Technologie sans-fil est en pleine évolution de la communication entre les personnes et à des ordinateurs pour les communications entre machines. Il ya une troisième vague de sans fil qui suit l'intégration quasi-omniprésente de téléphones cellulaires et Internet sans fil (Wi-Fi) dans nos vies.
Cette troisième vague sans fil se compose de sens sans fil et réseaux de contrôle qui peuvent se connecter et de contrôler toutes sortes d'équipements dans nos foyers et les entreprises - à partir de congélateurs aux interrupteurs d'éclairage, l'électronique grand public (TV, lecteur DVD) et les contrôles à distance à des capteurs pour la détection ou de protection, et de condamnation centralisée des portes et fenêtres de blocage dans nos maisons (comme nous sommes habitués à nos voitures).
Malheureusement, en utilisant des technologies sans fil d'aujourd'hui, la plupart de ces capteurs sans fil et commandes nécessitent l'utilisation d'une quantité importante de batteries de créer les préoccupations environnementales (pensez à des produits chimiques toxiques et métaux lourds) ainsi que d'un grave problème d'entretien (remplacement des piles en continu). Par conséquent ultra faible puissance des réseaux sans fil qui nécessitent très peu d'énergie sont d'un grand intérêt.
Cela comprend les systèmes qui peuvent fonctionner hors d'une pile unique pour la vie d'un dispositif ainsi que les réseaux sans fil et des capteurs qui peuvent être alimentés par la récupération d'énergie (parfois appelée récupération d'énergie). Création de faible puissance ultra réseaux sans fil et les systèmes qui peuvent fonctionner avec l'énergie qui est disponible dans l'environnement au lieu de batteries est une technologie très excitant émergents.
L'année dernière, l'organisation ZigBee en partenariat avec plusieurs de l'électronique grand consommateur entreprises dans le monde (Panasonic, Philips, Sony et Samsung) pour former ce qu'on appelle ZigBee RF4CE (Radio Frequency pour Consumer Electronics). Ce partenariat industriel signaux le développement de toute une nouvelle génération de dispositifs de commande à distance - pour les téléviseurs, pour la domotique et de bureau, de nombreux autres types de produits de contrôle à distance qui communiquent via faible puissance RF au lieu du vieux de plusieurs décennies IR (infrarouge). En utilisant ces nouvelles technologies de communication, nous nous sommes vite est de voir une large gamme de dispositifs à distance qui ne sont pas seulement une interopérabilité entre les marques et modèles, mais il faut si peu de pouvoir que les piles n'auront jamais être changé ou rechargées. Il est même possible de concevoir et de construire des télécommandes qui ne nécessite pas de piles à tous et tirent leur pouvoir de récupération d'énergie.
Les défis des réseaux de capteurs sans fil
Le plus grand défi technique pour le développement de ces réseaux à très faible capteur de puissance est la gestion de la consommation d'énergie sans réduire gamme ou des fonctionnalités, comme la conformité des vitesses et des normes. L'élimination résultant du remplacement de la batterie sera alors de simplifier la maintenance et de fournir un niveau supérieur de la facilité d'utilisation et de sécurité.
Consommation énergétique extrêmement faible
Il est évident que la consommation de courant - milli-ampères - et le vélo de service sont importants dans les réseaux de capteurs sans fil. Toutefois, en minimisant la consommation actuelle n'est qu'une partie de la solution. Il ya plusieurs questions clés essentielles au développement des applications à faible puissance de capteurs sans fil, mais tout commence par l'élaboration d'un chips ultra émetteur-récepteur radio de faible puissance.
En utilisant un contrôleur de communication centrée sur la conception de puces au lieu d'une conception centrée sur microcontrôleur, ainsi synchronisés wake-up, il est possible de réduire la consommation d'énergie globale de 65% ou plus.
La plupart des solutions exigent que l'émetteur-récepteur MCU être allumé tout le temps lors de la transmission d'un paquet. En utilisant le contrôleur GreenPeak Technology GP500 communication, le MCU est uniquement nécessaire pour traiter les données à être transmis ou reçu.
La plupart des réseaux radio à faible puissance s'appuyer sur une approche centrée sur processeur qui nécessite un microcontrôleur pour gérer toute l'intelligence de l'émetteur-récepteur. Cela nécessite le microcontrôleur à rester éveillé toute la période où, à son tour nécessite une alimentation supplémentaire. En utilisant une approche plus économe en énergie contrôleur de communication, l'émetteur-récepteur peut transmettre et recevoir les données indépendamment du microprocesseur et le microprocesseur n'est éveillée et utilisée quand il est nécessaire de continuer à traiter les données.
En utilisant un ordonnanceur basé sur le matériel et synchroniseur dans la puce elle-même, la radio se réveille uniquement comme nécessaires pour voir s'il ya des données qui doit être envoyé. Sinon, il retourne pour dormir. S'il ya des données à envoyer, le contrôleur de réveiller le microcontrôleur. La puce communique ensuite les informations et retourne ensuite dormir jusqu'à ce que la prochaine fois qu'il est prévu de se réveiller. 9999 fois sur 10.000 - il n'ya pas de message à envoyer et le contrôleur n'a pas besoin de dynamiser le microprocesseur. Chaque fois que les données sont envoyées, les puces transmettent également un message de synchronisation à faire en sorte que tous se réveillent ensemble sur le cycle suivant.
En laissant le contrôleur de communications décider quand se réveiller et de vérifier les messages, il est possible de réduire considérablement la consommation énergétique globale. En raison de l'ordonnanceur et synchroniseur à l'intérieur du contrôleur de communication, le système se réveille que pour un bref moment de vérifier pour voir s'il ya des messages et se rendort. En laissant le sommeil microprocesseur jusqu'à ce qu'il soit nécessaire, il est possible d'économiser plus de 65% de la consommation d'énergie par rapport à un type toujours l'émetteur-récepteur sur traditionnels
Si vous multipliez ce pouvoir noeud individuels d'épargne par un réseau sans fil de plus de 100 nœuds, il est évident que l'ensemble du réseau sera en mesure de fonctionner en utilisant la puissance largement inférieure à un réseau traditionnel basé microprocesseur.
Courant de crête d'épargne
Il ya trois type sans fil Etats nœud de capteur pour une plate-forme de capteurs sans fil couramment utilisés. Chacun a son propre niveau de consommation de courant. Dans l'état un, le microprocesseur et l'émetteur sont en mode veille (10μA). Dans l'État de deux, le microprocesseur est allumé alors que le récepteur est en veille (10 mA). En d'Etat de trois, l'émetteur-récepteur et le microprocesseur sont éveillés (27 mA).
Lorsque examinant de près le comportement de consommation électrique des circuits électroniques, il devient évident que ce départ ressemble à une courbe plate actuelle porte en réalité plus de ressemblance avec une chaîne de montagnes avec des pics et des vallées. Lorsque certains blocs fonctionnels deviennent actifs, ils l'appel de courant de pointe. Lorsque deux blocs fonctionnels en marche en même temps, l'amplitude de crête double.
Le secret de la réduction de la puissance de crête se situe dans la gestion prudente de la mise en route et heure d'arrêt pour les fonctions clés de sorte que les pics double peuvent être évités.
Synchronisé de réveil et de sommeil permet de réduire la consommation d'énergie à faible puissance des réseaux maillés
L'une des différences les plus marquées entre le capteur et la technologie des communications sans fil d'autres bien connus des technologies sans fil est la capacité de nœuds de capteurs pour transférer des messages provenant des autres nœuds situés plus bas dans la chaîne de communication. Cette technique, connue sous le nom de routage maillé ou en réseau multi-hop, constitue un moyen efficace et fiable des grandes infrastructures couvrant, au-delà de la gamme de ce que d'un seul lien sans fil peut faire.
Pour un noeud de transmettre un message reçu d'un autre nœud, il doit être en mode veille et la réception lorsque le message d'origine sans fil arrive. Malheureusement, le mode de réception exige beaucoup de puissance qu'il peut s'écouler des piles dans une affaire de quelques jours. Comme cette durée de vie d'alimentation est trop courte pour la plupart des applications réelles, la solution la plus simple, tel que spécifié par la plupart des normes de l'industrie, est de limiter la capacité multi-hop pour les nœuds qui sont connectés en permanence à l'alimentation principale. Dans un tel cadre, les dispositifs de faible puissance, qui sont supposées être dans un mode de mise hors tension la plupart du temps, ne sont pas capables de retransmettre les messages provenant d'autres périphériques. Ces appareils de faible puissance, connu sous le nom appareils finaux, sont situés à la fin ou au début de la chaîne de communication.
Ce cadre, qui combine maillage alimenté par secteur les dispositifs de routage et de faible puissance fin appareils, fonctionne pour certaines applications. Prenez, par exemple, une application utilisant l'éclairage des bureaux interconnectés lampes sans fil et commutateurs de lumière. Les lampes, qui sont reliés à la source d'alimentation principale, maison de la maille de routage des noeuds de communication. Les commutateurs, qui ne sont pas alimenté par le secteur, sont un lieu naturel pour la fin-dispositifs.
Beaucoup d'autres applications ne s'adaptent pas bien dans un tel cadre. Dans les applications comme la détection de gaz, détection incendie, contrôle d'accès, l'agriculture de précision, la surveillance du champ de bataille, la surveillance du périmètre, contrôle de la température d'entreposage, etc, alimentation secteur n'est pas facilement disponible ou même présents. Exécution d'un câble d'alimentation dans ces applications le coût serait prohibitif, compensent les avantages de la communication sans fil.
Pour remédier à cette classe d'applications exige de faible puissance en réseau multi-hop, ou de faible puissance de routage, dans lequel tous les nœuds, y compris la maille nœuds de routage, de fonctionner en mode de faible puissance.
En utilisant un «synchronisées réveiller" régime, il est possible de coordonner la réception d'activité d'une manière qui élimine la nécessité pour le maillage de nœuds de routage fonctionnent toujours en mode de réception, réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie. L'image ci-dessous montre comment de faible puissance de routage fonctionne lorsque le nœud A veut envoyer un message vers le nœud C, par le biais Node B. Tous les nœuds dans les images sont des nœuds de faible puissance, de sommeil la plupart du temps.
En synchronisant les cycles sommeil / veille-up des noeuds les uns aux autres, les nœuds se réveiller quand ils s'attendent à un message d'un nœud voisin. Ceci permet de nœuds de routage pour fonctionner dans un état presque impuissants sommeil la plupart du temps, et atteindre ainsi un fonctionnement ultra-basse consommation. De toute évidence, plus de wake-up se produira que strictement nécessaire pour acheminer les données, comme des nœuds voisins ne seront pas toujours des données à transmettre. Cependant, la puissance supplémentaire nécessaire pour périodiques wake-up et la synchronisation est plus que compensée par l'énergie économisée en éliminant le besoin pour un fonctionnement en mode continu recevoir.
Depuis sa création, la technologie des capteurs sans fil a été lié à l'électronique de faible puissance. La plupart des réseaux de faible puissance de capteurs sans fil ont été conçus pour de faible puissance, ce qui signifie qu'ils consomment peu d'énergie lorsqu'il est allumé. Ce n'est pas suffisant. En utilisant des puces de communication centrée émetteur, les réseaux maillés sans fil, et réveillez-synchronisés et cycles de sommeil, les développeurs peuvent désormais créer des systèmes qui n'ont même pas besoin de piles et de la place, peuvent utiliser la récupération d'énergie pour alimenter le réseau de capteurs de sources d'énergie de l'environnement.
La norme de capteurs sans fil de réseau - IEEE 802.15.4
Pour émetteurs-récepteurs de capteurs sans fil de la position dominante et probablement la seule véritable norme est la norme IEEE 802.15.4 cahier des charges. Cependant, il ya eu des efforts pour utiliser Bluetooth et Wi-Fi pour les applications à faible capteur de puissance. Dans la plupart des cas signalés, Bluetooth et W-Fi ont été utilisés d'une manière non-standard, en fait, le tissage des principes de la norme IEEE 802.15.4 dans leur implémentation native. Il est aujourd'hui largement admis que la norme IEEE 802.15.4 offre la meilleure base pour des applications sans fil de réseau de capteurs.
Outre la norme IEEE 802.15.4, un certain nombre de fournisseurs de technologie ont choisi de construire émetteurs-récepteurs de propriété. La motivation principale semble être une réduction de la complexité et donc un point faible coût potentiel. Cependant, il reste à voir si une solution propriétaire pourra jamais atteindre des volumes suffisants pour réellement parvenir à ce point faible coût théorique. En outre, en réduisant la complexité va automatiquement de pair avec sacrifier la performance et limitant ainsi l'applicabilité.
Les technologies propriétaires sont vulnérables, pour deux raisons: (1) le propriétaire de la technologie de contrôle du cahier des charges et donc aussi le prix, et (2) le client dépend de la propriétaire de la technologie pour les mises à jour et sans interruption d'approvisionnement.
Même dans les limites des normes, les fournisseurs de technologie permet de découvrir et de différenciation de levier.
A titre d'exemple GreenPeak a développé émetteur-récepteur et la technologie de la pile réseau qui est conforme à la norme IEEE 802.15.4/2.4 GHz en standard, mais comprend des fonctionnalités supplémentaires qui permettent son utilisation pour des applications ultra faible puissance. Une application ultra-faible puissance est défini comme une application qui est capable de vivre une pile bouton ou de l'énergie hors récoltées à partir de l'environnement par une cellule solaire, un pêcheur de l'énergie de vibration ou de tout autre environnement convertisseur d'énergie.
cet article est traduisé en francais
l'origine de cet article (en anglai): http://ezinearticles.com/?How-to-Design-Ultra-Low-Power-Zigbee-RF4CE-Wireless-Networks&id=4842487
lundi 3 janvier 2011
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