 |
Современные беспроводные интерфейсы передачи данных.
|
|
|
|
Первым шагом разработки стал анализ современных беспроводных интерфейсов передачи данных и выбор наиболее подходящего по следующим критериям:
· Требования к минимальному энергопотреблению.
· Требования к питанию
· Скорость передачи данных(1Мбит/с)
· Излучаемая мощность. Вносимые помехи и восприимчивость к сторонним.
· Топология сети и количество устройств в ней
Для анализа были предложены следующие беспроводные интерфейсы передачи данных: Bluetooth, WI-FI, ZigBee, NFC.
Bluetooth
Производственная спецификация беспроводных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10 м друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.
Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835 ГГц). В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорогое.
Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.
|
|
|
Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «point-to-point», но и соединение «point-to-multipoint».
Скорости передачи:
· Bluetooth 1.2 1мбит/с
· Bluetooth 2.1 + EDR 2-3 мбит/с
· Bluetooth 3.0 + HS до 24 Мбит/с
· Bluetooth 5.0 (LE) до 24 Мбит/с в актвном режиме, 1 мбит/с в энергосберегающем режиме
Для того чтобы оценить энергопотребления была изучена техническая документация модуля Bluegiga BLE113 данного интерфейса (Bluetooth 5.0 (LE))
· Выходная мощность: от -23 до 0 дБм (5мкВт-1 мВт);
· Чувствительность приемника: -93 дБм;
· Встроенная керамическая чип-антенна;
· Диапазон скоростей передаваемых данных: 250 Кбит/с в полосе 4 kHz to 30 kHz
· Энергопотребление: В режиме излучения 18.2 mA,
O в режиме приёма 14.3 мА,
O в спящем режиме 0.4 мкA
· Напряжение питания от 2.0 до 3,6 В.
· Диапазон рабочих температур – 40ОC… + 85ОC
· Размеры: 15.75x9.15x2.1 мм
Интерфейсы периферийных устройств: UART И SPI, I2C, PWM (ШИМ) и GPIO, 12-разрядный АЦП
WI-FI
Технология беспроводной связи, передача данных осуществляется в диапазонах 2400-2483,5 МГц,5150-5350 МГц, 5650-6425 МГц в зависимости от спецификации. Так же в зависимости от спецификации используются различные виды модуляции, кодирование и т.п., из чего следует что характеристики приемо-передающих устройств могут быть разными. Главные преимущества — высокая скорость передачи данных и высокий уровень стандартизации. Передача на расстояние не более 100 м, количество устройств в сети до 32.
|
|
|
Топологии: независимые базовые зоны обслуживания (Independent Basic Service Sets, IBSSs); базовые зоны обслуживания (Basic Service Sets, BSSs); расширенные зоны обслуживания (Extended Service Sets, ESSs). Скорости передачи данных для различных спецификаций:802.11b (2,4 ГГц)-11Мбит/с, 802.11а (5 ГГц)-54 Мбит/с, 802.11n (2,4\5 ГГц)- 150600 Мбит/с.
Одной из главных особенностей является технология MIMO. Эта технологий позволяет одновременный приема/передачи нескольких потоков данных через несколько антенн.
Рис.6 Реализация технологии MIMO.
|
|
|
