無線感測網路技術概論3/4

在這一部分的話,我們會想和大家一起去討論一下 802.015.4 它的一個寫出的協議的概述。 802.015.4 它在 IE 中會有一個標準的工作組去負責 802.015.4 它一個協議的制定。 因爲 802.015.4 它下面會有一些很多的子協議,像 4G、4E 這種的一個協議。 這個工作組致力於在固定、便攜及移動的廉價設備之間實現低複雜度、低成本且功耗極低的無線連接。 在數據存儲量和數據傳輸延時要求不高的情況下,實現低成本、低功耗的設計,然後實現隨處可見的自由短距離的通信。 針對於無線產品,它的成本主要與管理、銷售、市場活動相關,還與無線產品的製造和運行費用有關係。 爲了控制無線產品的總體成本,同時降低低功耗設備和延長供電電池的壽命, IEE 802.015.4 標準在多個性能指標上做出了一些權衡。 符合這個標準的設備使用免執照的社平波段, 這點就是我們剛纔所提到的一些不同的波段, 有些是需要執照,有些不需要執照。 以減少項目實施方和用戶方的管理成本, 符合IEE 802.015.4標準的服務不需要基礎設施支持, 通常覆蓋範圍較小,同時也支持大規模的網貨, 這樣發射和接收能耗極低,而且運行成本很小。 這一部分我們將會討論一下IEE 802.015.4標準能夠滿足 我們剛纔所提到的一些性能,它的一些特性。 首先是一個佔供比,我們先做一個簡單計算, 假如我們一個設備它的活躍時的能耗爲10mW, 然後它代替的功耗爲16mW的話, 如果它的佔供比爲1%, 我們就可以計算它的平均功耗, 假如我們這個設備是使用750mAh的電池供電的話, 然後電芯的電壓線條也爲1V, 那我們就可以推算它的電池可以使用37000小時, 也就是說這個電池可以給無線的終端提供四年多的供電。 針對於實際的射頻電路,它的功耗一般都比較高。 在恆定運行情況下, 就是它一直處於工作狀態,電池不可能持續到預期的壽命頭期。 所以說IEE 802.014的標準能夠以很低的佔供比運行, 即設備上的接收器和發射器能夠在99%的總運行時間內都處於非活躍狀態。 在實際的系統中, 當無線電路處於非活躍狀態時, 定時器等元件都會消耗少量電量, 此時我們就是所謂的待機式能耗。 爲減少整個系統的平均功耗, 我們應當減少活躍式能耗以及待機式能耗。 在大多數應用中,活躍式能耗一般就會遠大於待機式能耗, 如果我們通過降低佔供比可以有效地延長電池壽命。 爲了能夠實現在低佔供比條件下正常工作, IE8205.4標準的第一頁信標幀在2.4G頻段上創作週期爲544位秒, 而超幀週期,所謂的超幀就是網絡信標幀之間的時間間隔, 你可以從它的15.36毫秒擴展到4分鐘, 對應下來佔供比就是2.3%到0.000216%, 此外,這個協議還支持無信標網絡模式, 在無信標網絡模式下組成新型網絡結構的同時設備, 可以無線地工作於待機狀態模式, 只有當事件發生時纔會與主設備通信。 因爲對於主設備來說就是一般隨時網關, 它可能是有線電源直接供電的, 所以說我們一般在無線網絡應用中考慮的 基本上都是我們的節點給供電用的問題。 無信標真工作模式能夠很好的滿足 工作在868MHz的情況下的一些設備要求, 用下這個頻段的話,它的最大佔供比爲1%。 然後另外一個就是它的一個調製和一個擴屏, i1-802.5.4的物理層採用了一種擴屏序列, 就是以直接擴屏序列具有的一個優勢。 當然在調製中的話, 868.915MHz的物理層中, 馬片調製機爲升去餘旋波二進制向移監控, 和半正旋波偏移四向移監控, 或者是跟升去餘旋波定型序列擴屏。 對於2.4GHz的話, 我們一般採用的是半正旋波偏移四向監控 馬片調製機制。 而針對於一個我剛剛所提到的DSS, 就是直接序列擴屏。 這張表格和亮圖就會表明了一個 直接擴屏的一個, 包括調製擴屏的一個示意圖。 直接序列擴屏是一種增加發動信號帶寬的技術。 擴屏技術能夠改善通信質量, 不過它要以犧牲頻譜的利用力爲代價。 例如傳統的FM使用了擴屏技術叫寬帶FM, 雖然它使用的不是DSS技術, 但它也會實現改造信號和通信質量, 所以說它也是一個典範。 DSS調製方式一般有這麼一個過程, 以超過數據傳輸域的速率, 用一些設置好的尾隨技術, 直接對已有的數據調製載波進行相位調製, 即使頻率、功率、密度較低。 因此產生的DSS信號也將佔據很多的帶寬, 所以它會犧牲你的屏幕利用率。 接收到的信號通過被複制的尾隨技術數字序列去解調原信號。 接收這種尾隨技術數字序列中的產生採用了一種複製技術, 從而能保證自己產生的序列與發射信號中的調製緊密相關。 理想情況下,複製序列能夠將接收到的DSS信號 轉換成發射器中原始數據的載波信號, 然後DSS將原始信號擴展成帶寬更寬的信號之後, 在這個信道型傳輸接收端被解碼, 最後恢復出原來的信號。 相對於未擴屏的信號, 它的功率和密度也被削弱, 不太可能與同屏帶上的載帶寬幅相干擾。 另外一個就是DSS服務可以應用在現有頻段上, 不會影響現有的服務, 所以它是一種共享頻段的一個理想和方式。 這兩邊就是我們一個發射功率和接收靈敏度的問題。 IE8205.4的標準, 其實它沒有特許你要到哪個輸出功率, 但是我們一般情況下考慮到我們的SoC系統, 一般情況下都是到-3dBm。 在於一些產品的話, 它的一個輸出功率可以爲-10到-10dBm的一個範圍內。 一般的情況下的話, 你可以通過一些寄存器去配置, 比如像我們的RTC5200的話, 你就可以去控制它的輸出功率。 另外一個就是它的接收靈敏度, 這個是有一些規定的, 就按照規定868和915的話, 它的射頻接收靈敏度的下限爲-92dBm, 而2.4G的話是85dBm。 所以說一個簡單的接收器即可, 它不需要你再去複雜的形成它的一個接收器。