in English

Komunikacja Sub-GHz – rozwijająca się alternatywa WLAN dla aplikacji IoT

Podczas gdy Internet Rzeczy stale się rozwija, wciąż rosnąca liczba urządzeń końcowych pojawia się praktycznie wszędzie – w przestrzeni publicznej, jak i w naszych domach i miejscach pracy. Są to zarówno systemy oparte o sieci długiego zasięgu, takie jak sterujące systemami dystrybucji energii elektrycznej i oświetlenia miejskiego, jak również pracujące na mniejszej odległości, np. w urządzeniach automatyki domowej. Wszystkie z tych urządzeń muszą być podłączone do sieci IoT, a ze względu na wygodę i dostępność – najczęściej korzystają z łączności bezprzewodowej, przynajmniej na odcinku do bramki.

Ponieważ urządzenia te mocno różnią się między sobą pod względem wymagań, jakie stawiają sieci i innym komponentom, na przestrzeni czasu wyewoluowały różne standardy sieciowe, pozwalające inżynierom optymalnie dobrać technologie do wymagań konkretnego projektu. Czy celem jest wysoka przepustowość i wydajność, czy też niewielki koszt, małe rozmiary i minimalne zużycie energii? Smartfony, kamery bezpieczeństwa oraz inne urządzenia wymagające dużych ilości danych będą lepiej sprawdzały się z sieciami o wyższej przepustowości, takimi jak Wi-Fi i Bluetooth. Tymczasem inteligentne mierniki i systemy otwierania drzwi garażowych, które przesyłają co jakiś czas niewielkie pakiety danych, nie potrzebują dużych przepustowości, ale skorzystają jeśli zastosowany protokół będzie pozwalał zużyć mniej energii, lub komunikować się na większą odległość.

Technologia transmisji w paśmie poniżej 1 GHz (Sub-GHz) zyskuje ostatnio na popularności, ponieważ świetnie sprawdza się w przypadku urządzeń wymagających niewielkich przepustowości. Na ilustracji 1 pokazano niektóre aplikacje, korzystające z transmisji w paśmie poniżej 1 GHz oraz w paśmie 2,4 GHz.

Ilustracja 1: Trendy w komunikacji bezprzewodowej na rynku konsumenckim, przemysłowym i motoryzacyjnym – źródło: Premier Farnell Ltd

Należy jednak wziąć pod uwagę kilka aspektów, by dokonać porównania. Po pierwsze wiele aplikacji korzysta z obu technologii w sposób komplementarny. Układ CC1350 firmy Texas Instruments to bezprzewodowy mikrokontroler, który wspiera zarówno protokół Bluetooth Low Energy, jak i transmisję w paśmie Sub-GHz. Przykładem jego użycia są detektory dymu lub dwutlenku węgla, rozmieszczone na terenie domu. Komunikują się one z bramką za pomocą prostej sieci Sub-GHz o topologii gwiazdy, korzystając przy tym z zasięgu takiej sieci, niskiego współczynnika tłumienia przez ściany oraz możliwości dotarcia z sygnałem poza rogi pomieszczeń. W tym samym czasie transmisja BLE jest wykorzystywana do bezprzewodowej aktualizacji firmware’u, przesyłanego za pomocą zwykłego smartfona lub tabletu, bez konieczności stosowania specjalnych narzędzi.

Drugim aspektem jest to, że kiedy dokonuje się dokładnego porównania, by podjąć decyzję projektową, jest ważne by zwrócić uwagę na wszelkie punkty, w których rozważane protokoły się różnią. Poniżej odnosimy się do nich, by umożliwić czytelnikom lepsze zrozumienie tego, kiedy warto stosować protokoły Sub-GHz i jakie płyną z tego zalety. Następnie pokażemy, jak komunikacja Sub-GHz została rozwinięta do postaci standardu IEEE802.11 oraz opisujemy różne praktyczne podejścia do projektowania systemów bezprzewodowych. W końcu podamy przykładowe produkty, dostępne w ofercie Farnella, które mogą pomóc inżynierom szybko sfinalizować swoje projekty.

Zalety komunikacji w paśmie poniżej 1 GHz

Komunikacja radiowa w paśmie Sub-GHz pozwala tworzyć dosyć proste rozwiązania, które mogą pracować nieprzerwanie przez nawet 20 lat, na zasilaniu bateryjnym. Do kluczowych przewag nad komunikacją w paśmie 2,4 GHz należą:

Pasmo niewymagające licencji: sieci Sub-GHz są zgodne z IEEE802.11ah, nowym standardem Wi-Fi, który pracuje w paśmie poniżej 1 Gigaherca spektrum radiowego; konkretnie w paśmie ISM (Industrial, Scientific, Medical), które nie wymaga ponoszenia opłat licencyjnych.

Zasięg: Operowanie na wąskim pasmie pozwala na transmisję na kilometr lub nawet więcej. To umożliwia węzłom sieci Sub-GHz komunikowanie się bezpośrednio z odległym hubem, bez konieczności przekazywania pakietów poprzez długie łańcuchy urządzeń, co ma miejsce w wielu rozwiązaniach pracujących na częstotliwościach 2,4 GHz. Istnieją trzy podstawowe powody, dla których pasmo Sub-GHz pozwala uzyskać większy zasięg niż aplikacje 2,4 GHz.

Fale radiowe są tłumione, gdy przechodzą przez ściany i inne przeszkody. Stopień tłumienia rośnie dla wyższych częstotliwości, dlatego sygnał 2,4-gigahercowy słabnie szybciej niż dla częstotliwości poniżej 1 GHz.
Fale na częstotliwości 2,4 GHz zanikają szybciej gdyż odbijają się od gęstych powierzchni. W silnie zabudowanych obszarach, transmisja w paśmie 2,4 GHz może szybko osłabnąć, degenerując jakość sygnału.
Nawet pomimo, że fale radiowe propagują w linii prostej, uginają się w momencie natrafienia na krawędzie ciał stałych (np. brzegi budynków). Wraz ze spadkiem częstotliwości, kąt dyfrakcji rośnie, dzięki czemu fale o niższej częstotliwości uginają się mocniej, co skutkuje redukcją tłumienia.

Równanie Frissa pokazuje, że charakterystyka propagacji fal o częstotliwości 900 MHz jest korzystniejsza, gdyż ich tłumienie jest o 8,5 dB mniejsze na danej ścieżce niż dla fal o częstotliwości 2,4 GHz.

Przekłada się to na 2,67 razy większy zasięg dla częstotliwości 900 MHz, gdyż w oszacowaniach przyjmuje się, że zwiększa się on dwukrotnie z każdymi 6 decybelami mocy. Aby rozwiązanie korzystające z częstotliwości 2,4 GHz miało taki sam zasięg jak w przypadku pracy na 900 MHz, musiałoby nadawać z mocą o 8,5 dB większą.

Mała interferencja: Eter jest przesycony sygnałami na częstotliwości 2,4 GHz, emitowanymi przez różnorodne źródła, takie jak domowe i biurowe punkty Wi-Fi, urządzenia obsługujące protokół Bluetooth oraz kuchenki mikrofalowe. Ten tłok powoduje wiele interferencji. W paśmie poniżej 1 GHz pracują głównie własnościowe łącza, które transmitują dane jedynie przez niewielki ułamek czasu swojego działania, w efekcie czego nie ma takich interferencji. „Cichsze” spektrum oznacza, że transmisja jest łatwiejsza i mniej razy trzeba ją powtarzać, a to przekłada się na większą efektywność i oszczędność baterii.

Niska moc: Zarówno efektywność energetyczna, jak i zasięg zależą od czułości odbiornika i częstotliwości transmisji. Czułość jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości pasma, a więc im węższe pasmo, tym większa czułość odbiornika, co pozwala na efektywną pracę przy niskiej przepustowości.

W ogólności, wszystkie układy radiowe pracujące na wyższych częstotliwościach, wliczając w to wzmacniacze o małych szumach, wzmacniacze mocy, mieszacze i sumatory, potrzebują większej ilości prądu do uzyskania takich samych rezultatów niż przy małych częstotliwościach.

Zasięg, mała interferencja oraz niewielki pobór mocy to podstawowe zalety aplikacji Sub-GHz. Jedną z często podawanych wad jest rozmiar anten, które muszą być większe niż w przypadku sieci 2,4 GHz. Przykładowo, optymalny rozmiar anteny dla częstotliwości 433 MHz może wynieść do 7 cali. Jednakże rozmiar anteny i częstotliwość są do siebie odwrotnie proporcjonalne. Jeśli ważne jest by projektowane urządzenie było małe, lepiej sięgnąć po wyższą częstotliwość – choćby do 950 MHz, by móc zastosować mniejszą antenę.

Ilustracja 2: Wraz ze wzrostem częstotliwości, maleje rozmiar anteny – źródło: Silicon Labs

Praca na całym Świecie: Zgodność z przepisami obowiązującymi na całym świecie to ważny aspekt w wielu aplikacjach bezprzewodowych. Przykładowo, twórcy gier wideo, którzy chcą oferować swoje produkty na całym Świecie, mogą skorzystać z komunikacji na częstotliwości 2,4 GHz, która jest globalnie zarezerwowana na zastosowania ISM. Podobnie, jest z aplikacjami korzystającymi z częstotliwości 433 MHz, gdzie jedynym wyjątkiem jest Japonia. Częstotliwość 915 MHz jest powszechnie wykorzystywana w Północnej Ameryce i Australii, pasmo 868 MHz jest dostępne w całej Europie, a 315 MHz w Ameryce Północnej, Azji i Japonii. Na rysunku 3 podsumowano pasma ISM poniżej 1 GHz, dostępne na całym Świecie.

Ilustracja 3: Przypisania pasm ISM dla częstotliwości poniżej 1 GHz na Świecie – źródło: Premier Farnell Ltd

Korzyści z rozwiązań własnościowych: Własnościowe protokoły dla pasma poniżej 1 GHz pozwalają twórcom optymalizować ich rozwiązania bezprzewodowe, adekwatnie do potrzeb, zamiast decydować się na kompromis, polegający na użyciu standardu, który mógłby narzucić dodatkowe ograniczenia na implementację sieci.

Podczas gdy standardowe rozwiązania mają zaletę, że są niezależne od producenta i mimo to mogą ze sobą współdziałać, zazwyczaj są też droższe i większe. Przykładowo, węzeł pracujący z protokołem ZigBee w paśmie 2,4 GHz będzie kosztował około 2 USD, a obsługa stosu tego protokołu będzie wymagać około 128 kB wbudowanej pamięci. Natomiast własnościowy protokół dla pasma poniżej 1 GHz będzie prawdopodobnie pozwalał zbudować niedrogie rozwiązanie, w którym każde urządzenie będzie kosztować o około 30-40% mniej i wymagać 4 kB pamięci na obsługę stosu. Za dowód niech posłuży EZMacPRO firmy Silicon Labs.

Dzięki specjalizowanym funkcjom i małemu stosowi protokołu, własnościowe rozwiązania są w stanie mieć mniejsze wymiary i wymagać mniej pamięci. Dodatkowo, mniej złożony stos przekłada się na prostszą instalację i redukuje koszty utrzymania. Dlatego też własnościowe rozwiązania Sub-GHz mogą stanowić jedne z najtańszych metod na wdrożenie sieci punkt-punkt, np. w aplikacjach takich jak otwieranie drzwi garażu czy inne systemy automatyki domowej.

Ogólna elastyczność: Elastyczność, jaką oferują przepisy obowiązujące w wielu krajach pozwala dosyć swobodnie dobierać parametry warstwy fizycznej, takie jak moc transmisji, rodzaj modulacji, przepustowość i szerokość kanału. Można też opracować własny protokół, dzięki czemu użytkownicy są w stanie znaleźć najlepsze rozwiązanie, spełniające ich potrzeby i uzyskać najlepsza wydajność i osiągi, kosztem odpowiednich nakładów pracy oraz zgodności z innymi urządzeniami. Ponadto możliwe jest zastosowanie sieci o topologii gwiazdy lub kraty, w praktyce bez żadnych ograniczeń odnośnie liczby podłączonych jednocześnie węzłów.

Sieci Sub-GHz jako standard IEEE802.11

W odpowiedzi na znane niedoskonałości architektur istniejących standardów IEEE802.11, operujących jako sieci WLAN na częstotliwościach 2,4 GHz oraz 5 GHz, grupa robocza IEEE802.11 zainicjowała nowy projekt, określony mianem IEEE802.11ah. Jego celem było zaimplementowanie standardu IEEE802.11 w nielicencjonowanych pasmach Sub-GHz, by umożliwić tworzenie niedrogich, ale dużych sieci. Standard 802.11ah definiuje nowe wersje warstw: fizycznej (PHY) i dostępu do nośnika (MAC), aby zwiększyć przepustowość takiego interfejsu.

Podział na kanały w 802.11ah: IEEE 802.11ah definiuje kanały w oparciu o spektrum dostępne w danym kraju.

Podstawowa szerokość kanału wynosi 1 MHz, ale jest też możliwe złączenie ze sobą dwóch sąsiadujących kanałów by uzyskać jeden 2-megahercowy, umożliwiający szybszą transmisję. Dostępne są też szersze kanały. W USA najszersze mają 16 MHz w paśmie ISM od 902 do 928 MHz. Jest to uzyskiwane za pomocą tych samych metod łączenia ze sobą kanałów, jak w przypadku standardów 802.11n i 802.11ac. Możliwe jest stosowanie kanałów o szerokości 1, 2, 4, 8 i 16 MHz.

W innych krajach obowiązuje inny przydział spektrum radiowego, a więc i kanały dostępne są na innych częstotliwościach, ale w ogólności stosowane są te same podstawowe metody, jedynie z innymi ograniczeniami odnośnie maksymalnej liczby kanałów, które można ze sobą złączyć.

Warstwa fizyczna 802.11ah / interfejs radiowy: 802.11ah korzysta z modulacji OFDM. Jednakże pracę warstwy fizycznej można w tym przypadku podzielić na dwie kategorie:

Tryb, w którym kanały mają szerokość 1 MHz: Ten tryb pracy został przewidziany głównie z myślą o aplikacjach, które wymagają dalekiego zasięgu. Im węższe pasmo i wolniejsza transmisja danych, tym mniejsza moc sygnału wystarcza by odczytać transmisję. Typowo tryb ten będzie wykorzystywany w aplikacjach IoT lub M2M, gdzie przesyłane są krótkie pakiety danych przy małej przepustowości.
Jednym z głównych celów wprowadzenia 1-megahercowych kanałów jest wydłużenie zasięgu, dlatego dodatkowo zaimplementowano nowy sposób modulacji i kodowana: MCS 10. Ułatwia on transmisję na duże odległości, ale można też korzystać ze sposobów opisanych za pomocą innych kategorii MCS, dostępnych w ramach standardu 802.11ac. MCS 10 to w praktyce to samo co MCS 0, ale wszystkie przesyłane dane są dodatkowo powtarzane, by zwiększyć niezawodność transmisji.
Tryb o szerokości kałanów równej lub większej 2 MHz: en tryb pracy korzysta z kanałów o szerokości 2, 4, 8, lub 16 MHz. Również opiera się na modulacji OFDM oraz na taktowaniu 10 razy wolniejszym niż w przypadki 802.11ac, tj. długość symbolu jest 10-krotnie większa niż w przypadki 802.11ac. W trybie tym stosowana jest też transmisja MIMO.

802.11ah MAC: Warstwa MAC ma kilka usprawnień, które pozwalają obsłużyć dużą liczbę stacji, oszczędzanie mocy i zwiększyć przepustowość.

Obsługa dużej liczby stacji: Możliwe jest przypisanie do 8191 stacji, poprzez wykorzystanie hierarchii identyfikatorów 802.11 (Association Identifiers - AID)
Oszczędność mocy: Oszczędzanie mocy jest coraz ważniejszym problemem, a szczególnie ma ono znaczenie w sieciach WLAN IEEE802.11ah, które stosowane są w licznych aplikacjach IoT i M2M. Wiele z tych zdalnych węzłów będzie zasilanych bateryjnie i musi pracować przez tygodnie, czy nawet lata, bez wymiany ogniwa.

Stacje TIM (Traffic Indication Map): Pozostają one w trybie aktywności przez cały czas i stale monitorują przesyłanie ramek informujących o komponentach sieci. Mogą odbierać dane, jak tylko zostaną one przygotowane do transmisji.

Stacje inne niż TIM: W 802.11ah stacje te obsługują stan uśpienia. Kiedy są uśpione, nie mogą odbierać danych, więc otrzymywane informacje są buforowane i przygotowywane do odczytu w momencie uaktywnienia się stacji.

Usprawnienia przepustowości: Aby jak najlepiej wykorzystać dostępne pasmo, wprowadzono kilka usprawnień, które pozwalają zapewnić, że dane są przesyłane tak efektywnie, jak to tylko możliwe. Osiągnięto to poprzez kilka innowacji. Wśród nich znalazły się: kompaktowy format nagłówka MAC, który zajmuje mniej miejsca i poprawia wydajność systemu, a także mechanizmy w warstwie MAC, które eliminują opóźnienia dostępu do kanału i narzuty związane z potwierdzaniem transmisji.

Kilka praktycznych bezprzewodowych rozwiązań wbudowanych

Różne możliwości praktycznej implementacji bezprzewodowych systemów wbudowanych opierają się o wybór układów scalonych oraz podział oprogramowania/sprzętu. Na rys. 4 pokazano trzy opcje, bazujące na modelu OSI, które prezentują jak można podzielić bloki programowe i sprzętowe systemu wbudowanego.

Ilustracja 4: Model OSI typowego systemu wbudowanego – źródło: Premier Farnell Ltd

Układy SoC: Układy SoC (System-on-Chip), takie jak bezprzewodowy mikrokontroler Silicon Labs Si1060 Sub-GHz, łączą w sobie MCU i transceiver, które obsługują jednocześnie stos protokołów bezprzewodowych i oprogramowanie aplikacyjne. Układ SoC musi mieć funkcje, które umożliwią stworzenie urządzenia wbudowanego. Przykładowo, konieczna jest wystarczająca liczba wejść i wyjść, by obsłużyć przyciski sterujące oraz przetworniki analogowo-cyfrowe, pozwalające mierzyć np. temperaturę czy wilgoć. Dodatkowo, układy SoC zazwyczaj pobierają bardzo mało energii i są niewielkie, dzięki czemu mogą bardzo długo pracować na zasilaniu bateryjnym. Zastosowanie układów SoC często pozwala uzyskać najtańsze, a jednocześnie fizycznie najmniejsze projekty.

Typowe aplikacje SoC obejmują urządzenia o z góry ustalonych funkcjach, wyposażone w prosty interfejs użytkownika, lub w ogóle bez interfejsu. Przykładem mogą być zdalne sterowniki, kluczyki do zdalnego otwierania czy zamykania samochodów i drzwi oraz domowe czujniki bezpieczeństwa.

Mikrokontroler + transceiver: Jeśli odpowiedni SoC nie jest dostępny, skorzystanie z architektury, w której stosuje się niezależny mikrokontroler i bezprzewodowy transceiver pozwala optymalnie dobrać MCU do aplikacji. Sam wybór mikrokontrolera nie sprowadza się jedynie do określenia jego architektury (8-bitowej czy 32-bitowej, czy po prostu z rdzeniem ARM Cortex-M), ale też do selekcji modelu z wybranymi innymi wbudowanymi cechami, takimi jak kontroler LCD, wsparcie USB, wiele wyjść i wejść, timerów, komparatorów, przetworników, a w końcu zdefiniowanie potrzebnej ilości pamięci. Następnie projektant może samodzielnie dobrać najlepszy transceiver z punktu widzenia wymagań bezprzewodowych aplikacji. W ten sposób patrząc, MCU + transceiver to system bardzo zbliżony do opartego o SoC, pod tym względem, że interfejs sieciowy takiego projektu jest całkiem prosty i nie trzeba się martwić o wiele kwestii związanych z szybkością działania. Mikrokontroler obsługuje wtedy całe oprogramowanie, wliczając to funkcje potrzebne do działania sieci. Jednakże warstwa fizyczna (PHY) i warstwa łącza danych są często zintegrowane w transceiverze. Finalny produkt nierzadko będzie wyposażony w prosty interfejs użytkownika, potrzebny do instalacji i sterowania urządzeniem.

NCP: Sieciowy koprocesor (NCP) może zostać użyty, jeśli złożoność i wydajność finalnej aplikacji wymagają sięgnięcia po najbardziej zaawansowane mikrokontrolery czy nawet mikroprocesory. Tak jak bezprzewodowy SoC, układ NCP zawiera w sobie mikrokontroler i transceiver, ale w tym przypadku nie jest w stanie obsłużyć całej aplikacji. Przetwarza instrukcje stosu protokołu i przesyła transmitowane dane do głównego procesora poprzez interfejs szeregowy, taki jak UART lub SPI. Architektura NCP pozwala oddzielić główne oprogramowanie aplikacji od oprogramowania odpowiadającego za komunikację, co ma kluczowe znaczenie gdy obsługa sieci wymaga ścisłego przestrzegania krótkich opóźnień, lub gdy wydajność transmisji musi być odpowiednio duża. O ile podejście to jest najbardziej kosztowne, końcowy koszt produktu jest często zredukowany ze względu na mniejszą złożoność projektu i krótszy czas potrzebny na wprowadzenie go na rynek. Omawiane podejście stosowane jest najczęściej w architekturze bramek, systemów bezpieczeństwa oraz urządzeń pracujących z wieloma stosami protokołów.

Na rys. 5 porównano kluczowe cechy trzech przedstawionych podejść projektowych.

Ilustracja 5: Podsumowanie rozważań projektowych – źródło: Premier Farnell Ltd

Zestawy deweloperskie dla pasma Sub-GHz

Wiodący dostawcy, tacy jak Farnell, oferują szeroki wybór zestawów deweloperskich i płytek ewaluacyjnych, które upraszczają i skracają proces nauki tworzenia bezprzewodowych systemów wbudowanych. Poniżej podajemy kilka przykładów.

Zestaw deweloperski LaunchXL-CC1310 z bezprzewodowym mikrokontrolerem SimpleLink™ CC1310 Sub-1 GHz Wireless MCU dla komunikacji na dużą odległość

LAUNCHXL-CC1310 to zestaw deweloperski z mikrokontrolerem bezprzewodowym SimpleLink CC1310 dla pasma Sub-GHz. To pierwszy z zestawów LaunchPad pracujących w tym paśmie, który pozwala na transmisję na dużą odległość oraz ma zintegrowany w jednej obudowie, 32-bitowy rdzeń ARM Cortex-M3. Rdzeń mikrokontrolera CC1310 pracuje z zegarem 48 MHz jako główny procesor, a bogaty zestaw obwodów peryferyjnych obejmuje m.in. unikalny i pobierający bardzo niewiele mocy kontroler czujników. Jest on idealny do podłączania zewnętrznych sensorów i autonomicznego zbierania analogowych oraz cyfrowych danych, w trakcie gdy reszta układu znajduje się w trybie uśpienia.

Na płytce znajdującej się w zestawie została nadrukowana antena do obsługi częstotliwości 868 MHz w paśmie ISM w Europie i 915 MHz w ISM w USA. Wbudowany emulator umożliwia błyskawiczne rozpoczęcie pracy w chmurze CCS.

Ilustracja 6: Płytka zestawu deweloperskiego SimpleLinkLaunchXL-CC1310

Płytka ewaluacyjna CC1310DK z mikrokontrolerem SimpleLink™ Sub-GHz CC1310, dwoma układami SmartRF06 oraz dwiema zewnętrznymi antenami

CC1310DK to zestaw deweloperski z układem SimpleLink CC1310 development kit. Zawiera cały sprzęt, niezbędny do rozpoczęcia prac z platformą energooszczędnych, bezprzewodowych mikrokontrolerów SimpleLink. W zestawie znalazły się: moduł ewaluacyjny CC1310 oraz płytki testowe SmartRF06. Zestaw ewaluacyjny CC1310 zawiera dwie płytki z bezprzewodowym mikrokontrolerem i obwodem RF w obudowie 7x7 mm, a także różnicowe wyjście radiowe (wersja 7XD). Płytka SmartRF06 jest płytą bazową dla modułu ewaluacyjnego CC1310. Została specjalnie zaprojektowana by testować wydajność łącza radiowego oraz rozwijać oprogramowanie. Układy CC1310 na płytkach ewaluacyjnych zostały wstępnie zaprogramowane tak, by móc je łatwo użyć w aplikacji testowej, umożliwiającej badanie zasięgu komunikacji radiowej w praktyce.

Ilustracja 7: Zestaw do ewaluacji modułów z CC1310

Zestaw deweloperski EV-ADF70301-915AZ z transceiverem Sub-GHz ADF7030-1 o wysokiej wydajności

EV-ADF70301-915AZ to płytka z wbudowanym, wydajnym transceiverem Sub-GHz – układem ADF7030-1. Pozwala on uzyskiwać wysoką wydajność, przy bardzo niskim poborze mocy. Świetnie sprawdza się w aplikacjach, które wymagają dużego zasięgu, odporności sieciowej oraz długiego czasu pracy na baterii. Płytkę ADF7030-1 podłącza się do złączy P1, P2 i P3 na płycie ADuCM3029.

Układ Analog Devices ADuCM3029 to mikrokontroler o bardzo niskim poborze mocy z rdzeniem ARM Cortex-M3, zintegrowanymi systemami zarządzania mocą oraz 256 kB wbudowanej pamięci Flash.

Ilustracja 8: Zestaw Deweloperski EV-ADF70301-915AZ

Moduł SMT transceivera MRF89XAM8A-I/RM o bardzo niskim poborze mocy, pracujący na 868 MHz

MRF89XAM8A-I/RM to moduł Sub-GHz, oparty o MRF89XAM8A i cechujący się bardzo niskim poborem mocy. Zawiera zintegrowany oscylator, regulator napięcia, obwody dopasowujące oraz antenę na PCB na płytkach PICtail/PICtail Plus. MRF89XAM8A pracuje w paśmie od 863 MHz do 870 MHz w Europie i jest zgodny z wymaganiami ETSI. Projekty z użyciem tego modułu nie wymagają opracowywania anten i testowania zgodności urządzenia z niektórymi normami, co skraca czas potrzebny na wprowadzenie gotowego produktu na rynek. Moduł ten można wpiąć w wiele płytek demonstracyjnych i deweloperskich. Przykładowo można ją użyć podczas rozwijania projektów z 8-bitowymi mikrokontrolerami w oparciu o płytkę PIC18 albo z 16- i 32-bitowymi mikrokontrolerami, za pomocą płytki Explorer 16.

Ilustracja 9: Moduł transceivera RF89XAM8A-I/RM

Podsumowanie

Rozwiązania własnościowe, pracujące w paśmie Sub-GHz są szeroko stosowane do łączenia węzłów w sieciach automatyki domowej i budynkowej oraz w aplikacjach przemysłowych. Monitorowanie w czasie rzeczywistym i sterowanie tysiącami węzłów pozwala na optymalizację procesów, lepsze zarządzanie zasobami, zapobieganie usterkom oraz oszczędzanie energii w inteligentnych fabrykach (koncepcja Smart Factory).

Rozwiązania oparte o technologię Sub-GHz są także używane podczas tworzenia infrastruktury inteligentnych miast (koncepcji Smart City), gdzie każdy z węzłów jest częścią sieci. Węzły są monitorowane i sterowane, a pochodzące z nich dane mogą zostać użyte do zarządzania oświetleniem, parkowaniem i kierowania ruchem. Pozwalają oszczędzać energię i poprawiają jakość życia. Dzięki dużemu zasięgowi komunikacji bezprzewodowej, wysokiej sprawności i elastyczności, technologia Sub-GHz jest jednym z podstawowych elementów składowych, umożliwiających rozwój Internetu Rzeczy, nawet jeśli wymaga stosowania bramek internetowych do podłączania urządzeń IoT.