[ Обновленные темы · Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
  • Страница 1 из 1
  • 1
Форум » Форум » Протоколы связи » Протоколы связи для "умного дома" (Wire, X10, KNX, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave, Insteon.)
Протоколы связи для "умного дома"
xolod83Дата: Пятница, 28.06.2019, 09:16 | Сообщение # 1
Сержант
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 0
Статус: Offline
Технологии локальногопозиционирования

ИспользованиеRTLS (Real Time Location System, систем определения местоположения в режиме реального времени) зависит от поставленных задач и целей. Для того, чтобы правильно выбрать необходимую вам систему, необходимо понимать на основе какой из многочисленных технологий она работает.

Представляетсяудобным выделить основные группы технологий локального позиционирования с их дальнейшим раскрытием, более подробной характеристикой, выявленными преимуществами и недостатками, основными методами, применяемыми в этих технологиях:
-Радиолокационные технологии.
-Технологии инерциального позиционирования.
-Технологии, основанные на изменении магнитного поля.
-Оптические технологии.
-Ультразвуковые технологии.

Самой обширной группой, включающей в себя несколько подгрупп, является радиолокационная технология.

Радиочастотной называется та технология, в которой для определения местоположения объектов используются радиосигналы. К такой технологии относятся:

UBW, Wi-Fi, WiMax, MiWi, Zigbee, NFER (Near-field
electromagnetic ranging), NanoLOC, DECT, GSM, Bluetooth

1 - ZigBee

– стандарт для набора высокоуровневых протоколов связи, использующих небольшие, маломощные цифровые трансиверы, основанный на стандарте IEEE 802.15.4 для беспроводных персональных сетей. ZigBee предназначен для радиочастотных
устройств, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей).
Во-первых, стандарт позволяет создавать датчики с низким энергопотреблением и превосходной отзывчивостью: большую часть времени их беспроводные модули находятся в спящем режиме, но на пробуждение последних тратится всего 15 миллисекунд.
Во-вторых, ZigBee поддерживает ячеистую топологию сети, при которой отдельные компоненты могут выступать в качестве посредника, передающего сигнал от одного устройства к другому. Подобная структура способна к самоорганизации и самовосстановлению, выход из строя одного-двух элементов, как правило, не приводит к серьезным последствиям. Ячеистая топология также позволяет существенно увеличить область покрытия беспроводной сети, так что при грамотном подходе ZigBee можно использовать для автоматизации не только жилых домов, но и крупных рабочих
помещений.
Компонентысети разделяются на три типа: координаторы, маршрутизаторы и конечные устройства.
1)Первые берут на себя функции управления сетью, т. е. в системе обязательно должен присутствовать хотя бы один координатор.
2)В роли маршрутизаторов выступают устройства-посредники. Они обязаны быть «на взводе» постоянно, и потому нуждаются в питании от электросети.
3)Конечные устройства — это всевозможные датчики и контроллеры исполнительных устройств. Они могут работать от комплекта батареек месяцами и даже годами.

Преимущества:

Поддерживает как простые топологии сети(«точка-точка», «дерево» и «звезда»), так и ячеистую (mesh) топологию с
ретрансляцией и маршрутизацией сообщений;
Содержит возможность выбора алгоритмамаршрутизации, в зависимости от требований приложения и состояния сети;
Простота развертывания, обслуживания имодернизации;
Способность к самоорганизации исамовосстановлению;
Низкое энергопотребление.

Недостатки:

Низкая скорость передачи данных.
ZigBee-устройства разных производителей нередкооказываются несовместимыми.

Используемые
методы локального позиционирования: на основе RSSi/TDoA/ToF.

2- UWB – это все радиочастотныетехнологии, у которых радиочастотный канал превышает либо 500МГц, либо он
содержит 20% от величины центральной частоты модуляции. Базирующиеся на этой
технологии RTLS системы характеризуется высокой точностью определения
местоположения. Главное преимущество описываемой технологии – способность
сохранять эффективность в помещениях со сложной геометрией и большим
количеством помех.

Преимущества:
  • Высокий уровень помехозащищённости;
  • Сложно обнаружить передачу (высокая безопасность);
  • Практически не оказывает помех для других коммуникаций;
  • Чем выше частота, тем больше точность, но тем меньше радиус действия.

Недостатки:
  • Малый радиус действия (до 10 м);
  • Сложная инфраструктура.
  • Помеха для GPS;

Используемые методы
локального позиционирования: TDoA/ToA/AoA/ToF.

3 -Wi-Fi – это технология передачи данныхсреднего радиуса действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензируемые диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Поскольку Wi-Fi изначально не предназначалась для использования в качестве технологии локального позиционирования, стандартная сеть предоставляет
информацию с точностью лишь до точки доступа, поэтому для повышения точности определения местоположения используется RSSi или при некоторых доработках другие специализированные методы (например, TDoA).

Преимущества:
  • Широкое распространение;
  • Низкая стоимость оборудования.

Недостатки:
  • Для повышения точности, требуется увеличение плотности расположения базовых станций;
  • Загруженность эфира Wi-Fi;
  • Недостаточная точность определения местоположения для ряда задач, даже при применении специальных
    расширений Wi-Fi (в идеальных условиях 3-5 метров, в реальности 10-15метров).
Используемые методы: на основе RSSi/TDoA.

4- WiMax– беспроводные сети масштаба города (реализация технологии «последней мили»).
Это технология работающая в 2-х диапазонах частот (2-11 ГГц — для соединения
базовой станции с абонентской, 10-66 ГГц — между базовыми станциями для
передачи на данных на большие расстояния в пределах прямой видимости).
Эта технология изначально не приспособлена для определения местоположения (как
и Wi-Fi).

Преимущества:
  • Зона покрытия (несколько километров);
  • Надежность;
  • Высокая пропускная способность.

Недостатки:
  • Дорогостоящее оборудование и обслуживание;
  • Низкая точность позиционирования.


Используемые методы: на основе RSSi/OTDoA.

5- MiWi – это беспроводной протокол, разработанный компанией Microchip,предназначенный для построения дешевых радиосетей с передачей данных на
небольшие расстояния. Фактически является упрощённым аналогом ZigBee.

Преимущества:
  • Является дешёвой альтернативой стеку протоколов ZigBee;
  • Является идеальным решением для дешёвых сетевых устройств с ограниченным объемом памяти;
  • Предоставляется компанией без лицензии (при условии применения трансивера MRF24J40 и микроконтроллеров
    Microchip);
  • Поддерживает шифрование сообщений;
  • Поддерживает mesh-сети, «узел-узел» (peer-to-peer) соединения и другие топологии.


Недостатки:
  • Необходимость установки дополнительного программного обеспечения;
  • Проприетарная технология;
  • Дорогостоящее обслуживание;
  • Низкая скорость передачи данных приводит к ограничениям по размеру сетевого сегмента.


Используемые методы: на основе RSSi.

6
-  NFER (Near-field electromagneticranging) – относительно новая технология позиционирования, которая использует
метки-передатчики и одно или несколько принимающих устройств. Технология
основана на том, что сдвиг фаз между электрической и магнитной составляющей
электромагнитного поля изменяется по мере удаления от излучающей антенны.
Вблизи
небольшой (относительно длины волны) антенны электрическая и магнитная
составляющие поля радиоволны сдвинуты по фазе на 90 градусов. При увеличении расстояния
от антенны эта разница уменьшается. При достаточном удалении от антенны сдвиг
фаз сходит к нулю.
Оптимальная
для измерения расстояния дистанция между приемником и передатчиком лежит в
пределах половины длины волны. Соответственно, чтобы обеспечить достаточно
большую дистанцию передатчики метки должны использовать относительно низкие
частоты. Обычно от 1 МГц (длина волны 300 м, оптимальная дистанция до 150 м) до
10 МГц (длина волны 30 м, оптимальная дистанция до 15 м). В зависимости от
выбора частоты, NFER имеет потенциал для достижения точности до 30 см на
расстоянии до 300 метров.

Преимущества:

Подходит для применения в помещениях сосложной геометрией;
Позиционирование с точностью 0,5-1 метр (втеории) на расстоянии 20-30 метров.

Недостатки:

Относительно низкая эффективность антенны.Наиболее эффективна антенна, соизмеримая с длиной волны – обычно это
четвертьволновой монополь. В случае NFER размеры такой антенны должны были бы
составлять десятки метров, что неприемлемо;
Несогласованность антенны требуетувеличения мощности передатчика и ведет к относительно большим габаритам и весу
меток.

7 -NanoLOC
– это технология компании Nanotron, во многом схожая с более старой версией
NanoNET. Помимо скорости передачи информации в 1 Мбит в секунду на расстоянии в
несколько сотен метров, эта технология позволяет определять расстояние между приемопередатчиками.
Погрешность в определении расстояния — 2 метра, что позволяет определять, где
находится приемопередатчик по отношению к другим таким же приемопередатчикам.
Если необходимо определение в трехмерной системе координат, понадобятся четыре
(и более) передатчика NanoLOC, координаты месторасположения которых уже
известны.

Преимущества:

Возможность работы в нелицензируемыхдиапазонах при мощности до 100 мВт;
Используемые методы определенияместоположения обеспечивают возможность локализации объектов за пределами
периметра зоны обслуживания со снижением точности;
Большой выбор готового ПО (с открытымикодами исходников);
Автокорреляционные свойства сигнала делаюттехнологию устойчивой к внешним помехам.

Недостатки:

Ограничения по количеству устройств всегменте;
Проприетарная технология.

Используемые
методы: на основе RSSi/TDoA/ToF.

8-
DECT – технология беспроводной связи на частотах 1880—1900 МГц с модуляцией
GMSK (BT = 0,5), используется в современных радиотелефонах. Данная технология
позволяет определять местоположение объекта с точностью до определённой базовой
станции без использования специализированного программного обеспечения, а также
с точностью 5-10 метров на открытом пространстве или в пределах помещений,
находящихся в зоне обслуживания системы со специализированным ПО. Как и для
большинства технологий, точность значительно снижается при работе в
сооружениях, материалы конструкций которых имеют разнородную структуру.

Преимущества:

Простота развёртывания DECT-сетей;
Не требует специализированногообслуживания;
Не требует лицензирования;
Хорошая интеграция с системами стационарнойкорпоративной телефонии.

Недостатки:

Относительно небольшая дальность связи(из-за ограничения мощности самим стандартом);
Невысокая скорость передачи данных;
Требуется специализированное оборудование.

Используемые
методы: на основе RSSi.

9
- Позиционирование в сотовых сетях – определение местоположения объекта на
основе метода Cell Of Origin – по координатам соты, к которой подключен
абонент. Точность позиционирования определяется радиусом соты. Для так
называемых «пикосот» она составляет 100-150 метров, то в большинстве случаев
это километр и более. Для повышения точности до десятков метров необходимо
использовать методы EoTD/OTDoA.

Преимущества:

Возможность использования существующейинфраструктуры сотовых операторов.

Недостатки:

Лицензированный диапазон частот;
Низкая точность позиционирования.

Используемые
методы: EoTD/OTDoA.

10
- Bluetooth
Спецификация
беспроводных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN),
ближнего радиуса действия, работающая в частотном диапазоне 2,4-2,4835 ГГц. В
Bluetooth несущая частота сигнала меняется 1600 раз в секунду псевдослучайным
образом, это позволяет избежать проблем при функционировании группы устройств в
непосредственной близости, а так же повысить безопасность передачи данных.

Преимущества:

Повышенная безопасность ипомехозащищенность;
Низкое энергопотребление (BLE);
Недорогое оборудование;
Компактность модулей.

Недостатки:

Невозможность достижения высокой точностиопределения местоположения.

Используемые
методы: на основе RSSi.

Ниже
представлена сводная таблица по радиочастотным технологиям.
 
Форум » Форум » Протоколы связи » Протоколы связи для "умного дома" (Wire, X10, KNX, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave, Insteon.)
  • Страница 1 из 1
  • 1
Поиск: