وبلاگ در باره دستگاه های IOT چند فرکانسی با چالش های ارتباطات بی سیم روبرو هستند

آینده ای را تصور کنید که خانه، دفتر، و کل شهر شما با شبکه ای نامرئی از دستگاه های هوشمند با هم پیوند خورده باشند.از ساعت هوشمند در مچ دستتان تا یخچال های صرفه جویی در مصرف انرژی و روبات های صنعتی، این دستگاه های متصل به هم پایه و اساس چشم انداز مدرن اینترنت اشیا را تشکیل می دهند ‬ همه با استفاده از فناوری ارتباطات بی سیم.

در هسته خود، اینترنت اشیاء (IoT) به عنوان پل اتصال دستگاه های الکترونیکی به اینترنت عمل می کند.ارتباطات بی سیم به دلیل انعطاف پذیری در استفاده به عنوان راه حل غالب ظاهر شده است، موانع کم ادغام و مقرون به صرفه بودن. جایگزین ✓ ایجاد شبکه های سیم کشی اختصاصی برای هر دستگاه هوشمند ✓ بسیار گران و از نظر فنی چالش برانگیز خواهد بود.

در حالی که برنامه های اولیه اینترنت اشیا بر ارتباطات پایه نقطه به نقطه متمرکز بودند، سناریوهای امروز به طور فزاینده ای پیچیده شده اند.کاربران در حال حاضر به دستگاه هایی که قابلیت های ارتباطی متعدد را برای نیازهای متنوع ادغام می کنند نیاز دارنداین تکامل طرح های چند رادیویی را نه تنها مطلوب بلکه برای ایجاد راه حل های قدرتمند و هوشمند اینترنت اشیا ضروری کرده است.

طیف رادیویی یک منبع محدود و ارزشمند در دنیای متصل ما باقی می ماند.پروتکل های ارتباطی مختلف باید "راه های" تعیین شده خود را پیدا کنند و "قوانین ترافیک" را دنبال کنند تا استفاده منصفانه و جلوگیری از ازدحام را تضمین کنندهر باند فرکانسی دارای ویژگی های فیزیکی منحصر به فرد است که به طور مستقیم بر:

• محدوده پوشش (فریکونسی های پایین تر به طور کلی بهتر نفوذ می کنند)
• نرخ انتقال داده (سرعت برای فعالیت هایی مانند پخش ویدیو HD)
• مصرف برق (مدت عمر باتری دستگاه)

طراحی پروتکل بی سیم به طور ذاتی شامل تعادل دقیق بین این سه پارامتر مهم است. ملاحظات اضافی شامل مقاومت مزاحمت، نفوذ مانع،همزیستی با دستگاه های دیگر، و پیچیدگی پیاده سازی سخت افزاری. هیچ تکنولوژی بی سیم واحد نمی تواند به طور بهینه به همه الزامات همزمان پاسخ دهد.

از آنجایی که هیچ فناوری بی سیمی در همه جنبه ها برجسته نیست، دستگاه های پیشرفته اینترنت اشیا اغلب چندین رادیو را در خود جای می دهند.این رویکرد دستگاه ها را با قابلیت های ارتباطی گوناگون مجهز می کند اما چالش های فنی قابل توجهی را معرفی می کندسیگنال های بی سیم، که امواج الکترومغناطیسی هستند، می توانند به راحتی با یکدیگر تداخل داشته باشند وقتی رادیو های متعدد در نزدیکی یکدیگر کار می کنند و چیزی را ایجاد می کنند که مهندسان "شور الکترومغناطیسی" می نامند.

این تداخل شباهت دارد به سر و صدای خلفی در یک سیستم صوتی، که به طور بالقوه ثبات و کارایی ارتباطات را کاهش می دهد.باند 4GHz ISM که در آن فناوری های محبوب مانند Wi-Fi و بلوتوث همزیستی دارند.

ترکیب Wi-Fi و بلوتوث یکی از رایج ترین پیکربندی های چند رادیویی است. هر دو تکنولوژی طیف 2.4GHz را به اشتراک می گذارند.اگرچه Wi-Fi از باند 5GHz کمتر شلوغ استفاده می کندوای فای در کاربردهای پهنای باند بالا مانند پخش ویدیو برجسته است، در حالی که بلوتوث انرژی پایین (BLE) در اتصالات کوتاه مدت و کارآمد برای پوشیدنی ها و دستگاه های هوشمند خانگی تخصص دارد.

یک مورد استفاده معمولی ممکن است شامل یک بلندگو هوشمند باشد که در ابتدا اتصال را از طریق BLE برای تنظیم و کنترل های اساسی ایجاد می کند و سپس برای پخش صدا با کیفیت بالا به Wi-Fi تغییر می دهد.این انتقال هوشمندانه بین رادیوها باعث بهینه سازی بهره وری انرژی و سرعت انتقال داده می شود.

راه حل اساسی برای تداخل رادیویی در تکنیک های Time Division Multiple Access (TDMA) قرار دارد.چند رادیو می توانند طیف را بدون برخورد به اشتراک بگذارندپیاده سازی های اساسی از پین های "فعال کردن رادیو" استفاده می کنند که یک شبکه هماهنگی ساده ایجاد می کنند.

سیستم های پیچیده تر مکانیسم های اولویت را معرفی می کنند. برنامه های حساس به زمان مانند پخش صوتی می توانند اولویت بالاتری را ادعا کنند و در صورت لزوم به طور موقت ارتباطات دیگر را متوقف کنند.این رویکرد به ویژه برای اتصالات بلوتوث که در آن تاخیر به طور حیاتی بر تجربه کاربر تأثیر می گذارد، ارزشمند است..

هماهنگی زمانی موثر یک مزیت مهم دیگر را فراهم می کند: به اشتراک گذاری آنتن. از آنجا که فقط یک رادیو در هر لحظه فعال می شود، چندین رادیو می توانند یک آنتن را از طریق یک سوئیچ RF به اشتراک بگذارند.این طراحی هزینه های سخت افزاری و اندازه فیزیکی را کاهش می دهد، اگرچه مهندسان باید با دقت این مزایا را در برابر از دست دادن سیگنال احتمالی از مکانیسم سوئیچینگ متعادل کنند.

راه حل های نرم افزاری پیشرفته عملکرد چند رادیویی را از طریق:

• انتخاب کانال پویا برای جلوگیری از فرکانس های شلوغ
• تنظیم قدرت سازگاری بر اساس فاصله ارتباطی
• تغییر حالت هوشمند در صورت برخورد با تداخل شدید

این الگوریتم ها اساساً به دستگاه ها "هوش" می دهند تا در محیط های در حال تغییر تصمیمات ارتباطی مطلوب را بگیرند.

طراحی سخت افزاری متفکر نقش مهمی در به حداقل رساندن تداخل داردو تکنیک های محافظ (مانند محفظه های فلزی) می تواند به طور قابل توجهی صدای متقابل بین رادیوهای نزدیک را کاهش دهد.جداسازی فیزیکی مناسب اطمینان می دهد که هر رادیو با حداکثر وضوح و کارایی کار می کند.

رادیو های چندگانه به طور اجتناب ناپذیر مصرف برق را افزایش می دهند، و مدیریت انرژی کارآمد ضروری است. استراتژی های مدرن شامل:

• استفاده پرخاشگرانه از حالت های کم مصرف در طول دوره های بیکار
• مقیاس بندی پویا بر اساس نیازهای ارتباطی واقعی
• پیاده سازی بهینه پروتکل های صرفه جویی در انرژی مانند BLE و Wi-Fi PSM

از طریق بودجه بندی دقیق انرژی، دستگاه ها می توانند اتصال عالی را حفظ کنند در حالی که عمر باتری را به حداکثر می رسانند.

همانطور که برنامه های کاربردی اینترنت اشیا به تکامل خود ادامه می دهند، دستگاه ها نیاز به قابلیت های بی سیم پیچیده تر دارند. طرح های آینده احتمالاً فناوری های متنوعی از جمله Wi-Fi، بلوتوث، Zigbee،لورا، و 5G هر کدام برای نقاط قوت خاص در سناریوهای خاص انتخاب شده اند.

اجرای موفقیت آمیز این سیستم های چند رادیویی نیاز به درک عمیق از ویژگی های بی سیم، تخصیص طیف و کاهش تداخل دارد.از طریق طراحی سخت افزاری نوآورانه و الگوریتم های نرم افزاری هوشمند، مهندسان می توانند راه حل های پایدار، کارآمد و انرژی محتاط ایجاد کنند که پتانسیل کامل اینترنت اشیا را باز می کنند.

این پیشرفت های تکنولوژیکی وعده می دهند زندگی روزمره ما را از خانه های هوشمند به طور یکپارچه به اتوماسیون صنعتی بسیار کارآمد و دستگاه های پوشیدنی راحت تغییر دهند.تکنولوژی چند رادیویی در قلب این آینده متصل است، دستگاه ها را قادر می سازد تا هوشمندتر، سریعتر و قابل اطمینان تر از قبل ارتباط برقرار کنند.