Anonim

Jotta tapahtuu The Economistin ennustaman suuruusinen langaton vallankumous, on oltava todella läpäisevä verkkoteknologia, joka pystyy rakentamaan kymmenistä tai jopa satoista solmuista koostuvia verkkoja.

Suunnittelurajoituksia on joitain: kunkin tällaisten verkkojen solmujen on oltava edullisia - nykyään alle viiden dollarin luokkaa ja pidemmällä tähtäimellä jopa alhaisempia - ja käytännössä huoltovapaita. Siellä on myös todennäköisesti solmuja, jotka sijaitsevat saavuttamattomissa paikoissa, joten kuukausien tai vuosien akun kesto halvoista soluista on välttämätöntä. Lisäksi verkon tulisi toimia tukevasti maailmanlaajuisesti hyväksytyssä, lisenssitöntä 2, 4 GHz: n ISM-kaistaa.

Pidä se yksinkertaisena
Lähes kaikki käytännön verkkoongelmat voidaan ratkaista yksinkertaisella ennalta määrätyllä rakenteella. Esimerkki on useita oheislaitteita, jotka puhuvat yhden vastaanottavan solmun kanssa.

n

Lisäksi useimmat käytännölliset verkot eivät vaadi jokaista solmua voidakseen kommunikoida suoraan useiden naapureiden kanssa ns. Mesh-kokoonpanossa edellyttäen, että kunkin solmun toiminnallisuus on sama.

Verkkoverkko voidaan usein konfiguroida toimimaan samoin kuin puuverkko. Tärkein ero on, että data reititetään kykenevän välittäjän kautta ennen määräpaikkaan saapumista. Tämä käytännöllisempi verkko on tehokkaampaa kuin verkkotopologia, joka vaatii vähemmän järjestelmäresursseja ja alhaisempaa virrankulutusta.

Käytännöllisten langattomien verkkojen on oltava edullisia, immuuneja muiden radiolähteiden aiheuttamille häiriöille, luotettavia ja, mikä tärkeintä, kuluttavat vähän virtaa. Viimeinen asia, jonka käyttäjä haluaa, on luotettava verkko, joka vaarantuu tarpeesta vaihtaa paristot muutaman päivän välein.

Jokainen solmu vaatii mikrokontrolleriin liittyvän piidioradion, jota usein kutsutaan fyysiseksi kerrokseksi (PHY). PHY tukee protokollapinoa ja sovelluskerrosta, jotka muodostavat erityisen ohjejoukon verkon tukemalle sovellukselle.

Protokolla on ehkä tärkein elementti sen varmistamisessa, että käytännöllinen langaton verkko toimii odotusten mukaisesti. Se määrittelee kuinka solmu kommunikoi langattoman yhteyden kautta muiden solmujen kanssa luomalla vakiosäännöt rinnakkaiseloa, datan esitystä, signalointia, todennusta ja virheiden havaitsemista varten.

Hyvän piiradion ja tehokkaan protokollan tunnistaminen on kuitenkin vain osa käytännöllisen langattoman verkon suunnittelua. Olipa verkko kahdesta, kymmenestä vai sadasta solmua, suurin haaste on näiden solmujen yhdistäminen luotettavaan, skaalautuvaan järjestelmään.

Tärkeintä tässä on valita tekniikka, jossa kaikilla fyysisen yhteyskerroksen solmuilla on yhtä toiminnallisuus, joten ne voivat toimia "orjina" tai "isäntinä" verkossa ja voivat vaihtaa rooleja milloin tahansa. Toisin sanoen solmujen pitäisi voida toimia lähettiminä, vastaanottimina tai lähetin-vastaanottimina liikenteen ohjaamiseksi muihin solmuihin.

Lisäksi jokaisen solmun tulisi pystyä määrittämään paras aika lähetykseen naapureidensa toiminnan perusteella, poistamalla tarve verkkoa rajoittaville 'koordinaattoreille' tai 'valvonta' solmille.

Tämä ominaisuusyhdistelmä tarkoittaa, että verkon skaalaaminen on helppoa lisäämällä solmu tilapäisesti. Suunnittelua ei tarvita, jotta voidaan harkita mitä solmun "tyyppiä" tarvitaan verkon laajentamiseksi tai säätää koordinaattorisolmun yhdistävästä verkosta, kun se saavuttaa tietyn koon.

Jotkut tekniikat vaikeuttavat verkon rakentamista fyysisessä yhteyskerroksessa ottamalla käyttöön "pienimuotoiset" solmut. Pienennetyt toimintasolmut eivät voi toimia isäntinä, ja tästä syystä koordinaattorit on jaettava koko verkossa valvomaan alentuneiden toimintasolmujen alajoukkoja lisäämällä monimutkaisuutta ja estämällä skaalaus tapauskohtaisesti. Mikä pahempaa, nämä monimutkaiset järjestelmät ovat kalliita ja kuluttavat paljon virtaa.

Eking pois vallasta
Äärimmäisen vähän virtaa on välttämätöntä käytännöllisessä langattomassa verkossa, koska solmujen virran paristojen akkujen on kestettävä kuukausia tai mieluiten vuosia ylläpidon minimoimiseksi.

Katsotaanpa, mitkä ovat tyypilliset numerot, käyttämällä esimerkiksi ANT: n omaa tekniikkaa.

Sovellukselle, joka lähettää 8 tavua dataa kerran sekunnissa tunnin päivässä, lähettimen ja vastaanottimen akun kestoaika on 6, 4 ja 5, 6 vuotta. Akun käyttöikä on suuresti riippuvainen sovelluksesta, ja tämä esimerkki on vähäinen käyttötapa.

Esimerkiksi teollisuusympäristössä anturia voidaan joutua käyttämään 24 tuntia vuorokaudessa, esimerkiksi kahden sekunnin välein. Tässä tapauksessa lähettimen akun käyttöikä olisi 7, 2 kuukautta ja vastaanottimen käyttöikä 6, 3 kuukautta.

Vertailun vuoksi ZigBee-lähettimien ja vastaanottimien akun käyttöikä tässä sovelluksessa olisi kahdeksasta kymmeneen viikkoa, mikä johtuu pääasiassa vähemmän heikosta protokollasta.

Mihin langattomiin verkkoihin, joissa on kymmeniä tai jopa satoja solmuja, lopulta käytetään, voidaan keskustella. Tiedämme kuitenkin, että langattomilla anturiverkoilla on valtava potentiaali.