotliwo艣膰 dla autorskiego rozwi膮zania, kt贸ra polega na przerzucaniu kana艂贸w, gdy zak艂贸cenia staj膮 si臋 uci膮偶liwe. Jest to rzadko wykorzystywana technika, poniewa偶 technologia od Nike wykorzystuje minimaln膮 szybko艣膰 transferu danych. IrDA nie wdra偶a 偶adnej formy technologii, kt贸ra pozwala na wsp贸艂istnienie z innymi sieciami. Praca na kr贸tkim dystansie, tak 偶eby urz膮dzenia 鈥瀢idzia艂y鈥 siebie nawzajem, sprawia, 偶e ma艂o prawdopodobne jest, aby nawet dzia艂aj膮ce jednocze艣nie urz膮dzenia na podczerwie艅 przeszkadza艂y sobie wzajemnie. Jedynym zak艂贸ceniem, mo偶e by膰 jasne 艣wiat艂o, ze znacz膮cym sk艂adnikiem w postaci podczerwieni. NFC implementuje form臋 wsp贸艂istnienia, dzi臋ki kt贸rej czytnik wybiera specjalny znacznik NFC przypisany do okre艣lonej karty, z portfela zawieraj膮cego kilka kart NFC. Ze wzgl臋du na kr贸tki zasi臋g transmisji, interferencja mi臋dzy innymi urz膮dzeniami NFC i/lub innymi urz膮dzeniami radiowymi jest rzadko艣ci膮. Warto jednak zauwa偶y膰, 偶e pasmo 13,56 MHz posiada harmoniczne w zakresie modulacji cz臋stotliwo艣ciowej (FM), kt贸re s膮 szczeg贸lnie silne w 81,3 i 94,9 MHz. Te harmoniczne mog膮 potencjalnie powodowa膰 odg艂osy klikania w odbiorniku FM. Efekty interferencji FM mo偶na zredukowa膰 poprzez zastosowanie specjalnych technik antykolizyjnych. Istnieje wiele popularnych bezprzewodowych technologii ultra-niskiego poboru mocy. Mimo, 偶e ka偶da z nich przeznaczona jest do pracy z wykorzystaniem baterii i zapewnia stosunkowo niewielki transfer danych, charakteryzuj膮 je r贸偶ne zakresy, r贸偶na przepustowo艣膰 i niezawodno艣膰 oraz mo偶liwo艣ci wsp贸艂istnienia. Parametry, cho膰 w du偶ym stopniu pokrywaj膮 si臋 wzajemnie, to znajduj膮 szerokie zastosowanie w r贸偶nych aplikacjach. Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci firmy DigiKey 漏 DigiKey
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 19 2019 00:46 V12.2.0-2