Витал Электроникс

поставки электронных компонентов широкой номенклатуры,
системы RFID, IT услуги

Санкт-Петербург

+7(812) 325-97-92

Публикации

А. Матвеев, "Технология беспроводной передачи данных Wavenis".

"Беспроводные технологии" №1, 2005 г.

Отсутствие подходящих технологий часто приводит к невозможности эффективных и качественных решений беспроводных сетевых задач. Иногда к решениям, которые были бы выгодны как для клиента, так и для поставщика, ставятся такие жесткие требования, как например необходимость работы от батарейки без ее замены на протяжении нескольких лет, что делает рентабельные технические решения почти невозможными.

В некоторых случаях сетевые узлы могут находиться на больших расстояниях друг от друга, что требует использования маршрутизаторов, усилителей и даже подключений к мобильным телефонным сетям. Например, решения со сверхнизким энергопотреблением и большой дальностью действия хорошо адаптированы к городским и промышленным условиям, но проблемы с установкой и управлением, а также необходимость больших энергозатрат могут привести к невозможности построения плотной сети в этих условиях. Решение – беспроводной сетевой протокол, который расширяет возможности существующих стандартов в построении эффективных сетей, обеспечивающих измерения, домашнюю автоматизацию, мониторинг температуры и другие решения по сбору информации.

Некоторые решения, существующие сейчас, на самом деле не выполняют всех требований по дальности действия, энергопотреблению, гибкости топологии и управлению сетью.

Задача разработчиков технологий состоит в обеспечении рынка беспроводных сетей датчиков решениями с низкой стоимостью и приложениями, которые могут передавать небольшие объемы данных на большие расстояния, но где устройства часто установлены в труднодоступных местах и используют всего несколько микроампер в рабочем режиме. Требования рынка привели к попыткам удовлетворить их и сбалансировать зачастую противоречивые параметры. Производители пытаются обеспечить такие приложения со сверхнизким энергопотреблением, как автономные беспроводные датчики (движения, температуры, давления, акселерометры, вибрации, газа, дыма, контроля доступа, био-датчики), считывание показаний счетчиков (вода, газ, электричество, тепло), домашняя автоматизация (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, освещение, управление дверьми, метеостанции), дистанционное управление для промышленного применения, сигнализации и безопасность, так же как и новые многообещающие устройства радиочастотной идентификации, здравоохранение, «умные» устройства. При использовании в вышеуказанных областях, все существующие радиочастотные стандарты имеют недостатки. Wi-Fi (высокая стоимость и большое энергопотребление), Bluetooth (меньшее энергопотребление, но небольшая дальность действия) и даже ZigBee (небольшое энергопотребление, но дальность действия все еще недостаточна) не могут удовлетворить все эти потребности одновременно.

Начиная с 2000 года, компания Coronis Systems решила объединить стандартизированные сетевые коммуникации и устройства со сверхнизким энергопотреблением с помощью технологии Wavenis, разработанной на основе Bluetooth. Исходя из различных технических и экономических требований, компания Coronis Systems использует два различных решения со схожими архитектурами: конечные точки Wavenis и точки доступа с Wavenis или Bluetooth/Wavenis. Эта стратегия позволяет обеспечить рынок устройств со сверхнизким энергопотреблением и в то же время дать возможность компаниям, использующим Bluetooth, разрабатывать решения для выхода на новые рынки.

Рассмотрим основные особенности протокола Wavenis.

Возможность работать несколько лет от простой батарейки без ее замены

Устройства, разработанные для измерений, передачи данных и обеспечения беспроводной связи должны непрерывно работать от батарейки несколько лет, что существенно снижает затраты на их обслуживание. Устройства Wavenis отличаются сверхнизким энергопотреблением со средним рабочим током около 10 мкА и задержкой в 1 с, что позволяет им работать до 15 лет без замены батарейки.

Скрытые устройства требуют большой энергетической мощности радиоканала

Большая дальность действия необходима для сетей, в которых узлы находятся на расстояниях до 1000 метров прямой видимости и 200 метров в помещении, когда происходит сильное затухание сигнала, и при условиях плохой передачи, когда устройства скрыты или встроены. Радиоприемник Wavenis использует частоту 50 кГц, (скорость передачи данных до 19,2 кбит/c), чтобы получить чувствительность лучше, чем -110 дБм, в то время как выходная мощность достигает +15 дБм. Соответственно, выходная мощность радиоканала Wavenis составляет 125 дБ, что обеспечивает компенсацию сильного затухания сигнала и надежную работу даже в условиях, когда устройства скрыты.

Работа в безлицензионном диапазоне ISM

Устройства Wavenis работают в безлицензионном ISM (Industrial, Scientific, Medical) диапазоне на частотах 433, 868 и 915 МГц, то есть не требуют дополнительных разрешений на использование.

Надежность и безопасность

Для обеспечения безопасности, надежности и низкого энергопотребления в технологии Wavenis применяются сложные механизмы обработки данных. Технология модуляции с разбросом по частоте (FHSS), при которой данные разбиваются на пакеты и передаются отдельно на несущей частоте, которая скачкообразно изменяется в последовательности, известной только передатчику и приемнику. Постороннему же приемнику передача по протоколу FHSS представляется кратковременными импульсными шумами. Технология предварительной коррекции ошибок (FEC) – в передаваемый сигнал добавляются избыточные биты, чтобы приемник мог даже при повреждении части сигнала вычислить всю исходную информацию, анализируя уцелевшие данные. Чередование данных (BCH кодирование) – третий механизм для обеспечения надежности связи, при котором информация перед отправкой пакетов кодируется. В результате даже при частичном повреждении пакета возможно восстановить его последовательные биты. Гауссовская частотная модуляция (GFSK) - еще одна технология, которая обеспечивает высокую помехоустойчивость и надежную работу в помещениях.

Двусторонняя связь по той же цене

Технология Wavenis позволяет создать двусторонний радиочастотный узел, по стоимости и энергопотреблению соответствующий традиционным односторонним решениям. Двусторонняя связь позволяет оптимизировать и облегчить управление большими сетями:

  • использование QoS (Quality of Service);
  • управление оповещениями (ошибки, повреждение кабеля, разрядка батареи);
  • программирование параметров;
  • гибкость в добавлении, замене и удалении устройств.

Работа в различных режимах

Устройства Wavenis могут работать в различных режимах – от узла к узлу (point-to-point), вещательном (broadcast), опросном (polling), ретрансляционном (relay). Опросный режим позволяет эффективно уменьшить энергопотребление на конечных узлах, когда информация запрашивается с большого количества устройств. Ретранслирование позволяет использовать любое устройство Wavenis в качестве репитера, то есть для передачи сигнала между двумя другими устройствами.

Возможность работы с несколькими датчиками

Технология Wavenis поддерживает возможность снятия и передачи показаний с нескольких однотипных датчиков. Например, если датчики температуры находятся на близком расстоянии, их можно присоединить к одному модулю Wavenis. Это позволяет снизить общие затраты на установку сети.

Миниатюрность

Размеры приемопередатчика Wavenis составляют всего 15 мм х 25 мм, что позволяет создавать на его основе миниатюрные устройства.

Компания Coronis Systems предоставляет клиентам три варианта использования технологии Wavenis.

Для конечных потребителей и системных интеграторов выпускается ряд готовых устройств автоматического считывания показаний счетчиков и датчиков и сопутствующих, среди которых модули считывания информации Waveflow, Wavetherm, Wavesense, сетевой концентратор Wavehub, репитер Wavetalk, интерфейсный модуль Wavecell и др. На их основе строятся эффективные и законченные решения, используемые для удаленного мониторинга данных. Автономные модули компании Coronis Systems могут использоваться с целым рядом стандартных промышленных датчиков, например цифровыми датчиками температуры PT100, PT1000 и Dallas 18S20.

Для производителей оборудования компания Coronis Systems выпускает OEM модули Wavecard вместе с программным обеспечением и средствами разработки. Они применяются для сборки собственной продукции и индивидуальных коммуникационных решений в сферах домашней автоматизации, освещения, управления дверьми, управления температурой, систем безопасности, медицины, радиочастотной идентификации, промышленных датчиков и пр.

Для разработки и серийного производства новых устройств на основе технологии Wavenis можно использовать программу лицензирования компании Coronis Systems, которая является идеальным решением при объемах производства, достигающих 50 тыс. единиц продукции. Для этого может применяться модуль Wavefront и непосредственно чип Wavenis. Сейчас по лицензии выпускаются метеорологические станции, бытовые системы сигнализации, беспроводные регуляторы освещения и пр.

На данный момент технология Wavenis используется в более чем 400 тыс. устройств во всем мире.