Перевод «low power consumption» на русский
It is worth noting the low power consumption, which allows the tablet to run longer on a single battery charge.
Особо стоит отметить низкое энергопотребление, которое позволит планшету дольше работать на одном заряде аккумулятора.
Intel has also developed a range of medium and low cost processors that are not as fast, but have low power consumption.
Intel также разработала большое количество средних и недорогих процессоров, которые не так быстры, но имеют низкое энергопотребление.
The low power consumption (up to 10 kW/h) is also important.
Также немаловажным фактом является низкая потребляемая мощность (до 10 кВт/ч).
The infrastructure is mobile and has relatively low power consumption.
Инфраструктура мобильна и обладает относительно низким энергопотреблением.
It remains only to create sensors with low power consumption.
Осталось только для создания датчиков с низким энергопотреблением.
The low power consumption and the increased range are especially tempting.
Низкое энергопотребление и увеличенный диапазон особенно заманчивы.
It is well-read in direct sunlight and has low power consumption.
Экран отлично виден под прямым солнечным светом и имеет низкое энергопотребление.
But for my pool it is better to buy led bulbs, which have greater luminous efficiency and low power consumption.
Но для своего бассейна лучше покупать светодиодные лампочки, которые имеют большую светоотдачу и низкое энергопотребление.
The main list includes the speed of reading and writing information, resistance to mechanical damage and low power consumption.
Среди основных: скорость чтения и записи информации, устойчивость к механичным повреждениям, низкое энергопотребление.
Designed using latest technology, these lights are appreciated for higher illumination and low power consumption.
Разработанный с использованием новейших технологий, эти огни ценятся высшего просветления и низкое энергопотребление.
Such electronic devices have low power consumption and require extreme plasticity and safety from the battery.
Такие электронные приспособления имеют низкое энергопотребление и требуют от батареи чрезвычайной пластичности и безопасности.
It offers low power consumption, social networking integration and more.
Она обеспечивает низкое энергопотребление, интеграцию с социальными сетями и многое другое.
The theoretically achievable computation speeds and low power consumption could be combined with compact designs and relatively light shielding.
Теоретически достижимая скорость вычислений и низкое энергопотребление могут быть объединены в компактную конструкцию и относительно защищены от света.
At the same time, their low power consumption will be a very important parameter.
При этом очень важным параметром будет являться низкое энергопотребление.
Semiconductor oxide sensors offer many benefits, including low cost, low power consumption and small size.
Приборы с полупроводниковыми сенсорами имеют много преимуществ, включая низкую стоимость, низкое энергопотребление и малые размеры.
Our dehumidifiers are very easy to use and have low power consumption.
Наши осушители очень просты в эксплуатации и имеют низкое энергопотребление.
Low-power RF networking also features low power consumption, auto-routing networks, two-way real-time communications and mobility.
Маломощная радиочастотная сеть также характеризуется низким энергопотреблением, автоматической маршрутизацией, двусторонней связью в реальном времени и мобильностью.
We offer to you ventilation equipment that characterized by high productivity and low power consumption.
Мы предлагаем Вам вентиляционное оборудование характеризующиеся высокой производительностью и низким энергопотреблением.
This relatively small chip had low power consumption and fit in the case of ordinary BTE or ITC hearing aid.
Этот сравнительно небольшой чип обладал низким энергопотреблением и умещался в корпусе обычного заушного или внутриканального слухового аппарата.
Nanoradio has approximately 60 employees and specializes in developing high-performance Wi-Fi chipsets with low power consumption for cellular platforms.
Nanoradio насчитывает около 60 сотрудников и специализируется на разработке высокопроизводительных Wi-Fi чипсетов с низким энергопотреблением для мобильных платформ.
Возможно неприемлемое содержание
Примеры предназначены только для помощи в переводе искомых слов и выражений в различных контекстах. Мы не выбираем и не утверждаем примеры, и они могут содержать неприемлемые слова или идеи. Пожалуйста, сообщайте нам о примерах, которые, на Ваш взгляд, необходимо исправить или удалить. Грубые или разговорные переводы обычно отмечены красным или оранжевым цветом.
Зарегистрируйтесь, чтобы увидеть больше примеров. Это просто и бесплатно
Ничего не найдено для этого значения.
Предложить пример
Больше примеров Предложить пример
Новое: Reverso для Windows
Переводите текст из любого приложения одним щелчком мыши .
Скачать бесплатно
Перевод голосом, функции оффлайн, синонимы, спряжение, обучающие игры
Результатов: 646 . Точных совпадений: 646 . Затраченное время: 96 мс
Помогаем миллионам людей и компаний общаться более эффективно на всех языках.
СТАНДАРТЫ И ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ БЛИЖНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Летфуллин Ильгам Рамилевич
В статье рассматриваются основные технологии и стандарты беспроводной передачи данных, проводится обзор и сравнительный анализ беспроводных технологий ближнего радиуса (технология «последних 100 метров»), а также раскрыты некоторые технические характеристики. Показаны преимущества и недостатки. Для анализа технологий ближнего радиуса выбран метод сравнения параметров на основе информации отечественной и зарубежной литературы, научных статей и публикаций. Анализ способствует выбору наиболее оптимального стандарта беспроводной передачи данных для организации эффективной сети ближнего радиуса, направленной на решение основной проблемы устройств Интернета вещей — обеспечение безопасного подключения большого количества устройств с ограниченной мощностью, развернутых на обширной территории и удовлетворяющим критериям производительности Интернета Вещей.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Летфуллин Ильгам Рамилевич
Исследование энергосберегающей беспроводной самоорганизующейся многопротокольной сети передачи данных интернет устройств
Исследование трафика беспроводных устройств в условиях развития Интернета вещей
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Анализ трафика устройств Интернета вещей
Построение беспроводного канала на базе компонентов Texas Instruments
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
STANDARDS AND TECHNOLOGIES OF SHORT-RANGE WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
The article discusses the main technologies and standards for wireless data transmission, provides an overview and comparative analysis of short-range wireless technologies (“last 100 meters” technology), and also discloses some technical characteristics. The advantages and disadvantages are shown. For the analysis of near-radius technologies, a method for comparing parameters was chosen based on information from domestic and foreign literature, scientific articles and publications. The analysis contributes to the selection of the most optimal wireless data transmission standard for organizing an efficient near-range network aimed at solving the main problem of Internet of Things devices — ensuring the secure connection of a large number of devices with limited power deployed over a wide area and meeting the performance criteria of the Internet of Things. Currently, short-range wireless communication is based mainly on Bluetooth, UWB, ZigBee and Wi-Fi standards, which are based on IEEE 802.15.1, 802.15.3 , 802.15.4 and 802.11a/b/g/ah standards, respectively. The specified IEEE standards define physical (PHY) and MAC levels for wireless communication in a range of about 10-100 meters. Based on the review, it can be concluded that 802.11ah is the most promising next-generation Wi-Fi technology for large-scale applications of the Internet of Things with low power consumption, which combines support for high data transfer rates over long distances, low power consumption, low latency, and thanks to built-in mechanisms such as RAW, TWT and TIM, significantly reduces collisions when accessing the channel, and also provides the required QoS. It is also important to note that wireless technologies are changing rapidly following the needs of the Internet of Things market and it is recommended to monitor updates to existing standards and technologies, as well as the emergence of new short-range technologies. The requirements for power consumption of devices, data transmission security, high network fault tolerance, the ability of devices to withstand radio interference and ease of connection remain unchanged.
Текст научной работы на тему «СТАНДАРТЫ И ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ БЛИЖНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ»
Труды МАИ. 2022. № 124 Trudy MAI, 2022, no. 124
СТАНДАРТЫ И ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ
БЛИЖНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ
Ильгам Рамилевич Летфуллин
Московский авиационный институт (национальный исследовательский
университет), Москва, Россия
Аннотация. В статье рассматриваются основные технологии и стандарты беспроводной передачи данных, проводится обзор и сравнительный анализ беспроводных технологий ближнего радиуса (технология «последних 100 метров»), а также раскрыты некоторые технические характеристики. Показаны преимущества и недостатки. Для анализа технологий ближнего радиуса выбран метод сравнения параметров на основе информации отечественной и зарубежной литературы, научных статей и публикаций. Анализ способствует выбору наиболее оптимального стандарта беспроводной передачи данных для организации эффективной сети ближнего радиуса, направленной на решение основной проблемы устройств Интернета вещей — обеспечение безопасного подключения большого количества
устройств с ограниченной мощностью, развернутых на обширной территории и удовлетворяющим критериям производительности Интернета Вещей. Ключевые слова: Интернет Вещей, беспроводные сети, 802.15.4, 802.15.3, ZigBee, Z-Wave, 802.11, Bluetooth Low Energy, NFC, Wi-Fi HaLow, Wireless USB, 6LoWPAN Для цитирования: Летфуллин И.Р. Стандарты и технологии беспроводных сетей связи ближнего радиуса действия // Труды МАИ. 2022. № 124. DOI: 10.34759/trd-2022-124-14
STANDARDS AND TECHNOLOGIES OF SHORT-RANGE WIRELESS
Ilgam R. Letfullin
Moscow Aviation Institute (National Research University),
Abstract. The article discusses the main technologies and standards for wireless data transmission, provides an overview and comparative analysis of short-range wireless technologies («last 100 meters» technology), and also discloses some technical characteristics. The advantages and disadvantages are shown. For the analysis of near-radius technologies, a method for comparing parameters was chosen based on information from domestic and foreign literature, scientific articles and publications. The analysis contributes to the selection of the most optimal wireless data transmission standard for
organizing an efficient near-range network aimed at solving the main problem of Internet of Things devices — ensuring the secure connection of a large number of devices with limited power deployed over a wide area and meeting the performance criteria of the Internet of Things.
Currently, short-range wireless communication is based mainly on Bluetooth, UWB, ZigBee and Wi-Fi standards, which are based on IEEE 802.15.1, 802.15.3, 802.15.4 and 802.11a/b/g/ah standards, respectively. The specified IEEE standards define physical (PHY) and MAC levels for wireless communication in a range of about 10-100 meters.
Based on the review, it can be concluded that 802.11ah is the most promising next-generation Wi-Fi technology for large-scale applications of the Internet of Things with low power consumption, which combines support for high data transfer rates over long distances, low power consumption, low latency, and thanks to built-in mechanisms such as RAW, TWT and TIM, significantly reduces collisions when accessing the channel, and also provides the required QoS.
It is also important to note that wireless technologies are changing rapidly following the needs of the Internet of Things market and it is recommended to monitor updates to existing standards and technologies, as well as the emergence of new short-range technologies.
The requirements for power consumption of devices, data transmission security, high network fault tolerance, the ability of devices to withstand radio interference and ease of connection remain unchanged.
Keywords: Internet of Things, wireless networks, 802.15.4, 802.15.3, ZigBee, Z-Wave, 802.11, Bluetooth Low Energy, NFC, Wi-Fi HaLow, Wireless USB, 6LoWPAN
For citation: Letfullin I.R. Standards and technologies of short-range wireless communication networks. Trudy MAI, 2022, no. 124. DOI: 10.34759/trd-2022-124-14
На сегодняшний день одно из ключевых направлений развития сетей связи является концепция Интернета вещей [11]. Наблюдается огромный рост числа устройств Интернета вещей и в скором времени к сети Интернет будет подключено несколько миллиардов устройств [22], при этом подавляющее большинство из них имеет автономную систему питания. В этой связи важным параметром устройств Интернета Вещей является продолжительная автономная работа без дополнительного обслуживания. Большая часть потребления энергии в устройствах, датчиках (сенсорах) происходит во время передачи данных, в независимости от применяемой технологии беспроводной сети на передачу данных приходится порядка 85% общего энергопотребления.
Для эффективного решения задач, связанных со снижением энергопотребления, существует тип беспроводных сетей — технология ближнего радиуса (технология «последних 100 метров») [1]. Эта технология предполагает оптимизацию энергопотребления с использованием методов эффективной маршрутизации, применения оптимальных методов модуляции, сжатия данных, управления питанием и т.п.
Способы беспроводного обмена данными
Известно два основных подхода к обеспечению обмена данными -многоскачковые сети в нелицензируемом диапазоне частот (ISM-диапазон -Industrial, Scientific and Medical Band), и второй подход — решения, построенные на базе сотовой связи дальнего действия, использующей лицензированные стандарты сотовой связи [22].
Минимальное расстояние Малое расстояние Среднее расстояние Среднее/большое
(до 10 м) (от 10 м до 100 м) (от 100 м до 1000 м) расстояние
Рисунок 1 — Стандарты и технологии беспроводных сетей Сотовые сети могут сыграть ключевую роль в распространении Интернета Вещей, поскольку способны обеспечить повсеместное покрытие, в частности проект 3GPP пытается модернизировать 2G/GSM для поддержки трафика Интернета Вещей, реализуя архитектуру сотового Интернета Вещей. Однако, стандарты сотовой связи, такие как LTE и UMTS, не предполагают и не были разработаны для предоставления услуг межмашинного взаимодействия [22], а использование технологий GSM/GPRS не подходит для потока данных, критичных ко времени
доставки. В тоже время, подключение огромного количества устройств Интернета Вещей через единую базовую станцию вызовет проблемы, связанные с администрированием, контролем и управлением трафиком, что может стать «бутылочным горлом» в распространении вышеназванной архитектуры [14].
К решениям, работающим на базе существующих стандартов мобильной связи, также можно отнести стандарт NB-IoT (Narrow Band IoT), работающий в лицензируемом спектре частот и относящийся к узкополосной системе (UNB, Ultra Narrow Band) [11]. Из-за использования сетей мобильной связи стандарт NB-IoT имеет ряд ограничений и недостатков: низкие скорости приема и передачи данных[10], необходимость постоянной синхронизации конечных устройств, большой объем служебной информации, большие задержки связи при использовании режимов энергосбережения (конечное устройство в спящем режиме недоступно со стороны сети), развертывание сетей требует выделения большого ресурса и зависит от существующего покрытия, отсутствует поддержка мобильности, а также экономическая нецелесообразность развертывания сети с «нуля» [10].
Альтернативным решением является использование многоскачковых сетей в ISM-диапазоне, принцип построения которых основан на передаче данных от устройства к устройству посредством других устройств, используемых в качестве промежуточных станций.
Стандарты и технологии беспроводной связи на короткие расстояния
Спецификация беспроводных стандартов и технологий, работающих в ISM-диапазоне, обширна. Основное требование для разрабатываемых устройств
диапазона ISM — соответствие нормам, устанавливаемым регулирующими органами для данной части спектра [6].
На практике рассматриваются технологии на основе сотовой связи или технологии с многоскачковыми переходами на короткие расстояния [14]. В последнем случае подключенные устройства работают на выделенных стеках протоколов, специально разработанных для того, чтобы справляться с ограничениями, налагаемыми на конечные устройства: минимальные массогабаритные показатели, минимальные энергопотребление и т.д. Кроме того важно, чтобы хотя бы одно такое конечное устройство выполняло функции шлюза для других устройств и было подключено к IP-сети (протоколы транспортного уровня IPv4/IPv6).
В настоящее время одними из наиболее востребованных стандартов Интернета вещей являются технологии беспроводной связи на малых расстояниях. К данной категории относятся стандарты, радиус действия которых не превышает 100 метров: BLE (Bluetooth Low Energy), IEEE 802.15.4, ZigBee, NFC, IrDA, Wi-Fi 802.11, UWB и другие.
Современные беспроводные сети характеризуются набором параметров, среди которого можно выделить следующий базовый набор:
— частотный диапазон и полоса используемых частот;
— структура передаваемого пакета;
— методы авторизации, регистрации устройств (сенсоров, шлюзов, серверов) и защиты данных;
— энергоэффективность (потребляемая мощность);
— методы модуляции сигнала;
— методы управления частотной полосой, разделения и уплотнения каналов.
В таблице 2 приведены актуальные и наиболее востребованные на данный
момент технологии беспроводной связи.
Подавляющее большинство технологий базируется на использовании стандарта IEEE 802.15.4, в частности ZigBee, Wireless HART, Thread, 6LoWPAN.
Вопрос в том, какую технологию выбрать и каким образом организовать элементы и устройства Интернета вещей является одним из главных при построении сети. Основными критериями при выборе стандарта являются: дальность, высокая скорость передачи данных, минимальная задержка, возможность организации надежной и безопасной, самовосстанавливающейся сети.
ZigBee — открытая технология беспроводной связи для систем сбора данных, управления и автоматизации, основанная на стандарте IEEE 802.15.4, позволяет создавать низкоскоростные самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся ячеистые сети с автоматической ретрансляцией сообщений и гарантированной доставкой.
Технология ZigBee предусматривает возможность использования каналов в нескольких частотных диапазонах: 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Максимальная скорость передачи данных достижима в диапазоне (2,4-2,48) ГГц. В данном диапазоне предусмотрено 16 каналов по 5 МГц [1, 20].
Таблица 2 — Стандарты и технологии беспроводной связи
Технология ZigBee BLE v5.0 6LoWPAN NFC Wi-Fi 802.11g Wireless USB Z-Wave Wi-Fi HaLow 802.11 ah
Частотный диапазон, МГц 0,868/ 0,915/ 2400-2483,5 2402-2485 2400 13,56 2412-2483,5 2850-10600 0,869/ 0,920/ 0,915/ 868/900
Дальность связи, М 100 10-800 150 0,1 100 10 (107Мбит/с) 3 (480 Мбит/с) 30 1000
Потребление тока, мА/мкА (режим standby) 30/1 18/0,1 35/5 15/0,01 250 21/3 25/2,5 23/0,5
Метод расширения спектра DSSS FHSS (для ZigBee Pro) FHSS (ширина канала -2МГц) DSSS — FHSS DS-UWB MB-OFDM — OFDM
Топология сети «звезда», «дерево», MESH «точка-точка», «звезда», MESH «точка-точка», «звезда», MESH «точка-точка» «звезда» «звезда» «точка-точка», дерево, MESH «точка-точка», «звезда», MESH
Размер сети 65536 (16-битные адреса) 264 (64-битные адреса) 32767 100 2 255 (теор.) До 127 на хост До 232 До 8192
Технология ZigBee BLE v5.0 6LoWPAN NFC Wi-Fi 802.11g Wireless USB Z-Wave Wi-Fi HaLow 802.11 ah
Тип модуляции сигнала BPSK/ BPSK/ O-QPSK GFSK 16-уровневая O-QPSK ASK BPSK FSK/PSK QPSK 8PSK FSK, GFSK BPSK/ QPSK/ 16-QAM/ 64-QAM-256-QAM
Размер данныхпакета, байт 127 255 127 153 1500 — 127 -100
Шифрование AES-128 AES-128 AES-128 — WEP AES128+ CBC-MAC S2 Security (3DES) WPA3
Поддержка движущихся между хабами сенсоров Да Да Да Нет Да Да Да Да
Адресация 16 и 64-бит MAC, 16-битID сети 48-бит открытый адрес Bluetooth или случайный адрес 128-бит IP, 16-бит уникальный и 64-бит IEEE — 48-бит MAC — 4-байтаID сети, 1-байт-ГО устройства 18-байт
Задержка при установлении соединения, мс
Скорость передачи данных вместе со служебной информацией составляет 250 кбит/c. Средняя пропускная способность для полезных данных в зависимости от загруженности сети и количества ретрансляций составляет порядка от 5кбит/с до 40 кбит/с. Расстояния между узлами сети при работе внутри помещений составляет несколько десятков метров, на открытом пространстве порядка сотен метров [20,24]. Безопасность информационного обмена обеспечивается алгоритмом шифрования AES-128.
В сети ZigBee могут участвовать два разных типа устройств: полнофункциональные устройства и устройства с ограниченными функциями. Полнофункциональные устройства (далее — ПФУ) могут работать в трех режимах: координатор, маршрутизатор и конечное устройство [8, 12]. ПФУ может обмениваться данными с устройствами с ограниченным функционалом или другими ПФУ, в то время как устройство с ограниченным функционалом может работать в паре только с одним ПФУ [8].
Стандарт IEEE 802.15.4 и спецификация ZigBee Specification регламентируют протоколы передачи данных, определяют сетевую инфраструктуру и обеспечивают функционирование беспроводной сети, позволяют реализовать не только топологии «точка-точка», «звезда», но и «дерево» и ячеистую сеть, с возможностью ретрансляций и поиска эффективного маршрута передачи [12, 20]
В соответствии со стандартом IEEE 802.15.4 описывается физический уровень и уровень доступа к среде, а ZigBee Specification описывает сетевой уровень и уровень приложений, предоставляющий возможность разрабатывать простые
профили на основе атрибутов [1, 24].Доступ к каналу реализуется по принципу множественного доступа с прослушиванием несущей.
КУ) — Конечное устройство
Рисунок 2 — Ячеистая топология сети ZigBee В качестве основных положительных свойств выделим ячеистую топологию и специальные алгоритмы маршрутизации, позволяющие обеспечить самовосстановление и гарантированную доставку пакетов в случаях обрыва связи
Упрощенная модель OSI
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Приложения ZigBee Профайлы ZigBee
APS (подуровень поддержки приложений)
NWK (сетевой уровень)
DLC (уровень канала передачи данных)
IEEE 802.15.4 MAC IEEE 802.15.4 PHY
Рисунок 3 — Соотношение стека протоколов модели OSI и ZigBee
между отдельными узлами, простота развертывания сети и способность сети ZigBee отслеживать устройства и топологию сети в режиме частых подключений, отключений и переподключений устройств. В дополнение спецификация ZigBee предусматривает криптографическую защиту данных и низкое энергопотребление. Существенным недостатком являются работа в зашумленном диапазоне частот, малый радиус действия, низкая реальная пропускная способность, отсутствие стандартизации и единой программно-аппаратной платформы для разработки и, как следствие, возникающие проблемы с совместимостью устройств, работающих в сетях ZigBee.
Технология Bluetooth Low Energy
Стандарт Bluetooth предназначен для обмена данными на короткие расстояния, как альтернатива кабельной сети и проводам для компьютерной периферии-клавиатуры, джойстики, принтеры и т.д. Данный стандарт поддерживает достаточно разветвленную сеть устройств.
Технология Bluetooth Low Energy (далее — BLE) представляет собой компромисс между энергосбережением, задержкой при передаче данных и пропускной способностью. Согласно теоретическим результатам расчета и апробации данного стандарта, срок службы устройства BLE на автономном элементе питания составляет от 2 дней до 14 лет. Минимальная задержка для ведущего устройства для получения данных с датчика оставляет 676 мкс, но при высокой частоте битовых ошибок средняя задержка увеличивается втрое [15].
Отличие BLE v5.0 от BLE v4.0 в добавлении новых вариантов спецификаций физического уровня (PHY). Каждый вариант имеет свои особенности и был
разработан с учетом конкретных приложений. Сравнительный анализ приводится в таблице 3 [23].
Таблица 3 — Спецификации BluetoothLowEnergy
Параметр/Спецификация LE1M LE-кодированный LE2M
Символьная скорость 1 Мбит/с 1 Мбит/с 2 Мбит/с
Скорость передачи данных 1 Мбит/с 125 кбит/с 2 Мбит/с
Реальная максимальная скорость передачи данных 800 кбит/с 100 кбит/с 1,4 Мбит/с
Схемаобнаружения ошибок CRC CRC CRC
Схемаисправление ошибок Нет FEC Нет
Множитель дальности/ дальность, м 1/250 4/1000 0,8/200
Техника коррекции, исправляющая ошибки методом упреждения — Forward Error Correction (FEC), снижает количество битовых ошибок и позволяет увеличить дальность связи до 1 км без повторной отправки [23], но при этом повышается энергопотребление в связи с увеличением времени активности передатчика при передаче и снижается скорость передачи, т.к. добавляется избыточность для коррекции ошибок.
Архитектурные решения радиочастотных модулей спроектированы исходя из дешевизны, низкого энергопотребления и минимальных габаритов микросхем. Модули состоят из приемопередающей части, контроллера и управляющего устройства — хоста, реализующего протоколы верхнего уровня [15, 23]. Связь между хостом и контроллером стандартизована как интерфейс хост-контроллер (HCI) [15]. Стек протоколов BLE показан на рисунке 4.
Профиль общего доступа (GAP) Профиль общих атрибутов (GATT) Хост
Протокол управления безопасностью (SMP) Управление атрибутами (АТТ)
Протокол логического соединения и адаптации (L2CAP)
Интерфейс хост-контроллер ^О) —
Канальный уровень Контроллер
Рисунок 4 — Соотношение стека протоколов модели OSI и BLE.
Устройства BLE работают в ISM-диапазоне частот 2,4 ГГц, со скачкообразной перестройкой частоты по 40 каналам с разносом в 2МГц [15], из которых 3 канала используются для обнаружения и 37 для приема/передачи данных.
Технология BLE определяет две роли для устройств на канальном уровне для созданного подключения: ведущее и ведомое. Ведущий, он же инициатор, может управлять одновременно несколькими подключениями с разными ведомыми устройствами, ведомое устройство может быть подключено только к одному ведущему. Сеть, состоящая из ведущего устройства и его подключенных устройств, называется пико-сетью (piconet) с топологией «звезда» [12, 20, 23], а комбинация нескольких пико-сетей носит название рассредоточенная сеть (scatternet), реализуя тем самым mesh-сеть [27].
К преимуществам стандарта BLE можно отнести: охват всех уровней модели OSI, высокий уровень стандартизации и совместимости между устройствами от разных производителей, защита передаваемых данных, низкое энергопотребление,
возможность адаптации под задачи приложений, возможность масштабирования сети, минимальное время отклика, уменьшение уровня взаимных помех за счет реализации доступа устройств к среде передачи по схеме разделения по времени (TDMA).
Недостатки: невысокая реальная скорость передачи данных, невысокая проникающая способность в городской среде, в виду быстрого затухания сигнала на частоте 2,4ГГц, отсутствует возможность определения местоположения устройств, неоптимальное использование пропускной способности в Bluetooth mesh — сетях в виду использования лавинной маршрутизации, короткий частотный диапазон.
Технология IEEE 802.15.4 6LoWPAN 6LoWPAN — представляет собой открытый стандарт с поддержкой mesh-сетей и предполагает ретрансляцию пакетов через несколько узлов, адаптирован для физического (PHY) и МАС-уровня сетей IEEE 802.15.4 [19] и позволяет передавать пакеты данных в сетях IPv6.
Упрощенная модель OSI
Прикладной уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень
HTTP, COAP, MQTT, Websocket и др.
UDP, TCP (безопасность TLS/DTLS)
6LoWPAN IEEE 802.15.4e MAC IEEE 802.15.4g PHY
Рисунок 5 — Соотношение стека протоколов модели OSI и 6LoW PAN
6LoWPAN поддерживает диапазоны 868 МГц, 915 МГц и 2450 МГц, пропускная способность ограничена 200 кбит/с, длина пакета 127 байт позволяет достичь низкой частоты ошибок пакетов и бит при передаче [16, 19] и построить практически неограниченную по размерам сеть. Количество переходов между устройствами ограничено 255 хопами, что эквивалентно TTL (время жизни IP-пакетов), ограничение введено с целью недопущения снижения пропускной способности сети и бесконечного блуждания пакетов [19].
Поправка IEEE 802.15.4e к MAC-уровню предлагает переключение каналов с выделением квантов времени и координированное избирательное прослушивание, что положительное влияет на устойчивость работы стандарта и обеспечивает дополнительное снижение энергопотребления [17]. Поправка IEEE 802.15.4g к физическому уровню позволяет увеличить диапазон частот [17].
Для реализации бесшовного соединения MAC-уровня и сетевого уровня IPv6добавлен адаптивный уровень между ними для сжатия заголовков, фрагментации и пересылки второго уровня [19].
Архитектура 6LoWPAN -сети построена на взаимодействии с IP-сетью через стандартные IP-маршрутизаторы. Одна 6LoWPAN-сеть связана с другими IP-сетями через один или более граничных маршрутизаторов (Рисунок 6).
IP-маршрутизаторы на границах сетей (граничные маршрутизаторы) не зависят от прикладных протоколов, используемых в 6LoWPAN-сетях, что позволяет снизить нагрузку на маршрутизатор, в частности вычислительную мощность, позволяя сократить себестоимость и использовать встраиваемые устройства с простым программным обеспечением [16].
Граничный маршрутизатор 6LoWPAN
Рисунок 6 — Архитектура сети 6LoWPAN Достоинства стандарта 6LoWPAN: возможность реализации маломощных беспроводных сетей в диапазонах ниже 1 ГГц так и в диапазоне 2,4 ГГц, поддержка ячеистой топологии, поддержка 1Р-сетей, автоконфигурирование (автономная генерация 1Р-адресов устройствами) и обнаружение соседнего узла путем рассылки уникального адреса, высокая надежность и отказоустойчивость сети и низкое энергопотребление. Спецификация 6LoWPAN-сетей предусматривает криптографическую защиту данных симметричным алгоритмом блочного шифрования AES-128 (безопасность канального и транспортного уровня, при доступном аппаратном кодировании) [19] и предполагает использование следующих типов адресов: 128-битный IPv6-адрес, 16-битный короткий адрес и расширенный
адрес БШ-64. Два из представленных типов адресов, 16-битный и расширенный
EUI-64 адрес, уменьшают общий объем служебной информации в заголовке пакета и минимизируют требования к памяти [19]. В дополнении к сказанному, сюда же можно отнести относительную простоту разработки и запуска сети по сравнению, например, с ZigBee.
Из недостатков можно выделить следующее: учитывая, что максимальный пакет данных — 128 байт, результирующий размер полезной информации — 102 байта. Безопасность канального уровня накладывает дополнительные расходы на размер пакета, которые в случае AES-CCM-128 составляют 21 байт, 9 и 13 байт в случае AES-CCM-32 и AES-CCM-64, соответственно. Таким образом, для полезной информации остается 81 байт [19]. Также, устройства 6LoWPAN-сетей имеют более высокую вероятность недоступности, по причине нахождения в спящем режиме или в режиме отключения питания для экономии энергии автономного элемента питания.
Технология NFC (Near Field Communication — «коммуникация ближнего поля») построена на свойствах электромагнитной индукции и, по сути, является продвинутой версией стандарта RFID (радиочастотная идентификация).
NFC работает на частоте 13,56 МГц со скоростью передачи данных от 106 кбит/сек до 424 кбит/сек в зашифрованном виде, на расстояниях до 10 см [1,7].
Технология позволяет работать в трех режимах [ 3, 18]:
1) Активный. В этом режиме возможно считывание и запись данных с метки/карточки. Еще этот режим можно назвать режимом эмуляции.
2) Пассивный. Режим считывания данных с метки/карточки.
3) Передача данных между равноправными устройствами. Режим Р2Р.
Данную технологию можно интегрировать с Bluetooth и Wi-Fi, что упростит процесс сопряжения со стороны обеих устройств.
Основные преимущества, которые предоставляет технология:
— достаточно быстрое подключение и инициация обмена данными;
— низкое энергопотребление, порядка 15 мА (в режиме чтения);
— отсутствие у меток/карточек собственного автономного питания;
— малый радиус действия позволяет обеспечить безопасность;
— совмещение с существующими RFID-системами.
Стандарты Wi-Fi 802.11g и Wi-Fi HaLow 802.11ah
Аббревиатура Wi-Fi является сокращенным названием зарегистрированной торговой марки «Wi-Fi Alliance». Технология была разработана в 1991 г. фирмой NCR Corporation и предназначалась для использования в торгово-кассовых аппаратах.
Технология Wi-Fi основана на семействе беспроводных стандартов IEEE 802.11x, предусматривает два типа архитектуры сетей Ad-Hoc и инфраструктура, стандарт используется для организации высокоскоростных беспроводных локальных сетей, работающих в ISM-диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц [3, 9].
Стек Wi-Fi 802.11 g определяет только два уровня модели OSI — физический и канальный (Рисунок 7). Подуровень управления логическим каналом выполняет общие для всех локальных вычислительных систем функции, физический уровень определяет саму технологию семейства 802.11, то есть используемый частотный диапазон, метод кодирования, скорость передачи.
Стек Wi-Fi 802.11
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень
Сеансовый уровень UDP, TCP IPv4, IPv6
Подуровень управления логическим каналом (LLC)
Подуровень управления доступом к среде (MAC)
Рисунок 7 — Соотношение стека протоколов модели OSI и Wi-Fi 802.11 Уровни транспортный и сетевой используют стандартные протоколы, например, UDP или TCP для транспортного уровня и IPv4 или IPv6 для сетевого уровня. Прикладной уровень, отвечающий за совместимость устройств, определяется разработчиками и производителями аппаратных и программных решений.
Стандарт 802.11g предполагает не более 255 узлов, хотя реальная картина на практике показывает, что подключение уже 5 устройств вызывает снижение скорости передачи [20], также, каждый из узлов требует до 1Мб системных ресурсов и наличие высокопроизводительного микропроцессора для обработки. Радиус действия 802.11 g внутри помещений составляет около 50 метров или 100 метров в условиях прямой видимости. Приёмник 802.11 g всегда находится во включенном состоянии, что сказывается на энергопотреблении, к тому же устройства 802.11 g на автономном питании практически отсутствуют [9,12].
Wi-Fi 802.11 — это мощная и одна из самых популярных и общепризнанных групп стандартов с повсеместно доступной инфраструктурой, применяется для высокоскоростной передачи данных (до 54 Мбит/с для 802.11g с полосой пропускания 22 МГц), с достаточно высоким энергопотреблением, в сравнении с другими беспроводными протоколами.
Рассматривая стандарт Wi-Fi 802.11 в целом и 802.11 g в частности, самым весомым недостатком является большое энергопотребление, что нежелательно в приложениях Интернета Вещей. Также данный стандарт не имеет возможности реализации ячеистой топологии, т.к. сети Wi-Fi 802.11 строятся по топологии «звезда», что отрицательно сказывается как на надежности инфраструктуры сети, так и на производительности в целом, что явно не соответствует требованиям, предъявляемым к современным беспроводным сетям. В стандарте 802.11g используется алгоритм шифрования WEP, имеющий уязвимости в механизме обмена ключами и проверки целостности, а также в способе аутентификации и в самом алгоритме шифрования.
Стандарт Wi-Fi HaLow 802.11ah В 2010 году специально созданная рабочая группа IEEE 802.11 запустила проект IEEE 802.11 ah, который вывел стандарт 802.11 в нелицензируемый субгигагерцовый диапазон для эффективных и крупномасштабных беспроводных сетей и межмашинного взаимодействия (M2M) [24, 37]. Таким образом, 802.11ah HaLow — это первый стандарт Wi-Fi, специально разработанный для приложений Интернета вещей.
Стандарт работает в ISM-диапазоне частот — 750 МГц — 950 МГц, что позволяет увеличить радиус покрытия до 1 км за счет меньшей интенсивности затухания и повысить проникающую способность сигнала, одновременно выполнив требования по снижению потребляемой мощности [26], но расплатой за это является малая мощность сигнала в дальней зоне приема.
Также стандарт вводит несколько новых специфических механизмов, таких как окно ограниченного доступа (RAW), сегментация карты индикации трафика (TIM) и целевое время пробуждения (TWT). Все эти механизмы направлены на повышение эффективности и снижение задержек в условиях плотно развернутых беспроводных сетей и, соответственно, делают стандарт 802.11ah привлекательным для приложений Интернета вещей [21].
Для обеспечения более высокой пропускной способности используется технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) с усовершенствованными схемами модуляции и кодирования в диапазонах ниже 1 ГГц, основанная на 10-кратном снижении тактовой частоты стандарта 802.11ac. Реализуемый при этом протокол «слушай перед разговором» позволяет достичь меньше конфликтов в среде передачи и меньше энергии, расходуемой на повторную передачу пакетов [21,26]. Высокой пропускной способности 802.11ah стала возможной благодаря поддержке метода связывания каналов, используемого в спецификациях стандарта 802.11n и 802.11ac: несколько соседних более узких каналов связываются вместе для получения широкого канала [21, 26].
В структуре MAC-уровня 802.11ah претерпели изменения некоторые функции,
включая поддержку большого количества станций, энергосбережение, механизмы доступа к среде и повышение пропускной способности [21, 22, 26].
Поддержка Mesh-сетей стандартом 802.11ah позволяет последовательно соединять и объединять тысячи устройств в сеть [26].
В HaLow определена встроенная поддержка IP-трафика. Используя маршрутизатор с поддержкой Wi-Fi HaLow, все клиентские устройства применяют транспортные протоколы IPv4/IPv6 для прямого доступа в Интернет, для облачных сервисов и управления данными Интернета вещей. Важно отметить, что другие технологии беспроводного Интернета вещей, такие как Bluetooth, Zigbee, требуют проприетарного шлюза для преобразования всего локального клиентского трафика в IP-трафик для доступа в Интернет. Эти дополнительные этапы обработки пакетов, необходимые для обертывания дополнительных данных вокруг пакетов, добавляют задержки и снижают эффективность сетей.
Стандарт 802.11ah экономит энергию устройств, находящихся в спящем режиме в течение длительных периодов времени. Это обеспечивает вариативность электропитания, начиная от небольших батарей для приложений с малой досягаемостью до более крупных батарей и устройств с большей мощностью, достигающих дальности более 1 км [21,26].
802.11ah сочетает в себе преимущества Wi-Fi и стандартов связи с низким энергопотреблением, поддерживает высокую скорость передачи данных и соответствует высоким критериям производительности различных приложений Интернета вещей с учетом индивидуальных подходов, таких как крупномасштабные сети, низкое энергопотребление и QoS [21].
Недостатками 802.11ah является несовместимость с устаревшими технологиями IEEE 802.11 и большие габариты антенн в суб-гигагерцовом диапазоне по сравнению с 2,4 ГГц.
Технология Wireless USB
Технология UWB (технология сверхширокополосной связи, СШП), лежащая в основе стандарта Wireless USB, интересна как высокоскоростная технология беспроводной связи на короткие расстояния с пропускной способностью, составляющей до 480 Мбит/с [20,28]. Данная технология является бесспорной альтернативой высокоскоростной кабельной сети передачи данных.
Технология UWB удовлетворяет требования большинства мультимедийных приложений и позволяет за счет широкого частотного диапазона (от 2,8 ГГц до 10,6 ГГц) передать по беспроводному каналу, с низкой спектральной плотностью мощности, на небольшие расстояния значительно большие объемы данных за меньшее время, по сравнению с традиционными беспроводными технологиями [3, 13, 28].
В отличие от методов расширения спектра, используемых, например, в BLE, WiFi, ZigBee, спектр для СШП-сигналов генерируется напрямую, без индивидуальной модуляции битов информации [2,13].
Методы СШП-передачи позволяют осуществить разделение нескольких лучей с различным запаздыванием и устранить эффект замирания сигналов, вызванный многолучевым распространением [2, 13].
Беспроводные интерфейсы, поддерживающие технологию UWB, созданы на базе спецификаций IEEE 802.15.3.
Стандарт Wireless USB сочетает в себе достоинства технологии СШП и является одним из серии стандартов беспроводных интерфейсов, поддерживающих эту технологию, и является своего рода эволюций проводного стандарта USB. Wireless USB сохранил в себе программную инфраструктуру, т.е поддержку драйверов стандартного класса устройств (HID, запоминающее устройство и т.д) [28].
Стандарт основан на уплотнении сигнала с ортогональным частотным разделением (OFDM). Данный метод уплотнения заключается в том, что OFDM-модуляция производится в полосе около 500 МГц с последующим переносом на центральную частоту поддиапазона, в котором в данный промежуток времени ведется передача. Подобная архитектура накладывает менее жесткие требования к точности синхронизации приемного и передающего устройств и позволяет повысить гибкость спектральной адаптивности системы за счет включения/отключения поднесущих [4, 12].
Поднесущие с данными
Рисунок 8 — Структура MB-OFDM сигнала
Канал стандарта Wireless USB представляет собой последовательность связанных управляющих пакетов данных, излучаемых хостом в регламентированных стандартом временных рамках. Временные рамки формируются командами управления с планирование (MMC) [28].
Физический уровень Канальное время
Рисунок 9 — Канал Wireless USB [28] Топология Wireless USB представляет собой «звезду», роль центрального элемента выполняет хост-контроллер, который инициализирует трафик с каждым подключенным к нему периферийным устройством и управляет потоком данных, выделяя каждому соответствующий тайм-слот и соответствующую ширину полосы пропускания канала [28].
Каждое Wireless USB устройство подключается к хосту по схеме «точка-точка». Основным отличием такой схемы от проводной версии USB — отсутствие в топологической схеме специальных дополнительных концентраторов. Беспроводной USB-хост подразумевает логическое подключение до 127 Wireless USB устройств [20, 28]. UWB-канал, поддерживающий прямое соединение между устройствами,
может служить для обмена данными в сетях с архитектурой «ad-hoc» [2,4].
Преимуществами стандарта являются: простота технической реализации передающего и приемного устройства на системе-на-кристалле, высокая эффективность радиочастотного спектра за счет применения технологии МВ-ОББМ, использование частот с пилот-сигналами для синхронизации и динамической оценки канала, низкая спектральная плотность, обеспечивающая скрытность системы и несанкционированный перехват информации, а также возможность совместного использования радиочастотного спектра и высокая помехоустойчивость [2, 4, 12]. К недостаткам следует отнести: зависимость скорости передачи данных от расстояния между устройствами, высокие требования к вычислительным ресурсам, более высокую стоимость оборудования, длительное время захвата сигнала, а также низкую скорость внедрения стандарта и поддержку малого количества устройств.
Рисунок 10- Топология сети Wireless USB
Z-Wave — запатентованная, стандартизованная и открытая беспроводная технология связи, основанная на международном стандарте PHY MAC ITU-T G.9959, описывающем спецификации уровней PHY, MAC, SAR LLC для узкополосных систем радиосвязи ближнего действия. Эта технология является одной из самых популярных и разработана для использования под задачи домашней автоматизации [5, 7].
На сегодняшний момент существует несколько спецификаций протокола Z-Wave: Z-Wave, Z-Wave Plus и Z-Wave Long Range. Сравнительные характеристики спецификаций представлены в таблице 4 [24, 25].
В протоколе Z-Wave проработаны все уровни (кроме представительского в виду его отсутствия) сетевой модели OSI — от прикладного до физического, что гарантирует высокий уровень аппаратно-программной совместимости устройств от разных поставщиков.
Таблица 4 — Спецификации протокола Z-Wave
Стандарт Дальность связи, м Размер сети (кол-во поддерживаемых устройств) Безопасность (протокол шифрования) Возможность обновления прошивки Over-The-Air (OTA)
Z-Wave поддерживает асинхронный полудуплексный протокол с подтверждением передачи пакетов и повторной отправкой, что является
оптимальным решением для приложений, работающих в реальном времени и не зависящих критически от времени исполнения [5].
Данная технология работает в суб-гигагерцовом диапазоне до 1ГГц, поддерживает скорость передачи данных до 100 кбит/сек, шифрование Security 2 (S2), транспортный протокол IPv6 и многоканальную работу [12, 24]. Поддержка IPv6 стала возможна благодаря программной надстройке для передачи пакетов Z -Wave поверх протокола TCP/IP (описание Z-Wave over IP) [24].
Каждая логическая сеть Z-Wave в состоянии поддерживать работу до 232 устройств, в спецификации Z-Wave LR — до 2000 устройств. При необходимости подключения большего количество устройств существует возможность объединения сетей. Благодаря минимизации размера передаваемого пакета и ограничению, обязывающему устройства находиться в активном режиме не более 1 % времени, с целью обеспечения минимальной нагрузки на радиоканал [12, 24], стало возможным сосуществование на одной территории нескольких сетей Z-Wave.
Модель OSI Стек Z-Wave
Command Class ID Command ID
Z-Wave Security 2
Подуровень адаптации сборки _(SAR)_
Подуровень управления логическим каналом (LLC)
Подуровень управления доступом к среде (MAC)
Рисунок 12 — Соотношение стека протоколов модели OSI и Z-Wave
/ГТ7\ 4 (КУ) — Конечное устройство
Рисунок 13 — Ячеистая топология сети Z-Wave
В версии Z-Wave Plus улучшены возможности самовосстановления и отказоустойчивость, унифицирована методика обновления прошивки по воздуху (ОТА), и добавление новых устройств в сеть благодаря технологии Plug&Play с функцией Inclusion [5].
Технология Z-Wave обладает возможностью самолечения сети в случае, если какой-то узел не отвечает. Процедура Explorer Frame («Исследовательский кадр»), запускаемая автоматически, обновляет маршруты и осуществляет поиск «мертвых» узлов. С появлением этой процедуры стало возможным использование переносных устройств [5].
Благодаря функции ассоциации между устройствами, повышающей отказоустойчивость и быстродействие сети Z-Wave, одно устройство сети может отправлять команду другому устройству, находящемуся поблизости, минуя центральный контроллер.
С целью недопущения снижения эффективности сети допускается использование до 4 промежуточных узлов для транзитной передачи данных.
Указанные ограничения введены с целью снижения «предсказуемости» задержек при передаче и исключения перегрузки сети [5, 24].
Уникальность экосистемы Z-Wave заключается в совместимости устройств между собой в отличие от других беспроводных технологий. Совместимость подтверждается процессом сертификации [5, 24]. К существенным недостаткам протокола можно отнести низкую скорость передачи данных, по сравнению с остальными протоколами, рассматриваемыми в данной статье.
В независимости от радиуса действия Интернет вещей станет важной частью жизни уже в течение ближайшего времени. Беспроводные сети получили повсеместное распространение и их роль, распространение и значение в повседневной жизни будет только расти. В настоящее время беспроводная связь ближнего радиуса действия строится в основном на стандартах Bluetooth, UWB, ZigBee и Wi-Fi, которые базируются на стандартах IEEE802.15.1, 802.15.3, 802.15.4 и 802.11 a/b/g/ah соответственно. Указанные стандарты IEEE определяют физический (PHY) и MAC-уровни для беспроводной связи в диапазоне действия около 10-100 метров.
802.11ah считается наиболее перспективной технологией следующего поколения Wi-Fi для крупномасштабных приложений Интернета Вещей с низким энергопотреблением, сочетающей в себе поддержку высокой скорости передачи данных на дальние расстояния, низкое энергопотребление, малую задержку, а также значительному сокращению коллизий при доступе к каналу благодаря встроенным механизмам. Более того, 802.11ah как и 6LoWPAN поддерживает протоколы
транспортного уровня IPv4/IPv6, что упрощает сетевую инфраструктуру и снижает накладные расходы. Стоит отметить, что при всех достоинствах 802.11ah имеет и недостатки — обеспечение целостности информационного обмена, а также низкий уровень мощности сигнала на дальних расстояниях, решаемые, впрочем, выбором оптимального протокола маршрутизации и безопасности.
Несмотря на то, что все рассматриваемые технологии и стандарты ближнего радиуса действия имеют встроенные алгоритмы шифрования и аутентификации, построение ячеистых (многоскачковых) сетей накладывает свои требования в части обеспечения целостности. Учитывая тот факт, что ZigBee, BLE v5.0, 6LoWPAN, Wireless USB используют симметричный алгоритм блочного шифрования с размером блока 128 бит, это не является гарантом того, что стандарты устойчивы к взлому, тем более, что этот алгоритм сокращает полезную длину пакета данных на 20%.
Технология ZigBee, построенная поверх стандарта 802.15.4, может удовлетворить более широкий спектр реальных задач, чем, например, Bluetooth, благодаря длительной работе от батареи, гибкости и надежности архитектуры ячеистой сети. Однако, жесткая привязка к зашумленному диапазону 2,4 ГГц, не только ZigBee и Bluetooth, 6LoWPAN и др. является существенным недостатком.
Технология Z-Wave, являющаяся уникальной с точки зрения совместимости устройств от разных производителей, чем не может похвастать ZigBee, имеет низкую скорость передачи данных и малое количество поддерживаемых устройств. Многофункциональная технология UWB так и не получила распространения на территории России.
Беспроводные технологии быстро меняются в след за потребностью рынка Интернета вещей, но неизменными остаются требования к энергопотреблению устройств, безопасности передачи данных, высокой отказоустойчивости сети, способности устройств противостоять радиопомехам и простота подключения. Выбирая технологию необходимо тщательно взвешивать все эти факторы.
В дальнейшем планируется проанализировать протоколы маршрутизации в беспроводных самоорганизующихся сетях с целью выбора оптимального, а также рассмотреть методы обеспечения информационной безопасности в беспроводных самоорганизующихся сетях и выработать наиболее эффективный с точки зрения обеспечения аутентификации и идентификации устройств.
1. Аникин. А. Обзор современных технологий беспроводной передачи данных в частотных диапазонах ISM (Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi) и 434/868 МГц // Беспроводные технологии. 2011. № 4 (25). С. 6-12.
2. Дубровин В.С., Колесникова И.В. Сверхширокополосные системы связи, особенности и возможности применения // Электроника и информационные технологии. 2009. № 2(7). С. 19.
3. Колыбельников А.И. Обзор технологий беспроводных сетей // Труды МФТИ. 2012. Т. 4. № 2 (14). С. 3-29.
4. Лях М.Ю., Семенов О.Б. Использование сверхширокополосных сигналов для персональных беспроводных компьютерных сетей // Журнал Technology@Intel. 2003. URL: http://www.cs.vsu.ru/~kas/doc/infonets/infonets08_3.pdf
5. Обзор стека протокола Z-Wave. Библиотека умного дома Алексея Ровдо. URL: http://www.rovdo.com/z-wave-stack
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
6 Праздник к нам приходит: ГКРЧ расширила ISM-диапазон 868МГц в два раза. 2018. URL: https://habr.com/ru/post/425903/
7. Рентюк В. Краткий путеводитель по беспроводным технологиям «Интернета вещей». Часть 2. Ближний радиус действия // Control Engineering. 2018. URL: https://controleng.ru/besprovodny-e-tehnologii/putivoditel-iot-2/
8. Сетевая инфраструктура системы РТЛС. URL: http://www.rtlsnet.ru/technology/view/3
9. Смирнова Е.В., Пролетарский А.В. Технологии современных беспроводных Wi -Fi сетей. — М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2017. — 446 с.
10. Стандарт NB-IoT: применение и перспективы. 2019. URL: https://wireless-e.ru/ gsm/nb-iot/standart-nb-iot/
11. Талаев А.Д., Бородин В.В. Стандарты LPWAN для группового взаимодействия мобильных узлов // Труды МАИ. 2018. № 99 URL: http ://trudymai.ru/publoshed.php?ID=91985
12. Финогеев А.Г. Беспроводные технологии передачи данных для создания систем управления и персональной информационной поддержки. URL: http://window.edu.ru/resource/177/56177/files/62331e1-st18.pdf
13. Фролов А.А. Анализ современных стандартов: MCWILL, TD-SCDMA, WCDMA, IEEE 802.15.3a для применения в СШП-системах // T-comm: телекоммуникации и транспорт. 2012. Т. 6. № 9. С. 144-148.
14. Шевцов В.А., Бородин В.В., Крылов М.А. Построение совмещенной сети сотовой связи и самоорганизующейся сети с динамической структурой // Труды МАИ. 2016. № 85. URL: http ://trudymai.ru/published.php?ID=66417
15. Carles Gomez, Joaquim Oller, Josep Paradells. Overview and Evaluation of Bluetooth Low Energy: An Emerging Low-Power Wireless Technology // Sensors, 2012, vol. 12 (9), pp. 11734 — 11759. DOI:10.3390/s120911734
16. Gee Keng Ee, Chee Kyun Ng. et al. A Review of 6LoWPAN Routing Protocols // Proceedings of the Asia-Pacific Advanced Network 30, 2010. DOI:10.7125/APAN.30.11
17. IEEE 802.15.4 -2020. IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks. URL: https://standards.ieee.org/standard/802 15 4-2020.html
18. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) Amendment 3: Physical Layer (PHY) Specification for Low-Data-Rate, Wireless, Smart Metering Utility Networks // IEEE Computer Society, 2012. URL: ieeexplore .ieee.org/document/6190698
19. Jonas Olsson. 6LoWPAN demystified. Texas Instruments, 2014. URL: https ://www.ti.com/lit/wp/swry013/swry013.pdf
20. Karunakar Pothuganti, Anusha Chitneni. A Comparative Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi. 2014. URL:
21. Le Tian, Serena Santi, Amina Seferagic. Wi-Fi HaLow for Internet of Things: An up-to-date survey on 802.11ah research // Journal of Network and Computer Applications, 2021, vol. 182 (6). URL: https://www.researchgate.net/figure/Existing-research-on-TIM-Segmentation tbl5 350047434 к 802.11 аh2016
22. Marco Centenaro, Lorenzo Vangelista, Andrea Zanella, and Michele Zorzi. Fellow Long-Range Communications in Unlicensed Bands: the Rising Stars in the IoT and Smart City Scenarios // IEEE Wireless Communications, 2015, vol. 23 (5), DOI:10.1109/MWC.2016.7721743
23. Martin Wooley. Bluetooth Core Specification Version 5.0. Feature Enhancements. URL: https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/bluetooth-5-go-faster-go-further/
24. Nicole Angelyn T. Lopez, John Ryan B. Pasaoa, Justin A. Parado, Joshua O. Morales. A Comparative Study of Thread Against Zig Bee Z-Wave Bluetoothand Wi-Fi as a Home-Automation Networking Protocol, 2016. DOI:10.13140/RG.2.2.36693.22249
25. The Differences Between Z-Wave Versions Made Easy. URL: https://wltd.org/posts/the-differences-between-z-wave-versions-made-easy
26. Weiping Sun, Munhwan Choi, Sunghyun Choi. IEEE 802.11 ah: A Long Range 802.11 WLAN at Sub 1GHz // Journal of ICT Standardization, 2013, vol.1 (1). DOI:10.13052/jicts2245-800X. 115
27. What is Bluetooth mesh? URL: https://support.bluetooth.com/hc/en-us/articles/360049491971 -What-is-Bluetooth-mesh
28. Wireless Universal Serial Bus Specification, 2005. URL: https://studylib.net/doc/18886786/wireless-universal-serial-bus-specification?
1. Anikin. A. Besprovodnye tekhnologii, 2011, no. 4 (25), pp. 6-12.
2. Dubrovin V.S., Kolesnikova I.V. Elektronika i informatsionnye tekhnologii, 2009, no. 2 (7), pp. 19.
3. Kolybel’nikov A.I. Trudy MFTI, 2012, vol. 4, no. 2 (14), pp. 3-29.
4. Lyakh M.Yu., Semenov O.B. Zhurnal Technology@Intel, 2003. URL: http://www.cs.vsu.ru/~kas/doc/infonets/infonets08 3.pdf
5. Obzor steka protokola Z-Wave. Biblioteka umnogo doma Alekseya Rovdo. URL: http://www.rovdo.com/z-wave-stack
6. Prazdnik k nam prikhodit: GKRCh rasshirila ISM-diapazon 868MGts v dva raza. 2018. URL: https://habr.com/ru/post/425903/
7. Rentyuk V. Control Engineering, 2018. URL: https://controleng.ru/besprovodny-e-tehnologii/putivoditel-iot-2/
8. Setevaya infrastruktura sistemy RTLS. URL: http://www.rtlsnet.ru/technology/view/3
9. Smirnova E.V., Proletarskii A.V. Tekhnologii sovremennykh besprovodnykh Wi-Fi setei (Technologies of modern wireless Wi-Fi networks), Moscow, MGTU im. N.E. Baumana, 2017, 446 p.
10. Standart NB-IoT: primenenie i perspektivy. 2019. URL: https://wireless-e.ru/gsm/nb-iot/ standart-nb-iot/
11. Talaev A.D., Borodin V.V. Trudy MAI, 2018, № 99 URL: http://trudymai.ru/eng/publoshed.php?ID=91985
12. Finogeev A.G. Besprovodnye tekhnologii peredachi dannykh dlya sozdaniya sistem upravleniya i personal’noi informatsionnoi podderzhki. URL: http://window.edu.ru/resource/177/56177/files/62331e1-st18.pdf
13. Frolov A.A. T-comm: telekommunikatsii i transport. 2012. T. 6. № 9. S. 144-148.
14. Shevtsov V.A., Borodin V.V., Krylov M.A. Trudy MAI, 2016, no. 85. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=66417
15. Carles Gomez, Joaquim Oller, Josep Paradells. Overview and Evaluation of Bluetooth Low Energy: An Emerging Low-Power Wireless Technology, Sensors, 2012, vol. 12 (9), pp. 11734 — 11759. DOI:10.3390/s120911734
16. Gee Keng Ee, Chee Kyun Ng. et al. A Review of 6LoWPAN Routing Protocols, Proceedings of the Asia-Pacific Advanced Network 30, 2010. DQL10.7125/APAN.30.11
17. IEEE 802.15.4 -2020. IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks. URL: https://standards.ieee.org/standard/802 15 4-2020.html
18. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) Amendment 3: Physical Layer (PHY) Specification for Low-Data-Rate, Wireless, Smart Metering Utility Networks, IEEE Computer Society, 2012. URL: ieeexplore.ieee.org/document/6190698
19. Jonas Olsson. 6LoWPAN demystified. Texas Instruments, 2014. URL: https ://www.ti.com/lit/wp/swry013/swry013.pdf
20. Karunakar Pothuganti, Anusha Chitneni. A Comparative Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi, 2014. URL: https://www.researchgate.net/profile/Nicole-Angelyn-Lopez/publication/309669667/
21. Le Tian, Serena Santi, Amina Seferagic. Wi-Fi HaLow for Internet of Things: An up-to-date survey on 802.11ah research, Journal of Network and Computer Applications, 2021, vol. 182 (6). URL: https://www.researchgate.net/figure/Existing-research-on-TIM-Segmentation tbl5 350047434 k 802.11 ah2016
22. Marco Centenaro, Lorenzo Vangelista, Andrea Zanella, and Michele Zorzi. Fellow Long-Range Communications in Unlicensed Bands: the Rising Stars in the IoT and Smart City Scenarios, IEEE Wireless Communications, 2015, vol. 23 (5), DOI:10.1109/MWC.2016.7721743
23. Martin Wooley. Bluetooth Core Specification Version 5.0. Feature Enhancements. URL: https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/bluetooth-5-go-faster-go-further/
24. Nicole Angelyn T. Lopez, John Ryan B. Pasaoa, Justin A. Parado, Joshua O. Morales. A Comparative Study of Thread Against ZigBee Z-Wave Bluetoothand Wi-Fi as a Home-Automation Networking Protocol, 2016. DOI:10.13140/RG.2.2.36693.22249
25. The Differences BetweenZ-Wave Versions Made Easy. URL: https://wltd.org/posts/the-differences-between-z-wave-versions-made-easy
26. Weiping Sun, Munhwan Choi, Sunghyun Choi. IEEE 802.11 ah: A Long Range 802.11 WLAN at Sub 1GHz, Journal of ICT Standardization, 2013, vol.1 (1). DOI:10.13052/jicts2245-800X. 115
27. What is Bluetooth mesh? URL: https://support.bluetooth.com/hc/en-us/articles/360049491971 -What-is-Bluetooth-mesh
28. Wireless Universal Serial Bus Specification, 2005. URL: https://studylib.net/doc/18886786/wireless-universal-serial-bus-specification?
Статья поступила в редакцию 10.01.2022 Статья после доработки 01.04.2022 Одобрена после рецензирования 07.04.2022 Принята к публикации 21.06.2022
The article was submitted on 10.01.2022; approved after reviewing on 07.04.2022; accepted for publication on 21.06.2022
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?
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.
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.
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 2016Частота 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.
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».
Результаты оказались следующими.
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
Перевод «with low power consumption» на русский
Low-power chips are already available on the existing market that allow the use of processors with low power consumption for data processing.
Уже сегодня на рынке доступны маломощные чипы, которые позволяют использовать для обработки данных процессоры с низким потреблением энергии.
Passive or energy-efficient house is a house with low power consumption.
Пассивный, или энергоэффективный дом — это по существу дом с малым энергопотреблением.
A special module with low power consumption monitors this moment and cuts off the current supply to the coil, but when it detects that the gadget that needs charging is placed on the charger site, it increases the output power of the magnetic field.
Специальный модуль с малым энергопотреблением отслеживает этот момент и отключает подачу тока на катушку, но когда он обнаруживает, что гаджет, требующий зарядки, помещен на площадку зарядного устройства, то увеличивает выходную мощность магнитного поля.