Прикладные аспекты практической реализации беспроводных узлов
Дальность связи
Одним из факторов, тесно связанных, а в некоторых задачах и влияющих на топологию сети и выбор протокола передачи данных - это предельное расстояние, на которые можно разнести узлы в сети при сохранении устойчивой связи и требуемой скорости обмена данными (хотя бы на минимальных значениях, устраивающих приложение).
Расстояние между узлами можно оценить исходя из сведений о выходной мощности передатчика, чувствительности приемника и характеристик антенн с учетом эмпирических сведений.
Для теоретических оценок используется формула Фриза для свободного пространства:
 |
( 2.1) |
или
 |
( 2.2) |
где
-
- мощность передатчика;
-
- чувствительность приемника;
-
, 
- коэффициенты усиления передающей или приемной антенн соответственно;
-
- расстояние между узлами;
-
- длина волны.
Формула (2.1) носит еще название энергетического бюджета канала связи (или просто бюджет канала).
В реальной ситуации рассчитанная дальность передачи будет несколько ниже из-за различных эффектов распространения сигнала (рассеяние, дисперсия, многолучевое распространение и др.). Поскольку учесть все или хотя бы часть эффектов практически не реально, пользуются эмпирическими правилами (правила приближенного счета), позволяющими сделать необходимые оценки [4, 5].
Наиболее важными факторами для узлов сети являются характеристики антенны - коэффициент усиления, диаграмма направленности, чувствительность к предметам в ближней зоне и др. Сильно также влияет реализация передачи данных в различных сетевых технологиях (Рис. 1.1, Рис. 1.2).
Энергопотребление
Энергопотребление узлов сети является важным для систем с автономным питанием, а также в рамках общей тенденции к переходу на энергосберегающие технологии.
Кроме технических характеристик микросхем приемопередатчиков, микроконтроллеров и других узлов беспроводных модулей на энергопотребление существенно влияет режим работы сетевого приложения, интенсивность обмена данными (Рис. 2.1).
Выделяют режимы работы с интенсивным рабочим циклом и с малой интенсивностью обмена. В приложениях с интенсивным рабочим циклом основная доля энергопотребления приходится на радиоинтерфейс - прием/передача пакетов, синхронизация и автоподстройка частоты. При этом, в случае преобладания в трафике длинных пакетов, доминирует потребление приемопередатчика, в случае преимущественной передачи коротких пакетов на первый план выходит потребление схем инициализации радиочасти и автокалибровки частоты [5].
В приложениях с малой интенсивностью обмена начинают играть роль такие показатели, как наличие и эффективность режимов пониженного энергопотребления микросхем датчиков, микроконтроллеров и приемопередатчиков (Рис. 2.2).
Типичный профиль энергопотребления беспроводного узла представлен на Рис. 2.3 (абсолютные величины приведены для устройства диапазона менее 1 ГГц, для устройств диапазона 2,4 ГГц токи потребления будут примерно в два раза выше). При этом относительный уровень потребления устройств, отличающихся по технологиям реализации можно оценить по Рис. 2.4.
Чаще всего производителями предлагаются несколько линеек продуктов с низким энергопотреблением для беспроводных систем со всем необходимым программным и аппаратным обеспечением. Фактически это избавляет разработчиков от необходимости применения специализированных протоколов для снижения энергопотребления - эта часть проблемы решается на уровне компонентов.
увеличить изображение
Рис. 2.4. Минимальные требования к источникам питания беспроводных узлов различных технологий