Taller de 1 día de RF

5/17/2018 Taller de 1 d a de RF - slidepdf.com

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“Taller de 1 día de RF”

2009

Presentado por José Luis Ruiz – Rotecnia (Mexico 3P)



Descripción de protocolos de RF de baja potencia

¿cómo elegir el mejor para su aplicación?



ResumenRF de bajo consumo de Texas Instruments (TI LPRF) ofrece soluciones de RF(transreceptores y SoCs) que se dirigen a diferentes frecuencias y normas.

En cuanto a HW (sub 1Ghz y 2.4Ghz) y SW (propietario: SimpliciTI ; Estandars: MAC802.15.4, RF4CE, ZigBee)

El objetivo de este entrenamiento es el de ayudar a los asistentes a conocer lospuntos a tomar en cuenta para el momento de tomar la decisión de que protocolo de

RF usar.

Aunque el tema principal es HW y SW también se toma en cuenta que frecuenciautilizar se discuten ya que tienen una influencia en los protocolos SW a elegir.

Se verán las ventajas y desventajas de los diferentes protocolos analizando a detalledos casos diferentes de uso:

1) conexión punto a punto para un control remoto

2) Red multi-nodo para controlar la temperatura en una casa



Esquema• Criterios de selección para la elección de un protocolo LPRF

• Panorama de protocolos de RF de baja potencia

• ¿Dónde encontrar la información adicional y el software?

• Casos de uso:

1) Conexión punto a punto2) Red de nodo múltiple



Criterios de selección para la elección deun protocolo LPRF

¿Que necesita su aplicación?



Calidad de servicio

• En primer lugar hay que determinar la calidad del servicio de la aplicación antes de

estudiar a detalle los criterios de toma de decisión.

• Calidad de servicio

• Confiabilidad del sistema

• Tiempo de vida de la batería• Estado latente

• Coexistencia



Algunos criterios de decisión

• Frecuencia

• Interoperabilidad / estándar

• Topología

• Set de características de software

• Set de características de hardware• Experiencia disponible



Frecuencia

• La elección de la frecuencia influirá en...

• Rango de RF y rango de velocidad de transmisión de datos

• Tamaño del diseño de la antena

• Regulaciones



Frecuencia de 2.4Ghz banda ISM

“en todo el mundo”

Pros de 2.4Ghz

- Misma solución para todos los mercados sin alteraciones Software / hardware

- Gran ancho de banda disponible, permite varios canales independientes y altastasas de datos

- Es posible el 100% de ciclo de trabajo- Solución más compacta de antena que Sub 1Ghz

Contras de 2.4Ghz

- Menor alcance que en sub 1Ghz (con el mismo consumo de corriente)

- Muchas interferencias posibles están en la banda



Frecuencia de Sub 1Ghz banda ISM

Pros de sub 1Ghz

- Mejor alcance que 2.4Ghz con la misma potencia de salida y consumo de corriente(suponiendo que se tiene una buena antena, lo cuál no es fácil para un espaciolimitado)

Contras de sub 1Ghz

- Desde diferentes bandas que se utilizan en diferentes mercados, es necesariosoluciones personalizadas para cada mercado

- Más limitaciones para la salida de potencia, velocidad de datos, que el ancho debanda de 2.4Ghz

•



Estándar vs Propietario

Pros del Estándar

- Interoperabilidad

- Unión de fuerzas

- Otras compañías está trabajando con el mismo estándar

- Economía de escalas- competencia- Imagen / Marketing

- Mezcla de estrategias: hacer y comprar se puede combinar

- Productos, módulos y chips con la misma tecnología



Estándar vs Propietario

Contras del Estándar

- Demasiadas empresas implicadas – muchos compromisos

- Potencialmente sobre cargado con las características

- Menos libertad de diseño

- Gastos generales- Debe tener la certificación de cumplimiento de la norma



Topología – punto a punto, estrella, malla



Topología

¿Cuál es la diferencia entre estrella y malla?

Estrella: La formación de una red es una estrella, todos los dispositivos puedenunirse al nodo central.

Malla: Prevé la libre formación y reparación de malla de redes, por lo tantomayor robustés.



Set de características de Software

- Memoria de código y RAM

- Tasa efectiva de datos

- Consumo de energía (número de mensajes

necesarios)

- Funciones extendidas (por ejemplo: descarga

Sobre el aire de actualización de firmware)

- API complejo (¿fácil de usar?)



Set de características de Hardware

- Desempeño RF

- Consumo de potencia

- Recursos disponibles para la aplicación

(periféricos, memoria, interfases, etc)

- Esfuerzo de diseño



Experiencia disponible

- RF y el Software del protocolo

- ¿Usando terceras partidas?



Conclusión

¡La elección no es siempre así de sencillo!

Uno tiene que ver la imagen completa en lo que respecta a

- Tiempo en el mercado

- Conocimiento requerido

- Recursos necesarios- Los gastos

- Mercado potencial...

...junto con la aplicación específica y las necesidades de interoperabilidad



Descripción general del protocolo LPRF

¿Que ofrecen los protocolos de LPRF?



Protocolos RF de bajo consumo

Solución

/Capa

Propietario SimpliciTI TI-MAC RemoTI ZigBee

Aplicación Libertadde diseño

Libertadde diseño

Libertadde diseño

Libertadde diseño*

Libertadde diseño*

Protocolode capa

alta

Libertadde diseño

Libertadde diseño

Libertadde diseño

RF4CE ZigBee

Protocolode capabaja

Libertadde diseño

SimpliciTI IEEE802.15.4

IEEE802.15.4

IEEE802.15.4

Capafísica

TI-HW TI HW IEEE802.15.4

IEEE802.15.4

IEEE802.15.4



Topologia - Malla?, Estrella?, Punto a punto?

• Propietario: Soluciones que pueden en principio ser soportadas por todos, si se escribe el código para ello.

• SimpliciTI: No está vinculada a una topologia específica, se basasobre nodos que pueden recibir y enviar y repetir; punto a punto, y o

estrella con rango extendido.

• IEEE 802.15.4 MAC: Provee de una topología en estrella

• RF4CE: Está basado sobre la IEEE 802.15.4, puede manejar

varias redes estrella en paralelo.

• ZigBee: Prevé la libre formación y reparación red de malladándole mas robustez.



Características principales de las diferentessoluciones de protocolos LPRF



Propietario – Características principales

• Libertad de diseño total del software- En ninguno de los otros casos se ofrece ajustar a susnecesidades

• La única limitación es dada por las regulaciones como FCC,ETSI, .......



SimpliciTI – Características principales

• Código fuente total

• Set de pequeñas características

- mas libertad de diseño

- bajo tamaño de código



TI MAC – Características principales

• Hardware estandarizado y capa baja de software protocoloMAC

- Interoperatibilidad posible (si se desea)

• Base de red estrella



RF4CE – Características principales

• Estándar iniciado y manejado por jugadores principales en elmercado CE

• Protocolo y hardware estandarizados

- De las soluciones mas comunes

- Interoperatibilidad posible

• Facil de desarrollar



ZigBee – Características principales

•Red de malla

• Protocolo / Hardware estandarizados

- De las soluciones más comunes

- Interoperatibilidad posible

• Larga vida de la batería

- Routeador / Coordinador no está en bajo consumo pero

- El dispositivo final (ejemplo switch de luz) está en bajo consumo

• Facil de desarrollar - Bajo costo de instalación

• Soporta redes grandes



Recursos en Hardware de LPRF



Banda Sub 1 Ghz

Plataforma SimpliciTI TX Power dBm

SensibilidaddBm

Tasa detranferenciaKbps

AES(encriptado)

CC1020 no +10 -110 153.6 no

CC1021 no +10 -110 153.6 no

CC1101 si +12 -112 500 si

CC1100E no +12 -112 500 no

CC1110F8 si +10 -110 500 si

CC1111F8 si +10 -110 500 si

CC1150 no +10 -110 500 no

CC430 si +10 -110 500 si



Arquitectura del CC430

•



Banda 2.4 Ghz

Plataforma SimpliciTI TX Power

dBm

Sensibilidad

dBm

Tasa de

tranferenciaKbps

AES

(encriptado)

CC2400 no +10 -101 1000 no

CC2500 si +1 -89 500 si

CC2550 si +12 -112 500 si

CC2510F8 si +1 -103 500 si

CC2511F8 si +1 -103 500 si

CC2590 no +12 11.4 500 no



Arquitectura del CC2500

•



Aplicación típica del CC2500

•



Software para el CC2500

(SmartRF)

•



Protocolo SimpliciTI



Componentes del modulo SimpliciTI



• Encriptado: Cuando se habilita la función de encriptado,todos los campos excepto la dirección son encriptados.

• Agilidad de frecuencia: Esta capacidad permite que la redpueda migrar a diferentes frecuencias, por ejemplo si lafrecuencia existente es ruidosa

• Manejador de red: Este es el dominio de las AP y consisteen funciones tales como almacenamiento, funcionalidad detransmisión en modo Sleep, manejo de encriptado y agilizadode frecuencia.

• Extensor de alcance: Sujeto a restricciones de anticongestión forzado por repetir todos los paquetes recibidos amenos que el sea el destino del paquete



Arquitectura SimpliciTI

• El software SimpliciTI conceptualmente soporta 3 capas como

se muestra en la siguiente figura:



Topologías SimpliciTI

•



Practicas SimpliciTI(Topologías)



Practica#1 Simple Peer-To-Peer

En este ejemplo dos dispositivos (oyente y hablante)

establecen una conexión inicial directa uno a uno, el oyente(ED2) espera a un mensaje de conexión, el hablante enviaráel mensaje de conexión. Después de que la conexión ha sidoestablecida, el hablante periodicamente enviará un mensajede 2 bytes al oyente, que entonces enviará una replica de 2

bytes al hablante.




Primer paso

• Selecciona CCE para ejecutar




• Se muestra el inicio y la carga del CCE










•

•




•




•




• Cambiar la dirección del dispositivo hablante




• Ahora seleccionar el otro programa para su posterior descarga




•




• Paso 1) Alimentar ambos dispositivos, (ambos leds encenderán)

• Paso 2) Presione el botón del oyente (Listener) para enviar un mensaje

de conexión (Led 2 encenderá)• Paso 3) Presione el botón del hablante (Talker) para enviar un mensaje de

conexión (ambos leds se apagarán si la conexión fue un éxito

•

• Hasta este punto los dispositivos tienen establecida una conexión debiendo

seguir las siguientes acciones:• a) El hablante (Talker) envía un mensaje con una carga útil de 2 bytes al

oyente (Listener) y realiza un toggle en el LED para indicar la acción.

• b) El oyente (Listener) recibe el mensaje de 2 bytes, inmediatamenterealiza un toggle en el LED y realiza una replica del dato hacia el hablante(Talker)

•



Practica#2 Simple Peer-To-Peer con encuesta

• En este ejemplo dos dispositivos finales Receptor y transmisor establecenuna conexión uno a uno. El receptor ED2 es un dispositivo de encuesta, por

lo que la conexión indirecta al transmisor requiere de un punto de accesopara soportar una función de almacenamiento y reenvío. En este tipo de redel transmisor no necesita saber o cuidar que el receptor es un dispositivo deencuesta.

• Inicialmente el receptor se conecta a la red y espera un mensaje deconexión, el transmisor se conecta a la red y envía un mensaje de

conexión. Después de que ha sido establecida la conexión ambosdispositivos indican este estado.



Practica#2 Simple Peer-To-Peer con encuesta

• Paso 1) Alimentar a los tres dispositivos (ambos leds se encenderán)• Paso 2) En el Receptor (oyente) presiona el botón para que pueda

conectarse a la red y recibir la conexión desde el punto de acceso, queusará después para para enviar los requerimientos de encuesta. Sólo elLED1 deberá quedar encendido.

• Paso 3) En el transmisor (hablante) presiona el botón para que pueda

conectarse a la red y recibir la conexión desde el punto de acceso y poder enviar un mensaje de conexión al receptor (oyente). Sólo el LED1 deberáquedar encendido.



Practica#3 Cascada de dispositivos finales

• En este ejemplo dos o mas dispositivos finales, forman una red en queexplicitamente no está establecida un orden de comunicación. Cadadispositivo puede llamar a cualquier otro dispositivo que esté dentro delrango de radio. La idea es que los mensajes puedan realizar una cascada através de la red. Por ejemplo, imagine un arreglo de alarmas de humo, cadadispositivo puede comunicarse con alguno de los otros dispositivos. Cuandose detecta un problema, no sólo activa la alarma, sino que también propaga

la alerta a otros dispositivos en la red, los cuales también propagan a suvez la alerta.



Practica#3 Cascada de dispositivos finales

• Paso 1) Alimentar a los dos o tres dispositivos finales (ambos Leds seencenderán)

• Paso 2) Presiona el botón del dispositivo ED1, en respuesta se deberáapagar el Led indicando que el dispositivo ha entrado en un modo “Sleep” alrededor de 5 segundos, “despierta” para checar si existe algún problema yrealiza un toggle en el LED 1.

• Paso 3) Realiza la misma acción para el resto de los dispositivos finales,en esta acción se tiene establecida la red en operación

• Paso 4) Generar una acción de “problema” accionando el botón decualquiera de los dispositivos finales y mantenerlo accionado hasta que sedifunda la alarma entre los dispositivos finales en la red.



Practica#4 Punto de acceso como Data Hub

• Este ejemplo es un caso especial de una red con un punto de acceso conuno o mas dispositivos finales, mientras un dispositivo final puede tener interacción con otro dispositivo final, siempre tendrán que hacerlo a travésdel punto de acceso. En este escenario el punto de acceso actúa como uncolector de datos o como una compuerta de información de sensores oactuadores distribuidos.



Practica#4 Punto de acceso como Data Hub

• Paso 1) Alimentar el punto de acceso (ambos leds encenderán)• Paso 2) Alimentar a los dispositivos ED1 y ED2 debiendo realizar un flash

corto en los leds y mantenerlos apagados como muestra de espera.

• Paso 3) Presionar el botón sobre uno de los dispositivos finales. El LED 1del punto de acceso realizará un toggle seguido por un toggle en el led deldispositivo final (indicando una replica del mensaje recibido.

• Paso 4) Presionar el botón sobre el otro de los dispositivos finales. El LED1 del punto de acceso realizará un toggle seguido por un toggle en el leddel dispositivo final (indicando una replica del mensaje recibido.



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