Проверка дальности связи Zigbee-модулей Maxstream в условиях городской квартиры
В журнале «Новости электроники» (№8, 2005 г. и №2, 2006 г.) уже появлялись материалы о сетях беспроводной связи стандарта ZigBee и модулях компании MaxStream для постороения таких сетей. Напомним, что ZigBee — идеальный стандарт для построения локальных беспроводных сетей на производстве, а также для создания «умного дома».
Инженеры компании «КОМПЭЛ» провели полевые испытания модулей ХВее™ и XBee-PRO™. Публикуемые результаты испытаний помогут должным образом спланировать применение этого оборудования.
Технология ZigBee позиционируется как инструмент для построения разных систем «умного дома»: управление освещением, кондиционированием-обогревом, охранными датчиками и бытовыми приборами. Целью эксперимента являлась оценка дальности связи и максимальной скорости передачи данных для модулей стандарта 802.15.4 в условиях реальной квартиры городского многоэтажного дома серии П44Т. Для
тестирования использовался отладочный комплект «ХВее™/ХВее-PRO™ OEM Development Kit», который включает в себя CD с программным обеспечением, 5 модулей ХВее™ и XBee-PRO™, антенны и все необходимые переходники (рис. 1). В качестве трансиверов в модулях ХВее применяются микросхемы Freescale МС13193.
Схема помещения приведена на рис. 2. Жирными черными линия-
ми выделены железобетонные стены. Красными кружками на схеме обозначены места расположения переносного модуля. Стационарный USB-модуль подключался к ПК и располагался в точке обозначенной «База». Модуль располагался на столе на высоте 75 см, на расстоянии не менее 50 см от ближайших стен.
Суть теста сводилась к следующему: базовый модуль непрерывно передавал пакеты, которые принимались переносным модулем и тут же отправлялись обратно. На переносном модуле была установлена заглушка (Loop-Back Adaptor), которая просто соединяла вход и выход UART удаленного модуля. Оценка качества связи проводилась с использованием программы X-CTU, которая позволяет оценить уровень принимаемого сигнала и показывает процент потерянных пакетов для модуля, подключенного к ПК. Программа также позволяет программировать параметры модуля и устанавливать размер тестовых передаваемых пакетов. Окно программы X-CTU показано на рисунке 3. Подготовка модулей к работе занимает не более пяти минут — модули не требуют никакой настройки и сразу готовы работать в режиме «прозрачного» удлинителя RS-232.
Тесты проводились с использованием модулей ХВее (1 мВт) и XBee-PRO (60 мВт). Использовались 3 типа антенн: антенна с усилением 2,1 дБ на выносном кабеле (Ант-1); четвертьволновая антенна (Ант-2); чип-антенна (Ант-3). Для эксперимента использовались параметры передачи, установленные в программе по умолчанию — скорость передачи данных 9600 бод, длина пакета — 32 бит.
Результаты измерения уровней сигнала для различных точек расположения переносного модуля приведены в таблице 1.
При слабом уровне сигнала (ниже -85 дБ) сильное влияние на количество ошибок оказывает взаимоположение модулей и окружающих предметов. Простое смещение модуля на 2-3 сантиметра приводит к увеличению количества потерянных пакетов с 20% до 90%! Перемещение людей также приводит к значительному изменению качества связи. Это объясняется тем, что в точке приема сходятся сигналы, отраженные от множества окружающих предметов (многолучевой прием). При этом в зависимости от взаиморасположения окружающих предметов сигналы в точке приема могут как усиливаться, так и ослабляться. Сильное влияние отраженных сигналов подчеркивает и следующее наблюдение: при приеме на грани чувствительности (при нахождении удаленного модуля в точке 1 или 2) открытие или закрытие двери 2 кардинально меняет ситуацию. При открытой двери
теряется 100% пакетов (нет связи), при закрытой ситуация кардинально улучшается и потери составляют лишь 20 %. В этой ситуации дверь, расположенная в стороне от трассы распространения основного луча, играет роль рефлектора (зеркала).
В экспериментах также проверялась предельная скорость передачи информации. Устойчивая связь на скорости 115 кБод была достигнута с модулем ХВее, расположенным в одной комнате с базой (прямая видимость, 5 м) и с модулем XBee-PRO, расположенным в точке 5.
На открытом пространстве следует ожидать радикально больших значений дальности связи. При полевых испытаниях ZigBee модулей Freescale, построенных на таких же трансиверах МС13192, были достигнуты значения предельной дальности в 700 и более метров (рис. 4, [1]).
Молодая компания MetaGeek (Айдахо, США) выпустила самый маленький в мире и недорогой анализатор спектра. WiSpy по размерам не больше, чем USB-устройство хранения данных, с массой всего 8,5 г. и стоимостью менее 100 долларов, что в 40 раз меньше, чем ближайший конкурент. Анализатор спектра может найти свободные от шума участки спектра в диапазоне частот от 2,4 до 2,485 ГГц и решить проблемы, связанные с беспроводными телефонами, устройствами Bluetooth и ZigBee, сетями 802.11b/g и другими беспроводными системами, которые используют этот диапазон частот. Анализатор со встроенной антенной и триггером подключается к порту USB 1.1 или 2.0 управляющего компьютера с платформами Windows, Linux, или Mac и сканирует весь рабочий диапазон частот за 96 мс с разрешением 1 МГц и 1 дБм. Программное обеспечение для управления и отображения поставляется в комплекте с анализатором и обеспечивает спектральное отображение измеренных данных в различных координатах (амплитуда, частота, время). К другим возможностям устройства относятся анализ среднего, максимального и текущего уровня сигнала; частотные и амплитудные маркеры; просмотр амплитуды Wi-Fi каналов; запись и воспроизведение; копирование и распечатка измеренных данных.
|
