Articolul prezintă radiourile ML-Modulul-Z, destinate dezvoltării rețelelor de senzori wireless bazate pe platforma MeshLogic. Avantajele și dezavantajele diferitelor arhitecturi de sisteme de colectare a datelor fără fir, inclusiv din punct de vedere al dispozitivelor de consum de energie și de viață a bateriei.
Utilizarea de comunicații fără fir pentru a colecta date importante în multe aplicații, cum ar fi:
- îndepărtarea automată a indicațiilor de contoare de camere;
- sistem de monitorizare în automatizări industriale și acasă;
- de monitorizare a stării care poartă structuri de clădiri și altele asemenea. d.
În acest caz, partea dezvoltatorilor și utilizatorilor finali este în creștere de interes în astfel de sisteme, deoarece există soluții gata făcute, care sunt ușor de utilizat și vă permit să rezolve în mod eficient problema de colectare a datelor printr-un canal de comunicație radio de frecvență. Una dintre aceste soluții sunt încastrate radiouri ML-Module-Z [1] (fig. 1), care se bazează pe MeshLogic platforma românească pentru dezvoltarea rețelelor de senzori wireless [2, 3], având multe avantaje în ceea ce privește celelalte standard si tehnologii proprietare, în special caracteristici cum ar fi:
- topologie complet mnogoyacheykovaya rețea;
- auto-organizare, și căutarea automată a rutelor;
- rezistență la interferențe cochannel;
- scalabilitate și fiabilitate de livrare a datelor;
- toate nodurile sunt egale și routere;
- poate opera toate nodurile de alimentare cu energie independentă.
RF OEM module-ML-Modulul-Z este o soluție completă, integrată, care permite dezvoltatorilor terți pentru a crea propria rețea wireless tehnologie MeshLogic. Într-o versiune specială a modulelor radio integrat de rețea stiva MeshLogic, optimizat pentru colectarea distribuită sistemelor de informare în care mai multe dispozitive transmit date către unul sau mai multe puncte de colectare (stații de bază, gateway-uri, și așa mai departe. N.) (fig. 2).
Caracteristica principală a module radio ML-Modulul-Z este că acestea sunt toate la fel și sunt routere, adică, capabil, dacă este necesar, pentru a transmite pachete, dar va trece automat în modul „sleep“, reducând în mod semnificativ consumul mediu de energie și durata de viață mai lungă a bateriei . Pentru a comuta routere în modul de așteptare nu trebuie să fie configurat pentru a sincroniza accesul la mass-media sau pentru a seta alte opțiuni, deoarece radiourile în sine determina modul optim de funcționare în funcție de sarcina curentă a rețelei.
Rețineți că nu toate soluțiile de pe piață permit să creați rețea full-mesh în care toate nodurile sunt capabile de a efectua retransmisie atunci când rulează pe fără baterie. De exemplu, în situațiile cele mai practice în ZigBee routerele de rețea necesită o aprovizionare constantă, așa cum ar trebui să locuiască în modul canal de ascultare.
Descriere Radio
(Fig. 3) Radioul ML-Module-Z constă dintr-un standard microcontroler, IEEE 802.15.4 de emisie-recepție, un număr de serie 48 biți, capacitate de memorie flash de 4 MB și include două conexiuni 50 ohm antenă: prin tampoane sau U. FL-conector. Principalele caracteristici tehnice ale modulului radio, prezentat în tabel.
Tabel. specificaţii de bază
Fig. 4 prezintă o diagramă bloc a produselor tipice pe bază de radio, ML-Modul-Z. De obicei, dispozitivul gazdă este un microcontroler care este conectat la modulul radio, prin intermediul UART interfață serială și mai multe linii de control digital.
Microcontrolerul periodic sondaje conectate la acestea senzori sau alte surse de semnal (de exemplu, aparate de măsură, debitmetre și așa mai departe. D.), realizează prelucrarea preliminară a măsurătorilor și transmite rezultatul uneia dintre stațiile de bază (Fig. 2).
În cazul în care toate terminalele transmite date la un singur punct de colectare, pot exista congestionarea rețelei sau o reducere semnificativă în timpul vieții sale, din cauza creșterii traficului ca ne apropiem de stația de bază. Instalarea de mai multe puncte de colectare de rețea permite reducerea influenței acestui efect prin separarea fluxurilor de trafic, și crește fiabilitatea sistemului de achiziție a datelor. Versiunea actuală a radiourilor stiva ML-Modul-Z acceptă până la patru stații de bază în rețea, în timp ce în procesul de funcționare a oricărui modul poate fi transferat de la modul terminal la modul stație de bază și înapoi, ca toate radiourile au software identice.
Modulul radio oferă funcția de măsurare a tensiunii de alimentare (semnal PM în Fig. 4), a căror utilizare este recomandată în timpul funcționării sursei de alimentare autonomă (de exemplu, baterie sau baterii), deoarece în acest caz, modulul este capabil să utilizeze aceste informații pentru o utilizare mai rațională a rezerva de energie. Eficiența acestei abordări este clar demonstrată în lucrarea [3].
Taxa de radio set țintă SMD-montaj sau prin conectori fișă. Antena cip sau antena ca un conductor de pe placa de circuit este conectat la modulul prin tampoane. La montarea modulului de pe conectorul PIN și / sau a produselor de locuințe metalice trebuie să utilizeze o antenă exterioară, care este conectat la modulul radio, prin intermediul ansamblului de cablu, de exemplu U.FL-SMA (RP).
arhitectura de rețea și consumul de energie
Caracteristicile tehnice ale radio, având în vedere valorile actuale de consum în diferite moduri de operare, dar, în practică, este necesar să se cunoască valoarea medie, care determină durata de viață a bateriei - un parametru fundamental important pentru majoritatea aplicațiilor de achiziție de date. radio de consum mediu de energie determinată în principal de valoarea transmise și primite pe trafic unitatea de timp, cu toate acestea a creat simplificat de radio de putere modelul ML-Modul-Z [5], care ne permite să se estimeze consumul mediu de energie în funcție de următorii parametri:
În acest flux de trafic va depinde de arhitectura aleasă a rețelelor de colectare a datelor. Cu ajutorul modulelor de radio ML-Modulul-Z este posibil să se realizeze două fundamental diferite de rețea arhitectura: topologie „pneu stele“ și rețea mnogoyacheykovaya. Luați în considerare principalele avantaje și dezavantaje.
Atunci când topologie „autobuz stea“ (fig. 5) constă dintr-o rețea de hub-uri, care sunt de autobuz de sârmă interconectate pentru transmiterea de date și o sursă de alimentare staționară, și dispozitive terminale care comunică prin radio cu cel mai apropiat butuc și operează de la o sursă de alimentare independentă.
O astfel de arhitectură de rețea este foarte scalabil și ușurința de întreținere, deoarece permite să adăugați sau să eliminați dispozitivul fără a afecta în mod substanțial celelalte elemente de rețea.
În plus, din moment ce partea fără fir a rețelei este organizată de topologie „stea“ și hub-ul are o sursă de alimentare staționară, durata de viață a bateriei terminalelor poate fi foarte mult timp. De exemplu, în Fig. 6 prezintă dispozitivul terminal de radio medie a consumului de energie ML-Modul-Z depinde de transmisia hub-ul de mesaje. Se poate observa că durata de viață a două baterii alcaline AA poate fi de mai mulți ani.
Aplicație arhitectură „bus-Star“ este de folos, de exemplu, pentru a colecta contoare camera cu dovezi în sistemele automatizate de contabilitate comerciale a resurselor energetice, deoarece aproape întotdeauna au posibilitatea de a stabili hub-uri pe podea și așezați între cablu și la dispozitivele de măsurare pentru a conecta module radio fără fir cu baterii capsulate. Cu toate acestea, topologia „pneu stele“ nu are suficientă flexibilitate și nu este întotdeauna cazul, atât de multe sarcini necesită utilizarea de tehnologii fără fir de rețea mnogoyacheykovyh.
Modulele de radio ML-Modul-Z susține rețelele mnogoyacheykovyh în care toate nodurile sunt routere care vă permite să construiască un sisteme mai robuste și avansate (fig. 7).
Dar, în acest caz, consumul de energie mediu de noduri crește (fig. 8) și calculul devine mai complicată, deoarece este necesar să se ia în considerare traficul de rețea totală, adică, ia în considerare atât pachetele de date, a căror sursă este direct la radio, iar pachetele pe care le primește și Acesta transmite prin efectuarea unei funcții repetor.
În consecință, consumul mediu de curent al modulului radio depinde în mod esențial de poziția sa în topologia rețelei și direcția de trecere a traficului de rețea, dar, de regulă, la proiectarea unei rețele este suficientă pentru a estima topologia și natura distribuției fluxurilor de trafic pentru a determina nodul se confruntă cu sarcina maximă de rețea. Deoarece consumul de energie al nodului este maximul dintre celelalte noduri, atunci valoarea corespunzătoare Pmax (mW) poate fi o valoare mai mică a termenului serviciu formula baterie Tmin = CBAT / (24 · Pmax), zilele în care CBAT - capacitatea bateriei (mW · h).
Ca un exemplu, se consideră o rețea cu topologie liniară, în care nodurile N din lanț, cu o perioadă nominală T transmise stației de bază pachete de date (Fig. 9).
Astfel, fiecare nod (cu excepția stației de bază și nodul extreme) este capabil de a se lega numai două noduri învecinate, o perioadă de transmisie de pachete de difuzare este egal cu Tb. Apoi, nodul situat la o distanță h de transmisie intermediară la stația de bază, sarcina de rețea următoarele teste: Ttxu = T / (N -h +1), Trxu = T / (N -h), Ttxb = Tb. Trxb = 2Tb. Fig. 10 prezintă un rezultat de calcul pentru o rețea de N = 10 noduri și Tb = 30 min. Se observă că valoarea medie a consumului de energie la cel mai apropiat nod de stație de bază și nodul extreme sunt semnificativ diferite, diferența crește pe măsură ce numărul de noduri din rețea și, în consecință, lungimi de traseu, și intensitatea traficului generatoare.
Mai sus a fost discutat de energie direct la modulul de radio, în timp ce pentru produsul în ansamblul său trebuie să fie considerată ca fiind costul energiei pentru activitatea dispozitivului gazdă, în achiziționarea de senzori externi, și așa mai departe. D. De obicei, aceste valori sunt neglijabile în comparație cu consumul puterii modulului, dar în unele cazuri, acestea ar trebui să fie, de asemenea, luate în considerare în estimarea momentului unui serviciu nod fără fir.
Concluzie radiourilor ML-Modul-Z
Posibilitatea punerii în aplicare practică cu succes a tehnologiei de rețea de senzori wireless este determinată în mare măsură de disponibilitatea produselor finite, care sunt ușor de utilizat, are funcționalitatea pentru a rezolva în mod eficient sarcinile. Unul dintre aceste produse sunt RF module radio ML-Modul-Z, pe baza platformei MeshLogic.
Modulele integrate radio ML-Modulul-Z realiza pe deplin toate funcțiile pentru a lucra cu un canal de radio și de interacțiune de rețea, reducând timpul și costurile de dezvoltare a unei rețele de senzori wireless pentru colectarea de date distribuite. Spre deosebire de alte soluții integrate în versiunea lor stivă MeshLogic dispune de un sistem de comandă simplu și numărul minim de setări, dar asigură o eficiență ridicată și flexibilitate.
În plus, un avantaj important al modulelor este faptul că acestea sunt proiectate și fabricate de compania românească, astfel încât utilizatorii primesc documentația tehnică și suport în limba rusă la prima mână.
literatură
Alte articole pe acest subiect:
Dacă observați orice inexactitate articol (imagini, tabele, informații incorecte, etc.) care lipsesc, vă rugăm să ne anunțați. Vă rugăm să furnizați un link către pagina și o descriere a problemei.