Москва: +7 (499) 110-36-94 , mos@contractelectronica.ru
Санкт-Петербург: +7 (499) 110-36-94 , spb@contractelectronica.ru

 
Slider

Проверка дальности связи ZiGBee модулей в условиях городской квартиры

Олег Пушкарев, бренд-менеджер, ЗАО «КОМПЭЛ»

В статье описываются возможности применения модулей MaxStream для построение систем "Умный дом" с использованием технологии ZiGBee.

Версия в PDF (354Kb)

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 «XBee™/XBee-PRO™ OEM Development Kit», который включает в себя CD c программным обеспечением, 5 модулей XBee™ и XBee-PRO™, антенны и все необходимые переходники (рис. 1).

Комплект оборудования для проведения теста дальности

Рис. 1 Комплект оборудования для проведения теста дальности

В качестве трансиверов в модулях XBee применяются микросхемы Freescale MC13193. Схема помещения приведена на рис. 2. Жирными черными линиями 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.

План помещения и места расположение испытуемых модулей

Рис. 2 План помещения и места расположение испытуемых модулей

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.

Внешний вид окна программы X-CTU

Рис. 3 Внешний вид окна программы X-CTU

Тесты проводились с использованием модулей ХВее (1 мВт) и ХВее-РгЮ (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.

Комбинация оборудования

Уровень сигнала от переносного модуля, расположенного в точке:

1

2

3

4

5

1

База - XBee-PRO (Ант-1); переносной -модуль XBee-PRO (Ант-2).

-60

-71

-84

Не

исп.

Не исп.

2

База - XBee-PRO (Ант-1); переносной -модуль XBee (Ант-2).

-79

-88

-101

-69

Не исп.

3

База - XBee (Ант-2); переносной модуль -XBee (Ант-3).

-88

Нет связи

Нет связи

-82

Не исп

Результаты измерений приведены для случая открытой металлической двери 1 (см. план на рис .2). Закрытие двери приводило к уменьшению сигнала на 4.. .8 дБ

Табл 1. Результаты измерений

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 XBee, 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 MC13192, были достигнуты значения предельной дальности в 700 и более метров (рис. 4, [1]).

Результаты измерений дальности на открытой местности

Рис 4. Результаты измерений дальности на открытой местности

Литература

1. MC1319x Range Performance (http://www.freescale.com/files/rf_if/doc/app_note/AN2902.pdf)