Fokus auf Batterielaufzeit und Reichweite

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fokus
Optimierung eines ro b u s t e n W i re l e s s - S e n s o r n e t z e s
Fokus auf Batterielaufzeit und Reichweite
Die zunehmende Verwendung von Wireless-Sensornetzen wurde u.a. durch das Internet of Things sehr
begünstigt. Bei der optimalen Realisierung eines derartigen Netzes sind jedoch einige wichtige Parameter
zu beachten. Ein Applikationsbericht von Semtech bietet hierfür wertvolle Informationen.
» Henning Wriedt, USA-Korrespondent
ranz des Referenzoszillators. Erreicht werden
dabei mit einer Empfängerbandbreite von
125 kHz und einem günstigen 20-ppm Oszillator Empfindlichkeiten von bis zu –140 dBm.
Das entspricht theoretisch einer 5-fachen Verbesserung der Reichweite.
Auswahl des Frequenzbandes
Empfindlichkeit versus Datenrate für GFSK und Bandspreizung (LoRa)
Bei der Herstellung eines robusten Sensornetzes gehören eine maximale Batterielaufzeit
sowie eine optimale Reichweite zu den wichtigen Designzielen. Viele dieser Netze bestehen aus einfachen Knoten (Nodes), die Daten
sammeln und diese dann zu einem zentralen
Controller oder Konzentrator übertragen.
Datenrate und Reichweite
Die Datenübertragungsrate ist ebenfalls ein
wichtiger Designpunkt, der viele Eigenschaften eines Netzes beeinflusst. Die Reichweite
des Senders wird durch die Summe aus Empfängerempfindlichkeit und Ausgangsleistung,
also dem Link-Budget bestimmt. Für alle
Modulationsarten trifft zu: Je geringer die
Datenrate ist, desto schmaler ist die Empfängerbandbreite und umso besser ist die Empfängerempfindlichkeit. FSK (Frequency Shift
Polyscope 6/15
Keying) und GFSK (Gaussian Frequency Shift
Keying) sind derzeit die am meisten verfügbaren Modulationsarten für günstige WirelessTransceiver. Die Bandspreizmodulationstechnik ist in einigen Applikationen zu finden,
erreichte aber jetzt erst aufgrund günstiger
Kosten eine Verwendung in Sensornetzen.
Kommerziell verfügbare Bandspreizmodulation verbessert gegenüber FSK-Systemen bei
vergleichbarer Datenrate die Empfangsleistung um 8 bis 10 dB. Eine neue Transceiverserie (LoRa) von Semtech verfügt über eine
Bandspreizmodulation.
Steigerung der Empfindlichkeit
Einige Bandspreizmodulationsverfahren sind
gegenüber einem Frequenzoffset weitaus
weniger empfindlich als andere Verfahren.
Verursacht wird dieser Offset durch die Tole-
Aufgrund der Bekanntheit mehrerer
2,4-GHz-Wireless-Standards wie Bluetooth,
WiFi und Zigbee neigen viele Designer zu
Standard-Protokollen und sehen 2,4 GHz als
eine günstige Transceiver-Frequenz an. So
bietet WiFi eine universell hohe Datenrate,
während Bluetooth eine Kompatibilität mit
Konsumerprodukten aufweist. Viele Applikationen zeigen aber nur eine relativ geringe
Datenrate und operieren im geschlossenen
Funknetz. Hier kann ein proprietäres Protokoll die Systemkosten durch vereinfachte
Implementierung senken. So nutzen automatisierte Stromzähler Sub-GHz für ihre weiter
reichenden Funknetze und 2,4 GHz für die
Zähler-Haus-Kommunikation.
Die Wahl einer Stern- oder Maschentopologie für das Netz ist auch von Bedeutung.
Die Sternversion ist die einfachste Architektur mit der geringsten Latenz und wird in
der Regel dann gewählt, wenn jeder Knoten
direkt mit dem Haupt-Controller kommunizieren kann. Ein Maschennetz kommt dann
zum Zuge, wenn die Sternversion keine ausreichende Reichweite aufweist.
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Semtech Sensor Networks: 06_15.01.pdf
Infoservice
Semtech (International) AG
Neue Jonastrasse 60A, 8640 Rapperswil
Tel. 071 313 48 28, Fax 071 313 48 39
www.semtech.com
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