Minimum power consumption wifi что это
Перейти к содержимому

Minimum power consumption wifi что это

  • автор:

Wi-Fi позиционирование «дешево и сердито». О частоте замеров или возможно ли Wi-Fi позиционирование в реальном времени?

Это третья, пока заключительная статья из серии Wi-Fi позиционирования «дешево и сердито»: когда не используются специализированные клиентские устройства и специализированная инфраструктура, а используются только общедоступные персональные устройства (смартфоны, планшеты, ноутбуки) и обычная инфраструктура Wi-Fi.

В первых двух статьях я делал основной акцент на точности и достоверности позиционирования, не касаясь вопроса частоты замеров. Если Клиент находится в статическом положении, частота замеров не имеет критичного значения, а если Клиент движется, то частота замеров начинает играть существенную роль.

Отправной точкой при расчёте частоты замеров является такая характеристика как характерная скорость движения Клиентов. Для человека это 5км/ч или 1.5 м/с. Для обеспечения позиционирования в реальном времени промежуток времени между двумя замерами не должен превышать удвоенную точность позиционирования, что позволяет строить достаточно точные для практических целей траектории движения.

Точность классического позиционирования по тестам, проведенным в предыдущей статье, составляла порядка пяти метров с достоверностью 90%. В этом случае частота замеров должна быть не менее 6,6с (либо 13,3 секунды для точности 10 метров). Теперь осталось выяснить, какова реальная частота замеров и соответствует ли она заявленной точности позиционирования.

Для тестов используется смартфон на Android 4.4.4 и ноутбук с Windows 7.

Что ж, цель ясна, средства понятны, приступим!

В специализированных системах позиционирования частотой замеров можно управлять на уровне работы драйверов беспроводного адаптера и программного обеспечения, регулируя интервалы передачи информации, тем самым подстраиваясь под характерную скорость клиента и точность позиционирования.

С персональными Wi-Fi устройствами (смартфоны, планшеты, ноутбуки) дело обстоит иначе: мы можем работать только с тем, что определено в стандартах IEEE 802.11-2012, драйверами производителя, настройками операционной системы.

Частота замеров, а что это?

Точки доступа (ТД) используют для позиционирования уровень сигнала (RSSI) Wi-Fi клиента (Клиент). Назову наличие на ТД одного измеренного уровня сигнала Клиента Замером.

Для решения задачи позиционирования необходимо иметь как минимум по одному Замеру с трех точек доступа. Чтобы не было путаницы, буду называть такой набор Сэмплом.

А сложно ли получить Сэмпл?

Точки доступа, Замеры которых формируют Сэмпл в общем случае работают на трех разных каналах, допустим, первый, шестой и 11-й (это связано с работой стандартов IEEE 802.11).

В соответствии со стандартами IEEE 802.11, Wi-Fi адаптер может находиться в одном из трех состояниях:

— передача (Tx)
— приём (Rx)
— мониторинг (CCA — Clear Channel Assessment)

Если ТД не передаёт и не принимает, она находится в режиме мониторинга своего канала (в частности для оценки виртуальной (CCA-CS, Carrier Sense) и физической (CCA-ED, Energy Detect) занятости канала).
Если Клиент находится в зоне уверенного приёма одной точки доступа, то он передаёт и принимает на одном канале. Возвращаясь к тому, из чего формируется Сэмпл, возникает вопрос, каким образом сформируется Сэмпл, если Клиент работает только в одном канале, а Замеры должны быть на трех разных каналах?

image

Современные точки доступа небольшую часть времени тратят на мониторинг смежных каналов, но так как основной задачей точек доступа остаётся обслуживание клиентов, а мониторинг всех каналов происходит последовательно, то время нахождения на смежном канале очень мало. К примеру, в инфраструктуре Cisco точка доступа обходит все каналы за 16 секунд. В этом случае вероятность «поймать» Замер клиента на смежном канале невелика. Поэтому этот способ мы отметаем.

Для мониторинга смежных каналов производители часто применяют дополнительное радио. К таким технологиям относится Cisco FastLocation. Модуль мониторинга перебирает все возможные каналы, но находится на каждом канале заметно дольше. Но опять же, эта роскошь по условиям задачи нам не доступна. Более детально технологии Cisco FastLocation я собираюсь посвятить отдельную статью.

Откуда все-таки тогда берется Сэмпл?!

В беспроводной среде есть огромное количество процессов, которые протекают незаметно для пользователя. Есть три типа пакетов (Data, Control, Management) и как минимум 39 типов фреймов, и есть всего один фрейм (и один режим работы беспроводного клиента), который позволяет решить поставленную задачу.

Это режим активного сканирования (active scanning), когда Клиент активно (посылая пакеты Probe Request) сканирует все доступные каналы на предмет наличия подходящей беспроводной сети. Probe Request, как фрейм управления (management frame), посылается на максимальной мощности и на самой низкой скорости передачи. Именно этот режим позволяет точкам доступа, работающим на других каналах, получить Замер с Клиента и сформировать Сэмпл.

image

Зачем Клиент посылает эти запросы?

Есть как минимум два режима работы, когда используется сканирование:

1. При выборе клиентом подходящей точки доступа, для подключения к беспроводной сети
2. При выборе клиентом подходящей точки доступа во время перехода с точки на точку (во время роуминга)

Клиенту доступно два механизма сканирования радиосреды:

— пассивное сканирование (passive scanning)
— активное сканирование (active scanning)

В первом случае беспроводной клиент слушает beacon пакеты (посылаемые каждые 102,4мс. по умолчанию), во втором – посылает probe request и дожидается probe response.

Очевидно, что это вопрос выбора между скоростью сканирования и затрачиваемой на это энергией (самый затратный режим работы беспроводного клиента – это передача).

Пассивное сканирование

Допустим, мы производим сканирование в диапазоне 2.4ГГц в России, где разрешено 13-ть каналов. Приёмник беспроводного клиента должен находиться, очевидно, не менее 102.4мс (стандартный интервал между beacon пакетами) в режиме мониторинга на каждом канале. Полный цикл сканирования занимает в районе 1.4с.

Активное сканирование

Клиент посылает запрос в канал (Probe Request). Точки доступа, работающие на этом канале и услышавшие запрос, отвечают на него информацией о имеющихся беспроводных сегментах (SSID).

Запрос может быть направленный (содержащий определенный SSID) — directed probe request, в этом случае ТД должна ответить информацией только об этом SSID (если он на ней есть).

Запрос может быть всенаправленный (Null Probe Request), в этом случае ТД, услышавшая данный пакет, должна предоставить информацию о всех настроенных SSID.

Клиент посылает Probe Request на первом канале и запускает ProbeTimer. Величина ProbeTimer не стандартизована и в зависимости от реализации драйверов сетевого адаптера может отличаться, но в общем случае она составляет 10мс. В течении этого времени беспроводной клиент обрабатывает ответы (Probe Response от ТД). Далее переходит на следующий канал и так по всем каналам. После чего решает, к какой ТД подключиться.

Полный цикл сканирования в этом случае занимает порядка 130мс, что примерно на порядок меньше пассивного сканирования.

Каждый производитель самостоятельно выбирает тип сканирования и условия его применения. Так же в самой операционной системе может быть опции, позволяющие выбрать определенный режим.

Какую частоту сканирования по Probe Request можно ожидать?

С моей точки зрения после подключения к SSID и находясь в зоне уверенного приёма одной точки доступа, Клиент не должен посылать Probe Request вообще.

Производитель Cisco говорит, что интервал передачи может быть в пределах от 10 секунд до 5 минут, в зависимости от типа Клиента, ОС, драйверов, батареи, активности клиента (http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/controller/technotes/8-0/CMX_FastLocate_DG/b_CMX-FastLocate-DG.html).

Получается, что теория несколько противоречит практике, поэтому тут необходимы тесты.

Измерение частоты посылки Probe Request

Сначала тестам подвергся ноутбук в статическом положении, подключенный к сети, режим максимального потребления. На одном профиле у меня были отметки «подключаться автоматически» и «подключаться, даже если сеть не ведет вещание своего имени (SSID).

Результат показал, что система примерно раз в минуту посылает на все каналы всенаправленный Probe request независимо ни от чего.

image
image

То есть система, находясь в статическом положении, в зоне уверенного приёма одной ТД, всё равно каждую минуту отправляет на все каналы Probe request (на каждый запрос все точки доступа посылают probe response, что формирует немалый траффик). В режиме Maximum Battery Life ноутбук показал тот же результат.
Так же видно, что каждый раз Клиент посылает не один запрос, а сразу несколько, с совсем небольшим временным промежутком.

Есть ли корреляция между частотой посылки Probe Request и частотой замеров Cisco CMX

Количество Probe Request и количество Сэмплов на Cisco CMX совпала. Причем по логам видно, что раз в минуту приходит несколько Замеров (как показывает и анализатор), но CMX, очевидно, объединяет такие запросы (и правильно делает), так как счетчик каждую минуту увеличивался на один. Выглядело это примерно так:

TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:43:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:44:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:44:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:44:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:44:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:44:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:45:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:45:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:45:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:45:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:45:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:46:14 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:46:14 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:46:14 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:46:14 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:46:14 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:47:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:47:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:47:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:47:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:47:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:48:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:48:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:48:12 MSK 2016 TIMESTAMP :Fri Aug 26 10:48:12 MSK 2016

Частота замеров в движении

В движении периодичность изменилась и появилась связь с моментом роуминга. Как показал анализатор, действительно, перед моментом роуминга ноутбук слал Probe Request на все каналы, то есть выполнял процедуру активного сканирования.

image

Тут возникает интересный эффект: чем быстрее двигается человек, тем чаще происходит роуминг. Но, к сожалению, роуминг происходит несколько реже, чем каждые 10 метров (удвоенная точность). Клиент держится «до последнего» за точку доступа и только в последний момент переключается на новую. В результате роуминг происходил не менее, чем каждые 15-20 метров, что примерно в два раза больше требуемого, в результате мы имеем не очень достоверную траекторию движения (см. предыдущую статью).

Далее я проводил тесты со смартфоном на базе Android 4.4.4. У смартфона есть два режима работы: активный и спящий. В спящем режиме есть несколько вариантов работы. Для тестов я использовал самый шумный режим «Never».

image

Результаты оказались следующими.

image

Если смартфон лежал на месте, и я им не пользовался, задержки составляли порядка 500-600 секунд. Даже в период активного серфинга задержки составляли порядка 100 секунд. Более частое обновление получалось за счет просмотра беспроводных сетей (в этот момент посылались запросы.

В движении результаты получились аналогичны ноутбуку, то есть прослеживалась прямая связь между посылкой пакетов и роумингом.

Основные выводы

1. В классическом Wi-Fi позиционировании замеры производятся по пакетам Probe Request

2. На персональных устройствах (ноутбуках, планшетах, смартфонах) частота посылки Probe Request зависит от большого количество факторов: типа устройства, ОС, типа драйверов и их настройки, состоянии батареи, активности клиента и может составлять от 5 секунд до 10 минут. Но!

3. Есть прямая связь между скоростью передвижения клиента (частотой роуминга) и частотой посылки Probe Request. Если клиент находится в статическом положении, то частота замеров небольшая (но она и не нужна большая!). А в случае движения начинают формироваться Probe Request по событию роуминга. Но!

4. Частота посылки Probe Request по событию роуминга недостаточна (больше, чем удвоенная точность позиционирования) и при равномерном движении может составлять 10-15 секунд (а требуется как минимум 5-10 секунд), что приводит к ухудшению точности позиционирования в движении не меньше чем в два раза.

НА что следует обратить внимание

Многие производители стараются оптимизировать работу своих устройств для увеличения времени работы устройства и первым претендентом на оптимизацию является режим «активного сканирования». Это приводит в том числе к тому, что такие устройства как iPhone и Android тоже, стали достаточно редко использовать этот режим работы, но в случае роуминга еще не отошли от использования Probe Request.

На помощь производителям, к сожалению, так же приходит протокол IEEE 802.11k, который вошел в новую версию стандарта 802.11-2012. Этот стандарт берет на себя как раз ту функцию, которую сейчас выполняет активное сканирование при роуминге.

Из-за активной работы производителей в сторону уменьшения энергопотребления и внедрения стандарта 802.11k вряд ли можно ожидать на этом направлении улучшений.

Остаётся вариант использования для замеров пакетов данных (Data frame). В этом случае мы логично приходим к рассмотрению технологии Cisco FastLocaton в следующей статье.

P.S. Ниже небольшое отступление про активные Wi-Fi метки, про которые, если удастся с ними поработать, будет отдельная статья.

В случае применения активных Wi-Fi меток мы можем настроить их работу, как нам необходимо. Программное обеспечение настраивается таким образом, что метка постоянно находится в спящем режиме, просыпается с определенной периодичностью для посылки Probe Request на все каналы, после чего засыпает. С помощью такого режима работы можно добиться необходимой частоты обновления и необходимой продолжительности автономной работы.

Вот пример активной метки, которая просыпается каждые 90 секунд для посылки Probe Request, работает от двух АА-батареек порядка 27 дней.

P.P.S. Небольшое добавление. Поддержка протокола 802.11k может как ухудшить, так и улучшить Wi-Fi позиционирование. Пока ничего более конкретно сказать не могу, так как тема не изучена, постараюсь освятить в дальнейшем.

  • Системное администрирование
  • IT-инфраструктура
  • Cisco
  • Сетевые технологии
  • Беспроводные технологии

Параметрический анализ беспроводных технологий Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Беляев Алексей Олегович, Рябоконь Александр Сергеевич

Во время разработки мобильных устройств разработчики сталкиваются с задачей выбора конкретных технических решений, при этом количество критериев, по которым производится оценка, тем выше, чем жестче требования к конечному продукту. Так выбор беспроводного модуля производится по критериям функциональности, удобства использования, энергопотребления, габаритов и конструктивных особенностей. Представлена методика оценки энергоэффективности различных беспроводных решений и приведен пример ее использования при выборе технологии беспроводной передачи данных для мобильного радиоэлектронного устройства. Трудность выбора заключается в том, что данных технической документации, предоставляемой производителем, не достаточно для адекватной оценки энергоэффективности и выбора того или иного беспроводного решения для конкретной задачи. Целью исследования является определение количественных показателей энергозатрат без макетирования с использованием дорогостоящих отладочных средств. Само понятие беспроводной технологии подразумевает не только особенности аппаратной реализации модуля или интегральной микросхемы трансивера, но и используемых протоколов передачи данных, свойства которых оказывают не меньшее влияние на результирующее энергопотребление проектируемого устройства. В существующих публикациях по данной тематике отсутствует комплексный подход к количественной оценке характеристик различных беспроводных технологий, который рассматривал бы каждое решение как совокупность аппаратных и программных средств. Предпринята попытка к формированию методики оценки энергоэффективности расчетным методом при минимальном наборе исходных данных, введены новые количественные показатели и проведена оценка с использованием этих показателей для различных вариантов организации персональной беспроводной сети на базе технологий Bluetooth и ANT. Полученные результаты были использованы в качестве критериев выбора беспроводного решения при проектировании комплекса кардиомониторирования и эргометрии на базе НТЦ «Техноцентр» ЮФУ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Беляев Алексей Олегович, Рябоконь Александр Сергеевич

Обзор компонентов Bluetooth

Средство связи датчиков расстояния с системой управления краном для передачи грузов с буровой платформы на судно в условиях волнения моря

Организация беспроводного протокола связи с датчиком ЭКС в КДС «Кардиовид»
Cc2500 — универсальное решение texas Instruments для локальной беспроводной связи
Безпровідні мережі. Стандарт ZigBee (на прикладі продукції Atmel)
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PARAMETRIC ANALYSIS OF WIRELESS TECHNOLOGY

During the development of mobile devices, developers are faced with the task of selecting the specific technical solutions, the number of criteria by which made the score, strongly depends on the requirements to the final product. So in the common case the choice of the wireless module is made on the criteria of functionality, ease of use, energy consumption, dimensions and design features. The paper presents a technique for evaluating the energy efficiency of various wireless solutions, and is an example of its use when choosing a technology of wireless data transmission for mobile electronic devices. The difficulty of the choice lies in that the technical specifications provided by the manufacturer, is not enough to adequately assess the energy efficiency and the choice of a wireless solution for a specific task. The aim of the study is to determine the quantitative indicators of energy without costly prototyping using the debugging tools. The concept of wireless technology means not only the features of the hardware implementation of the transceiver module or integrated circuit, but and used data transfer protocols, properties of which have no less impact on the resulting power consumption of the designed device. In the existing literature on this subject does not contain comprehensive approach to quantify the characteristics of the various wireless technologies that would consider every solution as a set of hardware and software. The article attempts to form technique for assessing energy efficiency calculation method with a minimum set of baseline data, introduce new quantitative indicators and represents evaluation using these indicators for various personalized options for wireless networks based on Bluetooth and ANT. The results were used as criteria for selecting a wireless solution for the design of the complex cardiac and ergometry monitoring system in the South Federal University.

Текст научной работы на тему «Параметрический анализ беспроводных технологий»

Туляков Юрий Михайлович — Волго-вятский филиал московского технического университета связи и информатики (МТУСИ); e-mail: yu.m.tulyakov@rambler.ru; 603006, Нижний Новгород, ул, Ошарская, 15, к. 15; тел.: 89107901111; директор; к.т.н.; доцент.

Рузанов Павел Александрович — e-mail: pavelr70@mail.ru; 603106, Нижний Новгород, ул. генерала Ивлиева, 8, кв. 61; тел.: 89027893288; кафедра математических и естественнонаучных дисциплин; к.ф.-м.н.; доцент.

Tulyakov Yuri Mihaiylovich — Volga-Vyatka of Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics (MTUCI); e-mail: yu.m.tulyakov@rambler.ru; 15-15, Osharskaja street, N. Novgorod, 603006, Russia; phone: +79107901111; director; cand. of eng. sc.; associate professor.

Ruzanov Pavel Alexandrovich — e-mail: pavelr70@mail.ru; 8-61, general Ivliev street, Nizhny Novgorod, 603106, Russia; phone: +79027893288; the department of mathematics and natural sciences; cand. of phys.-math. sc.; associate professor.

О.А. Беляев, А.С. Рябоконь ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Во время разработки мобильных устройств разработчики сталкиваются с задачей выбора конкретных технических решений, при этом количество критериев, по которым производится оценка, тем выше, чем жестче требования к конечному продукту. Так выбор беспроводного модуля производится по критериям функциональности, удобства использования, энергопотребления, габаритов и конструктивных особенностей. Представлена методика оценки энергоэффективности различных беспроводных решений и приведен пример ее использования при выборе технологии беспроводной передачи данных для мобильного радиоэлектронного устройства. Трудность выбора заключается в том, что данных технической документации, предоставляемой производителем, не достаточно для адекватной оценки энергоэффективности и выбора того или иного беспроводного решения для конкретной задачи. Целью исследования является определение количественных показателей энергозатрат без макетирования с использованием дорогостоящих отладочных средств. Само понятие беспроводной технологии подразумевает не только особенности аппаратной реализации модуля или интегральной микросхемы трансивера, но и используемых протоколов передачи данных, свойства которых оказывают не меньшее влияние на результирующее энергопотребление проектируемого устройства. В существующих публикациях по данной тематике отсутствует комплексный подход к количественной оценке характеристик различных беспроводных технологий, который рассматривал бы каждое решение как совокупность аппаратных и программных средств. Предпринята попытка к формированию методики оценки энергоэффективности расчетным методом при минимальном наборе исходных данных, введены новые количественные показатели и проведена оценка с использованием этих показателей для различных вариантов организации персональной беспроводной сети на базе технологий Bluetooth и ANT. Полученные результаты были использованы в качестве критериев выбора беспроводного решения при проектировании комплекса кардиомониторирования и эргометрии на базе НТЦ «Техноцентр» ЮФУ.

Вычислительные платформы; беспроводные технологии; микроэлектроника; энергоэффективность.

A.O. Belyaev, A.S. Ryabokon PARAMETRIC ANALYSIS OF WIRELESS TECHNOLOGY

During the development of mobile devices, developers are faced with the task of selecting the specific technical solutions, the number of criteria by which made the score, strongly depends on the requirements to the final product. So in the common case the choice of the wireless module

is made on the criteria of functionality, ease of use, energy consumption, dimensions and design features. The paper presents a technique for evaluating the energy efficiency of various wireless solutions, and is an example of its use when choosing a technology of wireless data transmission for mobile electronic devices. The difficulty of the choice lies in that the technical specifications provided by the manufacturer, is not enough to adequately assess the energy efficiency and the choice of a wireless solution for a specific task. The aim of the study is to determine the quantitative indicators of energy without costly prototyping using the debugging tools. The concept of wireless technology means not only the features of the hardware implementation of the transceiver module or integrated circuit, but and used data transfer protocols, properties of which have no less impact on the resulting power consumption of the designed device. In the existing literature on this subject does not contain comprehensive approach to quantify the characteristics of the various wireless technologies that would consider every solution as a set of hardware and software. The article attempts to form technique for assessing energy efficiency calculation method with a minimum set of baseline data, introduce new quantitative indicators and represents evaluation using these indicators for various personalized options for wireless networks based on Bluetooth and ANT. The results were used as criteria for selecting a wireless solution for the design of the complex cardiac and ergometry monitoring system in the South Federal University.

Computing platforms; wireless technologies; microelectronics; energy efficiency.

Введение. Активное развитие микроэлектроники с начала 2000-х годов, как в качественном, так и в количественном отношениях предоставило широкую номенклатуру разнообразных решений для создания беспроводных сенсорных сетей [1, 2, 3]. При этом активно развиваются не только беспроводные технологии [4, 5], но и датчики [6]. В качестве основной тенденции этих направлений можно выделить интеграцию [7, 8, 9]. Так для беспроводных решений это заключается, во-первых, в увеличении сложности радиочастотного тракта, который помимо задач детектирования, модуляции/демодуляции сигналов фактически реализует протоколы физического, канального и сетевого уровней вплоть до аппаратного управления логическими каналами [10, 11]. Во-вторых, производители трансиверов [12] увеличивают интеграцию РЧ тракта и вычислительных средств в рамках единой вычислительной системы, таким образом, объединяя в одной интегральной схеме и РЧ тракт и вычислительную платформу, реализующую сетевые протоколы более высоких уровней и решающую, непосредственно, пользовательские задачи. Кроме того на рынок выходят новые интегральные микросхемы и модули [13, 14] включающие в себя дополнительные вычислительные ядра с дополнительными периферийными блоками обеспечивающие распределение задач между ядрами: стек протоколов и пользовательские приложения исполняются на ARM ядре, а задачи сбора измерительной информации — низкопотребляющими ядрами со специальным набором периферийных блоков.

Цели и задачи. Разнообразие представленных на рынке электроники компонентов и модулей для организации беспроводной передачи данных делает выбор конкретного решения для реализации в проекте нелегким. Часто используются решения, по работе с которыми уже есть опыт, или выбор производится исходя из данных технической документации и обзорного материала из различных источников. Негативным фактором является то, что заявленные значения параметров не всегда соответствуют действительности, если точнее, то эти значения действительны для конкретных режимов, которые на практике выполняются редко. Таким образом, необходимо сформулировать некоторый набор критериев, который бы позволял выполнять количественное сравнение различных беспроводных решений, при этом данные критерии должны соотноситься с реальными условиями функционирования.

Критерии оценки беспроводных решений. При сравнительном анализе различных беспроводных решений с точки зрения их энергоэффективности, общепринятых критериев сравнения, таких как скорость передачи данных, выходная

мощность передатчика, чувствительность приемника, протокол передачи данных и т.п., недостаточно, так как они в основном отражают лишь статические характеристики, и не позволяют оценить длительность работы конкретного беспроводного решения в определенных условиях при решении конкретной задачи. Поскольку при проектировании персональной беспроводной сети автономных устройств показатель энергоэффективности является одним из основных, то ему было уделено наибольшее внимание в настоящем исследовании. Особо важную роль расчет энергоэффективности играет при прогнозировании режимов работы устройств при питании от энергии получаемой из вне [15], из электромагнитных полей, вибрации, разности температур и т.д. Частично задача оценки энергоэффективности решалась в работах Jin-Shyan Lee [16, 17] и Zhifang Wang [18], в данном исследовании полученные ими результаты дополнены, и с использованием сформулированных показателей выполнена экспериментальная оценка (по данным технической документации [19-25]) различных беспроводных решений.

Основным требованием к результату исследования является необходимость численной оценки энергоэффективности конкретного беспроводного решения по минимальному количеству параметров, или по некоторому интегральному показателю. С этой точки зрения, для оценки эффективности беспроводных трансиверов (как систем на кристалле, так и модулей) были введены новые показатели, описание которых представлено ниже.

Удельный информационный энергетический коэффициент передатчика (мДж/бит) — показывает количество энергии необходимое для передачи 1 бита полезной информации приходящееся на 1 милливатт выходной мощности. Данный вычисляемый параметр позволяет сравнивать эффективность различных беспроводных решений на уровне протоколов относительно потребляемой энергии, и вычисляется как:

Pix =(dk ■ кэГ х Ра- (1)

где Dk — канальная скорость передачи данных (бит/сек), кэ — коэффициент эффективности используемого протокола (отношение полезных данных к общему количеству данных в сообщении). Далее для указания канальной скорости будет использоваться размерность бит/сек, а для указания скорости передачи полезных данных — бод/сек, ра — удельная потребляемая мощность передатчика (в мВт) (3).

Удельный информационный энергетический коэффициент приемника (мДж/бит) — показывает количество энергии необходимое для приема 1 бита полезной информации:

Prx =(Dk ■ кэ Г x(U ■ I), (2)

где Dk — канальная скорость передачи данных (бит/сек), кэ — коэффициент эффективности используемого протокола (отношение полезных данных к общему количеству данных в сообщении). Далее для указания канальной скорости будет использоваться размерность бит/сек, а для указания скорости передачи полезных данных — бод/сек, I — ток, потребляемый при приеме данных (в мА), U — напряжение питания приемника.

Удельная потребляемая мощность передатчика (мВт) — мощность потребленная передатчиком, приходящаяся на 1мВт выходной мощности.

где I — ток, потребляемый при передаче данных (в мА), U — напряжение питания передатчика.

Энергоэффективность передатчика — отношение потребленной мощности к мощности излучения. Данный показатель позволяет сравнивать затраты энергии на обеспечение функционирования аппаратной части беспроводного решения, иными словами — какой процент потребленной мощности передается на выход радиопередатчика.

КПД = ( p )_1 X100%. (4)

В исследовании участвуют следующие беспроводные решения:

♦ 8-Channel ANT™ RF Network Processor CC2571 (Texas Instruments);

♦ 8-Channel ANT™ SoC Solution nRF51422 (Nordic Semiconductor);

♦ 8-Channel ANT™ Chipset ANT11TR13 (Dynastream Innovations);

♦ Bluetooth® Low Energy and Proprietary SoC CC2541 (Texas Instruments);

♦ Bluetooth® Smart Ready Controller CC2564 (Texas Instruments);

♦ Bluetooth® Low Energy and 2.4 GHz Proprietary SoC 51822 (Nordic Semiconductor).

♦ STM32W108CC High-performance, IEEE 802.15.4 wireless SoC.

Далее будут приведены краткие характеристики и особенности каждого из рассматриваемых беспроводных решений и рассчитаны их интегральные показатели по выражениям (1) и (2).

Семейство процессоров беспроводной ANT сети СС2570 и СС2571 [19] реализуют ANT протокол и поддерживают 1 и 8 каналов соответственно. Подключение к основному процессору осуществляется посредством последовательного интерфейса (UART или SPI), а доступ осуществляется через API-функции (Application Programming Interface). В соответствии с стандартом протокола ANT хост-процессору необходимо реализовать только функции уровня представления и прикладного уровня. Характеристики СС2571 приведены в табл. 1.

Параметры процессора беспроводной сети СС2571

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 1000

Максимальная длинна пакета (байт) 8

Коэффициент эффективности используемого протокола 47%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -86

Выходная мощность передатчика (дБм) от -21 до +4

Номинальное напряжение питания (В) 3,3

Потребление При приеме (мА) 23,7

При передаче (0 дБм) (мА) 28,8

При передаче (4 дБм) (мА) 34,3

Показатели prx (мДж/бит) 1,9810-4

prx (мДж/бит) 1,63 10-4

nRF51422 является достаточно функциональной системой на кристалле (SoC — System on Chip) [20], построенной на базе архитектуры ARM Cortex-M0. Встроенный 2,4 ГГц трансивер поддерживает работу с протоколом ANT, а так же на канальном уровне совместим с трансиверами серий nRF24L и nRF24AP (Nordic Semiconductor) и может функционировать в специализированной беспроводной сети.

Так же nRF51422 имеет разветвленный набор аналоговой и цифровой периферии, которая может функционировать без участия ЦПУ под управлением программируемого периферийного интерфейса (PPI — Programmable Peripheral Interface). Возможность гибкой настройки назначения линий ввода/вывода позволяет использовать их в качестве линий интерфейсов, выводов ШИМ и входов квадратурного демодулятора.

nRF51422 поддерживает встраиваемый стек ANT протокола S210 (Dynastream Innovations), а так же стеки других протоколов, включая Gazell (Nordic Semiconductor) которые доступны в соотвуствующей системе разработки ПО (SDK — Software Development Kit). Характеристики nRF51422 приведены в табл. 2.

Параметры СнК nRF51422

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 250/1000/2000

Максимальная длинна пакета (байт) 8

коэффициент эффективности используемого протокола 47%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -96/-90/-85

Выходная мощность передатчика (дБм) от -20 до +4

Номинальное напряжение питания (В) от 1,8 до 3,3

Потребление При приеме (мА) 9,5

При передаче (-4 дБм) (мА) 6,3

При передаче (0 дБм) (мА) 8,1

Показатели prx (мДж/бит) 2,78 10-5

prx (мДж/бит) 3,2610-5

ANT11TR13 — 8-и канальный ANT™ чипсет. Данный набор микросхем относится к семейству AT3 ANT чипсетов общего назначения [21]. Каждый из чипсетов представляет собой пару интегральных микросхем:

♦ MSP430F2252 — низкопотребляющий микроконтроллер (беспроводной процессор), производтсва Texas Instruments.

♦ nRF24L01+ — низкопотребляющий трансивер, производства Nordic Semiconductor.

На базе микроконтроллера MSP430F2252 реализован контроллер беспроводной сети ANT, со встроенным стеком протокола. Для доступа к среде передачи данных используется трансивер 2,4 ГГц nRF24L01+. Отличительной особенностью данного семейства чипсетов является наличие встроенной платформы SensRcore™, которая позволяет сконфигурировать чипсет таким образом, что он будет осуществлять съем и передачу сигнала аналоговых и цифровых датчиков используя ANT протокол без участия хост-процессора. Характеристики ANT11TR13 приведены в табл. 3.

CC2541 является оптимизированной по энергопотреблению системой на кристалле [22] предназначенной для построения беспроводных решений поддерживающих Bluetooth low energy, а так же с использованием различных проприетарных протоколов для диапазона 2,4 ГГц. Данная СнК объединяет в себе РЧ трансивер стандартное вычислительное ядро 8051 с 256 кБ встроенного ПЗУ (Flash) и 8 кБ ОЗУ. Отличительными особенностями вычислительного ядра является его специализация на низкое энергопотребление.

Параметры чипсета ANT11TR13

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 1000

Максимальная длинна пакета (байт) 8

+Коэффициент эффективности используемого протокола 47%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -85

Выходная мощность передатчика (дБм) от -20 до +4

Номинальное напряжение питания (В) от 2,2 до 3,6

Потребление При приеме (мА) 12

При передаче (0 дБм) (мА) 11.3

При передаче (-20 дБм) (мА) 7

Показатели prx (мДж/бит) 7,75-10-5

prx (мДж/бит) 8,23 10-5

При использовании проприетарных протоколов канальная скорость может достигать 2 Мбит/сек. Так же РЧ-ядро предоставляет расширенные функции по baseband-автоматизации, включающие автоматическое квитирование и декодирование адреса. Характеристики СС2541 приведены в табл. 4.

Параметры чипсета СС2541

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Физический уровень IEEE 802.15.1

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 2000

Максимальная длинна пакета (байт) 339

Коэффициент эффективности используемого протокола 94%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -94

Выходная мощность передатчика (дБм) от -20 до 0

Номинальное напряжение питания (В) от 2,2 до 3,6

Потребление При приеме (мА) 17.9

При передаче (0 дБм) (мА) 18,2

При передаче (-20 дБм) (мА) 16,8

Показатели pTX (мДж/бит) 4,3110-5

pRX (мДж/бит) 4,2410-5

Согласно классификации Bluetooth SIG СС2564 [23] является контроллером Bluetooth Smart Ready с HCI (Host Controller Interface) интерфейсом (т.е. требует дополнительного контроллера, в котором реализован стек протоколов Bluetooth). Данный контроллер позволяет взаимодействовать устройствам Bluetooth Smart и другим устройствам, поддерживающим Bluetooth и по сути может служить концентратором беспроводной сети. СС2564 представляет собой законченное решение поддерживающее следующие технологии:

♦ стандартная скорость передачи данных (BR, Basic rate);

♦ повышенная скорость передачи данных (EDR, Enhanced Data Rate);

♦ низкое потребление (LE, Low Energy).

В отличие от других рассматриваемых Bluetooth решений, контроллер СС2564 не является системой на кристалле и для его функционирования требуется дополнительный контроллер (хост), в котором реализован стек протоколов Bluetooth. Производителем (Texas Instruments) предоставляется стек протоколов, портированный на платформы MSP430 и Stellaris, распространяемый под лицензией Royalty Free, так же может быть использован стек протоколов Stonestreet One, портированный на различные аппаратные платформы и ОС. Характеристики СС2564 приведены в табл. 5.

Параметры чипсета СС2564

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Физический уровень IEEE 802.15.1

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 1000

Максимальная длинна пакета (байт) 339

Коэффициент эффективности используемого протокола 94%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -95

Выходная мощность передатчика (дБм) до +12

Номинальное напряжение питания (В) от 2,2 до 4,8

Потребление При приеме (мА) 12

При передаче (4 дБм) (мА) 12

Показатели pTX (мДж/бит) 2,27-10-4

pRX (мДж/бит) 5,6910-4

Nordic Semiconductor nRF51822 [24] является системой на кристалле, состоящей из РЧ-части и вычислительного ядра ARM Cortex-M0 с 256 кБ ПЗУ и 16 кБ ОЗУ. РЧ-трансивер на канальном совместим с дискретными трансиверами nRF24L Nordic Semiconductor. В nRF51822 может быть реализован стек протоколов Bluetooth, а так же другие проприетарные протоколы.

Производителем предоставляется стек протоколов Bluetooth low energy S110 в форме прекомпилированной библиотеки под лицензией royalty-free. Характеристики nRF51822 приведены в табл. 6.

Параметры чипсета nRF51822

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Физический уровень IEEE 802.15.1

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 2000

Максимальная длинна пакета (байт) 339

Коэффициент эффективности используемого протокола 694%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -92,5

Выходная мощность передатчика (дБм) от -20 до +4

Номинальное напряжение питания (В) от 1,8 до 3,6

Потребление При приеме (мА) 9,5

При передаче (0 дБм) (мА) 8,1

При передаче (-4 дБм) (мА) 6,3

Показатели pTX (мДж/бит) 1,9210-5

prx (мДж/бит) 2,25-10-5

STM32W108CC [25] интегрированная система на кристалле включающая в себя РЧ трансивер стандарта IEEE 802.15.4-2003, 32-х разрядное ядро ARM Cortex-M3, ПЗУ, ОЗУ и стандартный набор периферийных модулей. Архитектура РЧ части построена таким образом, чтобы минимизировать количество внешних компонентов. Некоторые функции MAC уровня реализованы аппаратно: автоматическое квитирование, формирование автоматической задержки, оценку состояния канала при передаче, а так же автоматическую фильтрацию принятых пакетов. Так же в MAC уровень интегрирован интерфейс трассировки пакетов, позволяющий захватывать все пакеты без фильтрации по адресам. В данной СнК реализованы расширенные возможности по энергосбережению. Различные режимы «глубокого сна» позволяют обеспечить потребление вычислительной части на уровне 1 мкА при сохранении содержимого ОЗУ. Характеристики STM32W108CC приведены в табл. 7.

Параметры СнК STM32W108CC

Частотный диапазон 2,4 ГГц

Физический уровень IEEE 802.15.4

Скорость передачи данных (макс.) (кбит/сек) 250

Максимальная длинна пакета (байт) 102

Коэффициент эффективности используемого протокола 76%

Чувствительность (наилучш.) (дБм) -102

Выходная мощность передатчика (дБм) от -55 до +8

Номинальное напряжение питания (В) от 2,1 до 3,6

Потребление При приеме (мА) 22

При передаче (+3 дБм) (мА) 26

Показатели PTX (мДж/бит) 2,2110-4

PRX (мДж/бит) 3,73 10-4

На основании рассчитанных по выражениям (1) и (2) показателей сформирован график (рис. 1) сравнительной энергоэффективности различных беспроводных решений при передаче (TX) и приеме (RX).

4,0E-04 л □ TX □ RX | | |

I и £ 5,0E-05 -> 1 . 1. ■ — II

CC2571 nRF51422 ANT11TR13 CC2541 CC2564 nRF51822 STM32W108CC

Рис. 1. Значения удельного энергетического коэффициента различных беспроводных решений

Из графика видно, что наиболее эффективными являются решения от Nordic Semicondactor — СнК nRF51422 (ANT) и nRF51822 (Bluetooth Low Energy), второе место занимают решения от Texas Instruments — CC2541 и CC2564 (Bluetooth). При выборе стоит учитывать, что помимо показателей по энергоэффективности СнК стоит рассматривать так же и производительность вычислительной платформы на кристалле (что в данном исследовании не учитывалось), таким образом, при оценке применимости различных решений в конкретной задаче анализ будет более информативным.

В результате была получена методика количественного параметрического анализа беспроводных технологий с точки зрения их энергоэффективности. В качестве ключевого критерия предложен удельный энергетический коэффициент, характеризующий количество энергии, затраченное для передачи или приема одной единицы информации. Данная оценка особенно актуальна при анализе стеков протоколов, так как каждый из уровней, начиная с канального, обрамляет полезную информацию служебными данными, обеспечивающими функционирование протокола, но тем самым снижая «информативность» передаваемого сообщения. Описаные беспроводные решения и расчеты были сипользованы при выборе беспроводной технологии передачи данных для организации персональной беспроводной сети многофункционального комплекса кардиомониторирования и эрго-метрии. На основании анализа был выбрано решение на базе CC2541, при этом в качестве дополнительных критериев были выбраны доступность и документиро-ванность СнК.

Результаты исследований, изложенные в данной статье, получены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации проекта «Создание высокотехнологичного производства по изготовлению мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониториро-вания и эргометрии» по постановлению правительства №218 от 09.04.2010г. Исследования проводились в ФГАОУ ВО ЮФУ.

1. Ник Ван Дирдонк. Сетевые стандарты беспроводных сетей с малым энергопотреблением // Электронные компоненты. — 2009. — № 3. URL: www.russianelectronics.ru/developer-r/review/2191/doc/43290/ (дата обращения 2.04.2015).

2. Гайкович Г., Гайкович М. Беспроводные технологии и их применение в промышленности. Вопросы энергосбережения и выбора батарей // Электронные компоненты. — 2011. — № 10. URL: www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2187/doc/57502/ (дата обращения 2.04.2015).

3. Беспроводной промышленный мониторинг. Интеллектуальные системы на базе сенсорных сетей // Институт точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева РАН. URL: www.ipmce.ru/img/release/is_sensor.pdf (дата обращения 2.04.2015).

4. Колыбельников А.И. Обзор технологий беспроводных сетей // Труды МФТИ. — 2012. — Т. 4, № 2. — С. 3-29.

5. Резник В.А. Инновации в мире беспроводных технологий: промышленный стандарт ISA100.11a // Автоматизация в промышленности. — 2011. — № 6. — С. 21-26.

6. Адамов Ю.Ф., Сибагатуллин А.Г., Сомов О.А. Тенденции развития сенсорных систем и интеллектуальных датчиков // Датчики и системы. — 2011. — № 5. — С. 58-59.

7. RF-IC Trends for Wireless Embedded Sensor Networks RF-IC Trends for Wireless Embedded Sensor Networks // Chipcon. URL: webs.cs.berkeley.edu/retreat-6-04/RF-IC%20Trends%20for%20Wireless%20Embedded%20Sensor%20Networks%20-%20Chipcon.pdf (дата обращения 2.04.2015).

8. RF Front End Application and Technology Trends // Philips. URL: www.eet.bme.hu/~benedek/ CAD_Methodology/Tutorials/iccad2003/6_2slides.pdf (дата обращения 2.04.2015).

9. Theodore Varelas. An overview of the trends and the challenges in RFIC Integration // Theta Microelectronics. URL: http://dsmc.eap.gr/ppts/varelaspres.pdf (дата обращения 2.04.2015).

10. nRF24LE1. 2.4 GHz RF System-on-Chip with flash // Nordic Semiconductor. URL: www.nordicsemi.com/eng/Products/2.4GHz-RF/nRF24LE1 (дата обращения 2.04.2015).

11. MSP430 SoC With RF Core // Texas Instruments. URL: www.ti.com/lit/ds/slas554h /slas554h.pdf (дата обращения 2.04.2015).

12. СС2650. SimpleLink multi-standard 2.4 GHz ultra-low power wireless MCU. URL: www.ti.com/product/cc2650 (дата обращения 2.04.2015).

13. BLE112 Bluetooth Smart Module // Bluegiga. A Silicon Labs Company. URL: www.bluegiga.com/en-US/products/ble112-bluetooth-smart-module/ (дата обращения 2.04.2015).

14. BlueMod+SR. Bluetooth Smart Ready Module // Stallman. URL: www.stollmann.de/en/ mod-ules/bluetooth-modules/bluemod-sr.html (дата обращения 2.04.2015).

15. Синютин Е.С. Новые интегральные решения для разработки сборщиков энергии из окружающей среды // Инженерный вестник Дона. — № 4. — URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/ ar-chive/N4y2014/2714 (дата обращения 2.04.2015).

16. Jin-Shyan Lee., Yu-Wei Su, and Chung-Chou Shen. A Comparitive Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi // The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). — Электрон. журн. — Taipei, Taiwan: 2007. — URL: eee.guc.edu.eg / announcements / comparaitive_wireless_standards.pdf, свободный. — Электрон. версия печ. публикации (дата обращения 27.03.2015).

17. Jin-Shyan Lee. Performance Evaluation of IEEE 802.15.4 for Low-Rate Wireless Personal Area Networks // IEEE Transactions on Consumer Electronics. — 2006. — Vol. 52, № 3. — P. 742-749.

18. Zhifang Wang, Robert J. Thomas, Zygmunt J. Haas Performance comparison of Bluetooth scatternet formation protocols for multi-hop networks // Wireless Networks. — 2009. — Vol. 15, № 2. — P. 209-226.

19. СС2571. (ACTIVE) 8-channel ANT™ RF Network Processors // Texas Instruments Incorporated. — Тех. документ. — Dallas, USA, 2015. — URL: www.ti.com/product/cc2571 (дата обращения 2.04.2015).

20. nRF51422 ANT SoC, Active // Nordic Semiconductor ASA — Тех. документ. — Oslo, Norway, 2015. — URL: www.nordicsemi.com/eng/Products/ANT/nRF51422 (дата обращения 2.04.2015).

21. AT3 RF Transeiver Chipset // Dynastream Innovations Inc. — Тех. документ. — Cochrane, Canada, 2015. — URL: www.thisisant.com/assets/resources/Datasheets/ D00001134_AT3_RF_Transceiver_ Chipset_Datasheet_Rev_L4.pdf (дата обращения 2.04.2015).

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

22. СС2541 (ACTIVE) 2.4 GHz Bluetooth® low energy and Proprietary System-on-Chip (Rev. C) // Texas Instruments Incorporated. — Тех. документ. — Dallas, USA, 2015. — URL: www.ti.com/product/cc2541 (дата обращения 2.04.2015).

23. СС2564 (ACTIVE) Bluetooth Smart Ready Controller // Texas Instruments Incorporated. — Тех. документ. — Dallas, USA, 2015. — URL: www.ti.com/ product/cc2564, свободный (дата обращения 2.04.2015).

24. nRF51822 Bluetooth low energy and 4.4 GHz proprietary SoC, Active // Nordic Semiconductor ASA. — Тех. документ. — Oslo, Norway, 2015. — URL: www.nordicsemi.com/eng /Products/ANT/nRF51822 (дата обращения 2.04.2015).

25. STM32W108CC High-performance, IEEE 802.15.4 wireless system-on-chip with 256-Kbyte Flash, QFN48, Active // STMicroelectronics. — Тех. документ. — Geneva, Switzerland, 2015. — URL: www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1581/PF251886 (дата обращения 2.04.2015).

1. Nik Van Dirdonk. Setevye standarty besprovodnykh setey s malym energopotrebleniem [Network standards wireless networks, low power], Elektronnye komponenty [Electronic Components], 2009, No. 3. Available at: www.russianelectronics.ru/developer-r/review/2191/ doc/43290/ (Accessed 2 April 2015).

2. Gaykovich G., Gaykovich M. Besprovodnye tekhnologii i ikh primenenie v promyshlennosti. Voprosy energosberezheniya i vybora batarey [Wireless technologies and their application in industry. The issues of energy saving and the choice of batteries], Elektronnye komponenty [Electronic Components], 2011, No. 10. Available at: www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2187/doc/57502/ (Accessed 2 April 2015).

3. Besprovodnoy promyshlennyy monitoring. Intellektual’nye sistemy na baze sensornykh setey [Wireless industrial monitoring. Intelligent systems based on sensor networks], Institut tochnoy mekhaniki i vychislitel’noy tekhniki im. S.A. Lebedeva RAN [Institute of precision mechanics and computer engineering. S.A. Lebedev of RAS]. Available at: www.ipmce.ru/ img/release/is_sensor.pdf (Accessed 2 April 2015).

4. Kolybel’nikov A.I. Obzor tekhnologiy besprovodnykh setey [Overview of wireless network technologies], Trudy MFTI [Proceedings of MIPT], 2012, Vol. 4, No. 2, pp. 3-29.

5. Reznik V.A. Innovatsii v mire besprovodnykh tekhnologiy: promyshlennyy standart ISA100.11a [Innovations in the world of wireless technologies: industrial standard ISA100.11a], Avtomatizatsiya v promyshlennosti [Automation in Industry], 2011, No. 6, pp. 21-26.

6. Adamov Yu.F., Sibagatullin A.G., Somov O.A. Tendentsii razvitiya sensornykh sistem i intellektual’nykh datchikov [Trends in the development of sensor systems and smart sensors], Datchiki i sistemy [Sensors & Systems], 2011, No. 5, pp. 58-59.

7. RF-IC Trends for Wireless Embedded Sensor Networks RF-IC Trends for Wireless Embedded Sensor Networks, Chipcon. Available at: webs.cs.berkeley.edu/retreat-6-04/RF-IC%20Trends% 20for%20Wireless%20Embedded%20Sensor%20Networks%20-%20Chipcon.pdf (Accessed 2 April 2015).

8. RF Front End Application and Technology Trends, Philips. Available at: www.eet.bme.hu/ ~benedek/CAD_Methodology/Tutorials/iccad2003/6_2slides.pdf (Accessed 2 April 2015).

9. Theodore Varelas. An overview of the trends and the challenges in RFIC Integration, Theta Microelectronics. Available at: http://dsmc.eap.gr/ppts/varelaspres.pdf (Accessed 2 April 2015).

10. nRF24LE1. 2.4 GHz RF System-on-Chip with flash, Nordic Semiconductor. Available at: www.nordicsemi.com/eng/Products/2.4GHz-RF/nRF24LE1 (Accessed 2 April 2015).

11. MSP430 SoC With RF Core, Texas Instruments. Available at: www.ti.com/lit/ds/slas554h/ slas554h.pdf (Accessed 2 April 2015).

12. CC2650. SimpleLink multi-standard 2.4 GHz ultra-low power wireless MCU. Available at: www.ti.com/product/cc2650 (Accessed 2 April 2015).

13. BLE112 Bluetooth Smart Module, Bluegiga. A Silicon Labs Company. Available at: www.bluegiga.com/en-US/products/ble112-bluetooth-smart-module/ (Accessed 2 April 2015).

14. BlueMod+SR. Bluetooth Smart Ready Module, Stallman. Available at: www.stollmann.de/ en/modules/bluetooth-modules/bluemod-sr.html (Accessed 2 April 2015).

15. Sinyutin E.S. Novye integral’nye resheniya dlya razrabotki sborshchikov energii iz okruzhayushchey sredy [New integrated solutions for the development of energy collectors from the environment], Inzhenernyy vestnikDona [Engineering journal of Don], № 4. Available at: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2714 (Accessed 2 April 2015).

16. Jin-Shyan Lee., Yu-Wei Su, and Chung-Chou Shen. A Comparitive Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi, The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). Taipei, Taiwan: 2007. Available at: eee.guc.edu.eg / announcements / comparaitive_wireless_standards.pdf, CBo6ogHtm. (Accessed 27 March 2015).

17. Jin-Shyan Lee. Performance Evaluation of IEEE 802.15.4 for Low-Rate Wireless Personal Area Networks, IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2006, Vol. 52, No. 3, pp. 742-749.

18. Zhifang Wang, Robert J. Thomas, Zygmunt J. Haas Performance comparison of Bluetooth scatternet formation protocols for multi-hop networks, Wireless Networks, 2009, Vol. 15, No. 2, pp. 209-226.

19. CC2571. (ACTIVE) 8-channel ANT™ RF Network Processors, Texas Instruments Incorporated. Technical document. Dallas, USA, 2015. Available at: www.ti.com/product/cc2571 (Accessed 2 April 2015).

20. nRF51422 ANT SoC, Active // Nordic Semiconductor ASA. Technical document. Oslo, Norway, 2015. Available at: www.nordicsemi.com/eng/Products/ANT/nRF51422 (Accessed 2 April 2015).

21. AT3 RF Transeiver Chipset. Dynastream Innovations Inc. Technical document. Cochrane, Canada, 2015. Available at: www.thisisant.com/assets/resources/Datasheets/ D00001134_AT3_ RF_Transceiver_Chipset_Datasheet_Rev_1.4.pdf (Accessed 2 April 2015).

22. CC2541 (ACTIVE) 2.4 GHz Bluetooth® low energy and Proprietary System-on-Chip (Rev. C). Texas Instruments Incorporated. Technical document. Dallas, USA, 2015. Available at: www.ti.com/product/cc2541 (Accessed 2 April 2015).

23. СС2564 (ACTIVE) Bluetooth Smart Ready Controller. Texas Instruments Incorporated Technical document. Dallas, USA, 2015. Available at: www.ti.com/ product/cc2564, свободный (Accessed 2 April 2015).

24. nRF51822 Bluetooth low energy and 4.4 GHz proprietary SoC, Active, Nordic Semiconductor ASA. Technical document. Oslo, Norway, 2015. Available at: www.nordicsemi.com/ eng/Products/ ANT/nRF51822 (Accessed 2 April 2015).

25. STM32W108CC High-performance, IEEE 802.15.4 wireless system-on-chip with 256-Kbyte Flash, QFN48, Active. STMicroelectronics. Technical document. Geneva, Switzerland, 2015. Available at: www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1581/PF251886 (Accessed 2 April 2015).

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор С.В. Соколов.

Беляев Алексей Олегович — Научно-технический центр «Техноцентр» ЮФУ; e-mail: alexysob@gmail.com; 347900, г. Таганрог, ул. Петровская, 81; тел.: +78634311143; к.т.н.; начальник сектора.

Рябоконь Александр Сергеевич — e-mail: chiptagan@mail.ru; к.т.н.; младший научный сотрудник.

Belyaev Alexey Olegovich — Scientific and Technical Center «Technocentеr» Southern Federal University; e-mail: alexysob@gmail.com; 81, Petrovskaya street, Taganrog, 347900, Russia; phone: +78634311143; cand. of eng. sc.; team leader.

Ryabokon Alexander Sergeevich — e-mail: chiptagan@mail.ru; cand. of eng. sc.; junior researcher.

Wi-Fi: неочевидные нюансы (на примере домашней сети)

[1.1] Казалось бы – чего уж там? Выкрутил точку на полную мощность, получил максимально возможное покрытие – и радуйся. А теперь давайте подумаем: не только сигнал точки доступа должен достичь клиента, но и сигнал клиента должен достичь точки. Мощность передатчика ТД обычно до 100 мВт (20 dBm). А теперь загляните в datasheet к своему ноутбуку/телефону/планшету и найдите там мощность его Wi-Fi передатчика. Нашли? Вам очень повезло! Часто её вообще не указывают (можно поискать по FCC ID). Тем не менее, можно уверенно заявлять, что мощность типичных мобильных клиентов находится в диапазоне 30-50 мВт. Таким образом, если ТД вещает на 100мВт, а клиент – только на 50мВт, в зоне покрытия найдутся места, где клиент будет слышать точку хорошо, а ТД клиента — плохо (или вообще слышать не будет) – асимметрия. Это справедливо даже с учетом того, что у точки обычно лучше чувствительность приема — смотрите под спойлером. Опять же, речь идет не о дальности, а о симметрии.Сигнал есть – а связи нет. Или downlink быстрый, а uplink медленный. Это актуально, если вы используете Wi-Fi для онлайн-игр или скайпа, для обычного интернет-доступа это не так и важно (только, если вы не на краю покрытия). И будем жаловаться на убогого провайдера, глючную точку, кривые драйвера, но не на неграмотное планирование сети.

Обоснование (для тех, кому интересны подробности):

  • PathLoss одинаков в обеих направлениях
  • TxGain и RxGain антенн в случае обычных антенн одинаков (верно и для AP и для STA). Здесь не рассматриваются случаи с MIMO, MRC, TxBF и прочими ухищрениями. Так что можно принять: TxGain(AP) === RxGain(AP) = Gain(AP), аналогично для STA.
  • Rx/Tx Gain антенны клиента мало когда известен. Клиентские устройства, обычно, комплектуются несменными антеннами, что позволяет указывать мощность передатчика и чувствительность приемника сразу с учетом антенны. Отметим это в наших выкладках ниже.
  • 8440p: Tx*(STA) = 17dBm, RxSens*(STA) = -76dBm@54Mbps
  • DIR-615: Tx(AP) = 20dBm, RxSens(AP) = -65dBm@54Mbps.
  • D = (17 — 20) — (-76 +65) = 3 — 11 = -7dB.

Вывод: может оказаться, что для получения более стабильной связи мощность точки придется снизить. Что, согласитесь, не совсем очевидно 🙂

[1.2] Также далеко не самым известным фактом, добавляющим к асимметрии, является то, что у большинства клиентских устройств мощность передатчика снижена на «крайних» каналах (1 и 11/13 для 2.4 ГГц). Вот пример для iPhone из документации FCC (мощность на порту антенны).

Как видите, на крайних каналах мощность передатчика в ~2.3 раза ниже, чем на средних. Причина в том, что Wi-Fi – связь широкополосная, удержать сигнал чётко в пределах рамки канала не удастся. Вот и приходится снижать мощность в «пограничных» случаях, чтобы не задевать соседние с ISM диапазоны. Вывод: если ваш планшет плохо работает в туалете – попробуйте переехать на канал 6.

2. Раз уж речь зашла о каналах…

Всем известны «непересекающиеся» каналы 1/6/11. Так вот, они пересекаются! Потому, что Wi-Fi, как было упомянуто раньше, технология широкополосная и полностью сдержать сигнал в рамках канала невозможно. Приведенные ниже иллюстрации демонстрируют эффект для 802.11n OFDM (HT). На первой иллюстрации изображена спектральная маска 802.11n OFDM (HT) для 20МГц канала в 2.4ГГц (взята прямо из стандарта). По вертикали — мощность, по горизонтали — частота (смещение от центральной частоты канала). На второй иллюстрации я наложил спектральные маски каналов 1,6,11 с учетом соседства. Из этих иллюстраций мы сделаем два важных вывода.

[2.1] Все считают, что ширина канала — 22МГц (так и есть). Но, как показывает иллюстрация, сигнал на этом не заканчивается, и даже непересекающиеся каналы таки перекрываются: 1/6 и 6/11 — на ~-20dBr, 1/11 — на ~-36dBr, 1/13 — на -45dBr.
Попытка поставить две точки доступа, настроенные на соседние «неперекрывающиеся» каналы, близко друг от друга приведет к тому, что каждая из них будет создавать соседке помеху в 20dBm – 20dB – 50dB [которые добавим на потери распространения сигнала на малое расстояние и небольшую стенку] =-50dBm! Такой уровень шума способен целиком забить любой полезный Wi-Fi сигнал из соседней комнаты, или блокировать ваши коммуникации целиком!

Почему

В 802.11 используется метод доступа к среде CSMA/CA (обычно, по методу EDCA/HCF, кому интересно, читайте про 802.11e). Для определения занятости канала используется механизм CCA (Clear Channell Assesment). Вот выдержка из стандарта:
The receiver shall hold the CCA signal busy for any signal 20 dB or more above the minimum modulation and coding rate sensitivity (–82 + 20 = –62 dBm) in the 20 MHz channel.
Соответственно станция (точка или клиент) считает эфир занятым, если слышит сигнал -62dBm и выше, независимо то того, велась ли передача на том же канале, на соседнем, или это вообще микроволновка работает. В случае клиента все еще не так плохо, но если у вас помеха в >=-62dBm в районе точки — будет страдать вся ячейка. По той же причине все серьезные вендоры просто не выпускают dual-radio ТД, в которых оба модуля могут работать в 2.4 одновременно: легче запретить, чем каждый раз объяснять, что не «ВендорХ — гавно», а «учите матчасть».

Вывод: если вы поставите точку рядом со стеной, а ваш сосед – с другой стороны стены, его точка на соседнем «неперекрывающемся» канале все равно может доставлять вам серьезные проблемы. Попробуйте посчитать значения помехи для каналов 1/11 и 1/13 и сделать выводы самостоятельно.
Аналогично, некоторые стараются «уплотнить» покрытие, устанавливая две точки настроенные на разные каналы друг на друга стопкой — думаю, уже не надо объяснять, что будет (исключением тут будет грамотное экранирование и грамотное разнесение антенн — все возможно, если знать как).

[2.2] Второй интересный аспект – это попытки чуть более продвинутых пользователей «убежать» между стандартными каналами 1/6/11. Опять же, логика проста: «Я между каналами словлю меньше помех». По факту, помех, обычно, ловится не меньше, а больше. Раньше вы страдали по полной только от одного соседа (на том же канале, что и вы). Но это были помехи не первого уровня OSI (интерференция), а второго – коллизии — т.к. ваша точка делила с соседом коллизионный домен и цивилизованно соседствовала на MAC-уровне. Теперь вы ловите интерференцию (Layer1) от двух соседей с обеих сторон.
В итоге, delay и jitter, может, и попытались немного уменьшиться (т.к. коллизий теперь как бы нет), но зато уменьшилось и соотношение сигнал/шум. А с ним уменьшились и скорости (т.к. каждая скорость требует некоторого минимального SNR — об этом в [3.1]) и процент годных фреймов (т.к. уменьшился запас по SNR, увеличилась чувствительность к случайным всплескам интерференции). Как следствие, обычно, возростает retransmit rate, delay, jitter, уменьшается пропускная способность.
Кроме того, при значительном перекрытии каналов таки возможно корректно принять фрейм с соседнего канала (если соотношение сигнал/шум позволяет) и таки получить коллизию. А при помехе выше -62dBm вышеупомянутый механизм CCA просто не даст воспользоваться каналом. Это только усугубляет ситуацию и негативно влияет на пропускную способность.
Вывод: не старайтесь использовать нестандартные каналы, не просчитав последствий, и отговаривайте от этого соседей. В общем, то же, что и с мощностью: отговаривайте соседей врубать точки на полную мощность на нестандартных каналах – будет меньше интерференции и коллизий у всех. Как просчитать последствия станет понятно из [3].

[2.3] По примерно тем же причинам не стоит ставить точку доступа у окна, если только вы не планируете пользоваться/раздавать Wi-Fi во дворе. Толку от того, что ваша точка будет светить вдаль, вам лично никакого – зато будете собирать коллизии и шум от всех соседей в прямой видимости. И сами к захламленности эфира добавите. Особенно в многоквартирных домах, построенных зигзагами, где окна соседей смотрят друг на друга с расстояния в 20-30м. Соседям с точками на подоконниках принесите свинцовой краски на окна… 🙂

[2.4][UPD] Также, для 802.11n актуален вопрос 40MHz каналов. Моя рекоммендация — включать 40MHz в режим «авто» в 5GHz, и не включать («20MHz only») в 2.4GHz (исключение — полное отсутствие соседей). Причина в том, что в присутствии 20MHz-соседей вы с большой долей вероятности получите помеху на одной из половин 40MHz-канала + включится режим совместимости 40/20MHz. Конечно, можно жестко зафиксировать 40MHz (если все ваши клиенты его поддерживают), но помеха все равно останется. Как по мне, лучше стабильные 75Mbps на поток, чем нестабильные 150. Опять же, возможны исключения — применима логика из [3.4]. Подробности можно почитать в этой ветке комментариев (вначале прочтите [3.4]).

3. Раз уж речь зашла о скоростях…

[3.1] Уже несколько раз мы упоминали скорости (rate/MCS — не throughput) в связке с SNR. Ниже приведена таблица необходимых SNR для рейтов/MCS, составленная мной по материалам стандарта. Собственно, именно поэтому для более высоких скоростей чувствительность приемника меньше, как мы заметили в [1.1].

В сетях 802.11n/MIMO благодаря MRC и другим многоантенным ухищрениям нужный SNR можно получить и при более низком входном сигнале. Обычно, это отражено в значениях чувствительности в datasheet’ах.
Отсюда, кстати, можно сделать еще один вывод: эффективный размер (и форма) зоны покрытия зависит от выбранной скорости (rate/MCS). Это важно учитывать в своих ожиданиях и при планировании сети.

[3.2] Этот пункт может оказаться неосуществимым для владельцев точек доступа с совсем простыми прошивками, которые не позволяют выставлять Basic и Supported Rates. Как уже было сказано выше, скорость (rate) зависит от соотношения сигнал/шум. Если, скажем, 54Mbps требует SNR в 25dB, а 2Mbps требует 6dB, то понятно, что фреймы, отправленные на скорости 2Mbps «пролетят» дальше, т.е. их можно декодировать с большего расстояния, чем более скоростные фреймы. Тут мы и приходим к Basic Rates: все служебные фреймы, а также броадкасты (если точка не поддерживает BCast/MCast acceleration и его разновидности), отправляются на самой нижней Basic Rate. А это значит, что вашу сеть будет видно за многие кварталы. Вот пример (спасибо Motorola AirDefense).

Опять же, это добавляет к рассмотренной в [2.2] картине коллизий: как для ситуации с соседями на том же канале, так и для ситуации с соседями на близких перекрывающихся каналах. Кроме того, фреймы ACK (которые отправляются в ответ на любой unicast пакет) тоже ходят на минимальной Basic Rate (если точка не поддерживает их акселерацию)

Еще немного математики

Предположим, ваша точка работает в 802.11 со всеми MCS. Она вам шлет фрейм на MCS7 (65.5 Mbps) а вы ей в ответ ACK на MCS0 (6.5Mbps). Убрав поддержку, скажем, MCS0-3, вы будете посылать ACKи на MCS4 (39Mbps) — в 6 раз быстрее, чем на MCS0. Таким нехитрым приемом мы только что сократили гарантированную задержку в сети, что приятно, если хочется низких пингов в играх и ровного голоса/видеоконференций.

Вывод: отключайте низкие скорости – и у вас, и у соседей сеть станет работать быстрее. У вас – за счет того, что весь служебный трафик резко начнет ходить быстрее, у соседей – за счет того, что вы теперь для них не создаете коллизий (правда, вы все еще создаете для них интерференцию — сигнал никуда не делся — но обычно достаточно низкую). Если убедите соседей сделать то же самое – у вас сеть будет работать еще быстрее.

[3.3] Понятно, что при отключении низких скоростей подключиться к точке можно будет только в зоне более сильного сигнала (требования к SNR стали выше), что ведет к уменьшению эффективного покрытия. Равно как и в случае с понижением мощности. Но тут уж вам решать, что вам нужно: максимальное покрытие или быстрая и стабильная связь. Используя табличку и datasheet’ы производителя точки и клиентов почти всегда можно достичь приемлемого баланса.

[3.4] Еще одним интересным вопросом являются режимы совместимости (т.н. “Protection Modes”). В настоящее время есть режим совместимости b-g (ERP Protection) и a/g-n (HT Protection). В любом случае скорость падает. На то, насколько она падает, влияет куча факторов (тут еще на две статьи материала хватит), я обычно просто говорю, что скорость падает примерно на треть. При этом, если у вас точка 802.11n и клиент 802.11n, но у соседа за стеной точка g, и его трафик долетает до вас – ваша точка точно так же свалится в режим совместимости, ибо того требует стандарт. Особенно приятно, если ваш сосед – самоделкин и ваяет что-то на основе передатчика 802.11b. 🙂 Что делать? Так же, как и с уходом на нестандартные каналы – оценить, что для вас существеннее: коллизии (L2) или интерференция (L1). Если уровень сигнала от соседа относительно низок, переключайте точки в режим чистого 802.11n (Greenfield): возможно, понизится максимальная пропускная способность (снизится SNR), но трафик будет ходить равномернее из-за избавления от избыточных коллизий, пачек защитных фреймов и переключения модуляций. В противном случае – лучше терпеть и поговорить с соседом на предмет мощности/перемещения ТД. Ну, или отражатель поставить… Да, и не ставьте точку на окно! 🙂

[3.5] Другой вариант – переезжать в 5 ГГц, там воздух чище: каналов больше, шума меньше, сигнал ослабляется быстрее, да и банально точки стоят дороже, а значит – их меньше. Многие покупают dual radio точку, настраивают 802.11n Greenfield в 5 ГГц и 802.11g/n в 2.4 ГГц для гостей и всяких гаджетов, которым скорость все равно не нужна. Да и безопаснее так: у большинства script kiddies нет денег на дорогие игрушки с поддержкой 5 ГГц.
Для 5 ГГц следует помнить, что надежно работают только 4 канала: 36/40/44/48 (для Европы, для США есть еще 5). На остальных включен режим сосуществования с радарами (DFS). В итоге, связь может периодически пропадать.

4. Раз уж речь зашла о безопасности…

Упомянем некоторые интересные аспекты и здесь.
[4.1] Какой должна быть длина PSK? Вот выдержка из текста стандарта 802.11-2012, секция M4.1:
Keys derived from the pass phrase provide relatively low levels of security, especially with keys generated form short passwords, since they are subject to dictionary attack. Use of the key hash is recommended only where it is impractical to make use of a stronger form of user authentication. A key generated from a passphrase of less than about 20 characters is unlikely to deter attacks.
Вывод: ну, у кого пароль к домашней точке состоит из 20+ символов? 🙂

[4.2] Почему моя точка 802.11n не «разгоняется» выше скоростей a/g? И какое отношение это имеет к безопасности?
Стандарт 802.11n поддерживает только два режима шифрования: CCMP и None. Сертификация Wi-Fi 802.11n Compatible требует, чтобы при включении TKIP на радио точка переставала поддерживать все новые скоростные режимы 802.11n, оставляя лишь скорости 802.11a/b/g. В некоторых случаях можно видеть ассоциации на более высоких рейтах, но пропускная способность все равно будет низкой. Вывод: забываем про TKIP – он все равно будет запрещен с 2014 года (планы Wi-Fi Alliance).

[4.3] Стоит ли прятать (E)SSID? (это уже более известная тема)

спрятался

Во-первых, следует понимать, что при сокрытии ESSID ваша точка не исчезает из эфира. Она точно так же старательно шлет beacon’ы, просто не указывая в них ESSID. И этот ESSID перестанет быть скрытым, как только к точке попытается подключиться клиент (который для успешного подключения обязан правильно указать ESSID). В этот момент ловится привязка ESSID к BSSID – и игра в прятки заканчивается. Процесс можно ускорить, отстрелив существующего клиента фреймом диссоциации (disassociation). Так что пользы от этого сокрытия никакой. Вывод: эффективность прятания SSID примерно равна эффективности прятания текста под спойлером.
Тем не менее прятать стоит – вреда от этого тоже никакого. Но тут есть два важных исключения: устройства с кривыми драйверами (Apple IOS, например, имеет ряд забавных косяков, связанных с сохраненными профилями скрытых сетей) которые не могут уверенно подключаться к скрытым ESSID. Также, компьютеры под управлением Windows XP с WZC – эти постоянно ищут приключений сконфигуренные на клиенте сети со скрытыми SSID, чем не только выдают их имена, но еще и напрашиваются на атаки evil twin.

5. Всякая всячина.

[5.1] Немного о MIMO. Почему-то по сей день я сталкиваюсь с формулировками типа 2×2 MIMO или 3×3 MIMO. К сожалению, для 802.11n эта формулировка малополезна, т.к. важно знать еще количество пространственных потоков (Spatial Streams). Точка 2×2 MIMO может поддерживать только один SS, и не поднимется выше 150Mbps. Точка с 3×3 MIMO может поддерживать 2SS, ограничиваясь лишь 300Mbps. Полная формула MIMO выглядит так: TX x RX: SS. Понятно, что количество SS не может быть больше min (TX, RX). Таким образом, приведенные выше точки будут записаны как 2×2:1 и 3×3:2. Многие беспроводные клиенты реализуют 1×2:1 MIMO (смартфоны, планшеты, дешевые ноутбуки) или 2×3:2 MIMO. Так что бесполезно ожидать скорости 450Mbps от точки доступа 3×3:3 при работе с клиентом 1×2:1. Тем не менее, покупать точку типа 2×3:2 все равно стоит, т.к. большее количество принимающих антенн добавляет точке чувствительности (MRC Gain). Чем больше разница между количеством принимающих антенн точки и количеством передающих антенн клиента — тем больше выигрыш (если на пальцах). Однако, в игру вступает multipath.

[5.2] Как известно, multipath для сетей 802.11a/b/g – зло. Точка доступа, поставленная антенной в угол, может работать не самым лучшим образом, а выдвинутая из этого угла на 20-30см может показать значительно лучший результат. Аналогично для клиентов, помещений со сложной планировкой, кучей металлических предметов и т.д.
Для сетей MIMO с MRC и в особенности для работы нескольких SS (и следовательно, для получения высоких скоростей) multipath – необходимое условие. Ибо, если его не будет – создать несколько пространственных потоков не получится. Предсказывать что-либо без специальных инструментов планирования здесь сложно, да и с ними непросто. Вот пример рассчетов из Motorola LANPlanner, но однозначный ответ тут может дать только радиоразведка и тестирование.

Создать благоприятную multipath-обстановку для работы трех SS сложнее, чем для работы двух SS. Поэтому новомодные точки 3×3:3 работают с максимальной производительностью обычно лишь в небольшом радиусе, да и то не всегда. Вот красноречивый пример от HP (если копнуть глубже в материалы анонса их первой точки 3×3:3 — MSM460)

  • Человеческое тело ослабляет сигнал на 3-5dB (2.4/5ГГц). Просто развернувшись лицом к точке можно получить более высокую скорость.
  • Некоторые дипольные антенны имеют асммметричную диаграмму направленности в H-плоскости («вид сбоку») и лучше работают перевернутыми
  • В фрейме 802.11 может использоваться одновременно до четырех MAC-адресов, а в 802.11s (новый стандарт на mesh) — до шести!
Итого
  • Асиметрию мощностей
  • Ограничения на мощность передачи в граничных каналах
  • Пересечение «непересекающихся» каналов и последствия
  • Работу на «нестандартных» каналах (отличных от 1/6/11/13)
  • Работу механизма Clear Channel Assesment и блокировку канала
  • Зависимость скорости (rate/MCS) от SNR и, как следствие, зависимость чувствительности приемника и зоны покрытия от требуемой скорости
  • Особенности пересылки служебного трафика
  • Последствия включения поддержки низких скоростей
  • Последствия включения поддержки режимов совместимости
  • Выбор каналов в 5ГГц
  • Некоторые забавные аспекты безопасности, MIMO и проч.

Introducing Tapo Plug New Energy Monitoring Feature

Дата последнего обновления: 09-12-2023 08:11:08 AM 23177

Эта статья подходит для:

Tapo P110 , Tapo P115

Если вашей модели нет в списке, не переживайте — возможно, её ещё просто не успели добавить. Чтобы точно убедиться в наличии или отсутствии той или иной функции, откройте продуктовую страницу интересующей вас модели и перейдите в раздел «Характеристики».

Hey Tapo Users! We have all-round upgraded the energy monitoring function feature in the Tapo app for you. As energy prices soar these days, we are all seeking ways to save on our electric bills. The new energy monitoring offers an opportunity to better understand and optimize your energy consumption.

To use the new Energy Monitoring, the following conditions should be met :

  1. Tapo P110 or Tapo 115 should be upgraded to 1.1.2 or newer firmware.
  2. Tapo App should be upgraded to the latest version 2.10.X or newer App.

Energy Monitoring Dashboard

The new energy monitoring dashboard contains three core data:

Power consumption of Today : Display the energy consumption of “today” between 0:00 and the current time.

Power consumption of Past 30 Days : Display energy consumption in the past 30 days.

Current power : Refresh real-time power value every 5 seconds.

Energy Measurement to 0.001 kWh : More decimal places in the energy consumption metric to 0.001Kwh (1W) help you to view more accurate energy data.

Energy Usage & Power Graphs

With straightforward graphs, you can easily know when your appliances are consuming the most power, and how much power they consume at different times. It can also display your power consumption in the calendar view.

Energy Usage Graph: You can now check your total power consumption by day, month, or year.

Day : Display the power consumption in the past 24 hours, the minimum time interval is an hour.

Month : Display the power consumption in the past 30 days., the minimum time interval is a day.

Year : Display the power consumption of the past 12 months, the minimum time interval is a month.

Power Graph: You can review the power data at a different time during the past day or week.

Day : Display the power value in the past 24 hours, the minimum time interval is 5 minutes.

Week : Display the power value of the past 7 days, the minimum time interval is 1 hour.

Energy Calendar

Daily Energy usage in a Calendar : Display daily power consumption in the past 3 months and the Monthly electric bill.

Visualizing electric consumption with colors : Use colors blue, orange, and red to represent lower, average, and higher scales of electric consumption values.

Electric Bill Calculator

Bill of past 30 days: Display the accumulated electric bill for the past 30 days.

Input your electricity rate to get an estimated cost of the power consumed by each connected device.

Tapo app has Singular Billing and Periodic Billing types.

1) the price unit by default is consistent with the unit of the Tapo Care subscription.

2) Electric Bill in the app provides an estimated cost for reference only, the real electricity costs will depend on the electric company.

When to Use Singular billing

Select Singular billing if you have a fixed-rate energy plan. Fixed-rate means that the price you pay per kilowatt-hour (kWh) stays the same throughout your usage.

Calculation formula: bill of this month= (electricity rate per kWh) x (total energy consumption of this month).

When To Use Periodic billing

Select Periodic billing if you have a variable-rate energy plan. Variable-rate means that the price you pay per kilowatt-hour (kWh) could go up or down in a day or different seasons of a year.

You can set variable electricity rates by Winter and Summer, Workday and weekends, or Peak/Mid Pick/Off-peak hours.

Winter and summer

  1. Summer (customizable): May 1st – Oct. 31th
  2. Winter (customizable): Nov. 1st – April 30th

② Workdays and weekends

③ A day is divided into 3 periods: off-peak, mid-peak, and peak.

Calculation formula: bill of this month = (peak hours x peak hour price) + (mid-peak hour x mid-peak hour price) + (off-peak hours x off-peak price)

Tapo Power Protection

Power Sensing as Trigger : you can set Auto Power Off for the connected device when its power exceeds your customized threshold. This feature can help to protect your electronics and prevent fire accidents caused by electrical overload.

Customized threshold : You can manually set the threshold by dragging the scroll bar left and right.

Minimum adjustment unit:10W

Notification reminder: When the Tapo plug detects overload, it will turn off automatically and send a push notification to your mobile device.

Reset Energy Usage Data

Delete Energy Usage Data : Now you can reset the energy data to zero easily, with no need to factory reset a device.

Export All Energy Usage Data : Export and save your power data locally, or use it for advanced data calculation and processing!

You can also check the article on the forum: Tapo Plug Energy Monitoring 2.0 Update

Похожие статьи

Был ли этот FAQ полезен?

Ваш отзыв поможет нам улучшить работу сайта.

Что вам не понравилось в этой статье?

  • Недоволен продуктом
  • Слишком сложно
  • Неверный заголовок
  • Не относится к моей проблеме
  • Слишком туманное объяснение
  • Другое

Как мы можем это улучшить?

Спасибо

Спасибо за обращение
Нажмите здесь, чтобы связаться с технической поддержкой TP-Link.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *