Проведение эксперимента с использованием модулей интерфейса ZigBee

Чтобы удостовериться в правдивости выдвинутых в предыдущей главе утверждений, а именно были проведены эксперименты с использованием модулей с интерфейсом ZigBee без использования перегородок.

Для работы с модулями XBee XB24-Z7PIT-004 понадобился программатор FOCA v2.2(USB-UART) и отладочная плата IBoard 1.1 (контроллер ATmega328).

Рис.25 Схема проведения эксперимента в экранированном корпусе.

Схема проведения испытаний приведена на рисунке 25. Настройки и тестирование модулей осуществляется через программатор при помощи программы X-CTU, позволяющей оценить количество безошибочно переданных пакетов данных и пакетов с ошибками (но не более 100 пакетов), показатель уровня принимаемого сигнала RSSI.

Для проверки корректности работы модулей и программы было проведено тестирование передачи данных между двумя модулями в открытом пространстве.

Рис.26 Расположение модулей относительно друг друга.

Рис.27 Показатель RSSI при передаче 100 пакетов в открытом пространстве с размером 256 байт (максимальная емкость пакета).

Из рисунка 13 видно, что все пакеты были переданы успешно и показатель RSSI=-25 дБм.

Следующим шагом стало проведение такого же эксперимента, но уже в замкнутом металлическом корпусе (рис.11).

Так как X-CTU позволяет проанализировать не более 100 переданных пакетов, а для проверки устойчивости интерфейса передачи данных проводят испытания с отправкой более 10⁶ пакетов, была написана программа для контроллера ATmega328 с проверкой контрольной суммы 10⁴ пакетов.

Рис.28 Результат тестирования в экранированном корпусе.

Как видно из данных эксперименты, что на 10⁴ переданных пакетов, 17 из них были приняты с ошибками. Данное значение не является допустимым, так ка на 181×10⁶ пакетов в интерфейсе МКО разрешено не более 18 ошибок.

Также о не правильной работе модулей свидетельствует существенный нагрев модуля-передатчика до весьма высокой температуры (обжигает пальцы при попытке прикоснуться).

Как было уже сказано, основной причиной некорректной работы приемо-передающей аппаратуры является множественное переотражение сигнала в экранированном корпусе.

В связи с данными моделирования и тестирований, необходимым является повышение устойчивости системы передачи данных к многократному переотражению (замираниям) внутри замкнутого металлического корпуса.

Введение перегородок является возможным решением и введением некой стандартизации так, как размеры корпусов устройств варьируются. По результатам видно улучшение характеристик антенн, а именно КСВ и коэффициент отражения. Но главным минусом является увеличение массы конечного устройства.

Чтобы избежать увеличения массы прибора, логичным видится использование методов борьбы с переотражением сигналов за счет их специально обработки на приемной стороне. Одним из этих способов борьбы, используемых в современных беспроводных интерфейсах передачи данных, является технология MIMO.

MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, эффективно противостоять замираниям радиосигналов, в котором передача данных и прием данных осуществляются системами из нескольких антенн.

Данная технология имеет множество направлений: увеличение пропускной способности канала, увеличение отношения сигнал/шум на приеме, повышение утилизации частотного спектра и т.д.

Рис.29 Использование преимуществ переотражений в технологии MIMO.

Так как в применяемых условиях (металлический корпус) прием сигнала является проблемным местом, что доказывают результаты проведенных экспериментов, то для решения наиболее подходящим направлением технологии MIMO является повышение отношения сигнал/шум на приемной стороне-разнесение при получении сигнала.