Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2007 №2

Реализация ячеистой сети с высокой дальностью действия

Коскинен Петтери

Татополос Ксавьер


Использование mesh-сетей — это возможность использования беспроводного устройства как логического повторителя для передачи данных между двумя конечными точками без установления прямого радиоконтакта. Это путь к увеличению надёжности и дальности действия беспроводного соединения. Существует два типа топологии mesh-сетей: полная и частичная.

Топология полной mesh-сети представляет собой систему, в которой каждый узел имеет соединение с каждым другим узлом в сети. Такой вариант сети очень дорог в реализации, но более надёжен благодаря высокой избыточности. В случае, когда один из узлов отказывает, сетевой трафик может быть перенаправлен к любому другому узлу. Избыточность, выраженная в количестве доступных путей прохождения данных в mesh-сети, делает этот тип сети очень надёжным. Такой тип сети обычно используется для базовых магистральных сетей обмена данными.

Частичная топология mesh-сети менее дорогостояща в реализации по сравнению с полной и имеет существенно меньшую избыточность. В архитектуре этого типа некоторые узлы организованы по схеме полной mesh-сети, другие же соединяются только с одним или двумя узлами во всей сети. Этот тип топологии чаще всего лежит в основе периферийных сетей, подключенных к базовым магистральным беспроводным сетям обмена данными.

Компания One RF Technology предлагает беспроводные решения для реализации топологии полной mesh-сети стандарта ZigBee и решения для топологии частичной mesh-сети, основанные на своем собственном микропрограммном обеспечении Mesh lite.

ZigBee представляет собой быстро растущий и развивающийся стандарт для беспроводного мониторинга и управления устройствами. Благодаря использованию этого стандарта компании будут иметь беспроводную платформу, оптимизированную для их уникальных нужд удалённого мониторинга объектов и управления всевозможными приложениями. Эта платформа предлагает простое, надёжное, недорогое и экономичное с точки зрения энергопотребления решение. Стандарт разрабатывается при содействии активных членов Альянса ZigBee — всемирного союза компаний, создающих беспроводные решения для использования в различных коммерческих и промышленных приложениях, а также в приложениях для автоматизации домов. Компания One RF Technology является членом Альянса ZigBee и разрабатывает свой собственный ZigBee-стек.

Устройства, соответствующие стандарту ZigBee, обычно работают в диапазоне частот 2,4 ГГц который свободен от лицензирования в большинстве стран мира. Стандарт позволяет достичь скорости обмена данными по беспроводному каналу вплоть до 250 кбит/с и одновременно может поддерживать до 65520 клиентских узлов при топологии полной mesh-сети. Полный ZigBee-стек основывается на стандарте IEEE 802.15.4, который регламентирует работу физического уровня PHY (PHysicak Layer), уровня доступа к среде передачи MAC (Medium Access Layer), уровня безопасности SSP (Security Layer) и сетевого уровня NWK (NetWork Layer), уровня поддержки приложений APS (Application Support Layer), уровня управления устройством и специфического профиля приложения. Стадарт постоянно совершенствуется Альянсом ZigBee. Развивающийся в настоящее время стандарт ZigBee 2006 предлагает отказоустойчивую беспроводную сетевую платформу для интеграторов беспроводных решений. Благодаря высокой надёжности топологии полной mesh-сети стандартизация во всем мире не требует высоких затрат, а ZigBee является оптимальным выбором для систем беспроводного мониторинга и управления различными устройствами с радиусом действия около 100 м.

Однако множество промышленных приложений требует некоего аналога mesh-сети, но с большей дальностью действия, чем та, которую может предложить стандарт ZigBee для рабочей частоты 2,4 ГГц. Одним из решений в этом случае является увеличение выходной мощности беспроводного радиомодуля. Использование "удлинителей", работающих на частоте 2,4 ГГц, позволит увеличить дальность действия ZigBee mesh-сети, но следует учитывать, что это приведёт к увеличению потребляемой энергии.

Второй факт, который нужно помнить — это то, что существуют взносы за использование стандарта ZigBee. В стоимость официального продукта ZigBee, прошедшего сертификацию и лицензирование, входит плата за использование торговой марки ZigBee. Вместе с использованием "удлинителей" это приводит к существенному увеличению общей стоимости решения.

Чтобы предложить беспроводную систему, которая сочетает в себе возможности mesh-сетей с низкой рассеиваемой мощностью и невысокой стоимостью, компания One RF Technology реализовала устройства для mesh-сетей с более низкой рабочей частотой. Микропрограммное обеспечение One RF Technology под названием Mesh lite ориентировано на топологию частичной mesh-сети (типа кластерное дерево) и работает в свободном от лицензирования диапазоне частот 868 МГц. Эта более низкая по сравнению с используемой в стандарте ZigBee рабочая частота позволяет реально увеличить дальность действия между двумя узлами до 1 км. Более того, поскольку узлы в системе могут функционировать как логические ретрансляторы, дальность действия сети Mesh lite может быть увеличена до нескольких километров при помощи всего лишь нескольких дополнительных узлов. Пример топологии сети и пути прохождения данных в сети Mesh lite показаны на рис. 1, а пример автоматического изменения маршрута при отказе одного из узлов – на рис. 2.

Пример пути прохождения трафика в сети Mesh lite
Рис. 1. Пример пути прохождения трафика в сети Mesh lite
Пример автоматического изменения маршрута при отказе одного из узлов
Рис. 2. Пример автоматического изменения маршрута при отказе одного из узлов

Кроме того, микропрограммное обеспечение Mesh lite от компании One RF Technology предлагает даже более высокую экономичность и управление энергосбережением, чем это может предложить стандарт ZigBee. Этого удалось достичь благодаря тому, что все устройства в сети Mesh lite могут переходить в режим ожидания — даже ретрансляторы (если сравнивать с сетью ZigBee, то в ней в режим ожидания может перейти только оконечное устройство). Этот факт позволяет использовать технологию Mesh lite в приложениях с автономным и батарейным питанием.

Кроме того, благодаря сравнительно простой структуре микропрограммного обеспечения, Mesh lite требует всего 16 Кбит памяти. Поэтому в качестве аппаратного обеспечения могут использоваться микроконтроллеры с меньшим количеством памяти "на борту", что также снижает как стоимость, так и, как правило, энергопотребление беспроводного устройства. И, наконец, благодаря использованию проприетарного протокола обмена данными в Mesh lite не требуется оплачивать какие-либо взносы или осуществлять выплаты по лицензионному договору.

Поскольку устройства Mesh lite функционируют в нелицезируемом ISM-диапазоне 868 МГц, в первую очередь эта технология нацелена на европейский рынок. В связи с тем, что Mesh lite использует проприетарный протокол и не является мировой стандартизованной технологией, пользователи не смогут иметь возможности взаимодействия с устройствами другого типа. Однако в большинстве промышленных приложений взаимодействие между различными устройствами не является важным фактором, и поэтому проприетарные протоколы иногда даже являются предпочтительными.

Технология Mesh lite предлагает отличное беспроводное решение для реализации mesh-сетей, требующих больших дальностей действия и длительной работы от одного комплекта батарей. С другой стороны, mesh-сети на базе стандарта ZigBee оптимальны для малопотребляющих приложений, где возможность взаимодействия различных устройств и сетей является очень важным фактором.

Таблица 1. Сравнение параметров технологий ZigBee и Mesh lite

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке