1.7. Проблема электромагнитной совместимости.

Беспроводные сети, благодаря таким своим свойствам, как экономичность, быстрота разворачивания, высокая пропускная способность каналов, помехоустойчивость и помехозащищенность и т.д., уже доказали свое альтернативное право на существование и активное развитие. Вместе с тем, "камнем преткновения" в развитии беспроводных сетей является дефицит частотного ресурса. Возникает проблема "наложения" беспроводных сетей друг на друга и трудности с обеспечением электромагнитной совместимости, т.е. ситуации, возникающей, когда элемент, система или сеть воздействует на окружающее электромагнитное поле или подвергается его воздействию.

Практически это означает, что требованиям стандартов по ЭМС должны отвечать активное оборудование и системы, не говоря уже об устройствах, которые излучают энергию.

Электромагнитная совместимость(ЭМС) радиоэлектронных средств, способность радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения работать одновременно (совместно) так, что помехи радиоприёму (с учётом воздействия источников радиопомех индустриальных),возникающие при такой работе, приводят лишь к незначительному (допустимому) снижению качества выполнения РЭС своих функций.При одновременной работе РЭС (а также электротехнических устройств, излучающих электромагнитные волны) помехи радиоприёму неизбежны. Интенсивность помех определяется количеством действующих излучателей, их мощностью, расположением в пространстве, формой диаграммы направленности антенн,условиями распространения радиоволн и т. д. Обеспечение ЭМС сводится к созданию условий для нормальной совместной эксплуатации всего разнообразия РЭС.

Элементы ИИС с беспроводной передачей данных излучают и подвергаются воздействию внешних полей, поэтому они должны соответствовать требованиям директивы ЭМС.

Требования Директивы ЭМС для электромагнитных излучений направлены на ограничение воздействия элементов, систем или сетей при их нормальном функционировании на электромагнитные условия окружающей среды. Примером, иллюстрирующим необходимость ограничения излучений, является влияние мобильных телефонов на работу радио- и телевизионных приемников, Стандарты, определяющие требования по электромагнитной устойчивости, предусматривают три вида воздействий.

• радиочастотные излучения;

• электростатический разряд (ЭСР), возникающий при наличии разности потенциалов напряжения, вызываемых трением, воздействием электронных пучков (монитор компьютера, экран телевизора);

• скачки напряжения, появляющиеся в результате электропроводимости и наводок.

Иными словами, определены требования по допустимым уровням электромагнитных излучений, возникающих в электрических силовых и информационных цепях, электростатических разрядов и подведенных и наведенных напряжений, которые не должны выводить элемент, систему или сеть из строя.

Меры по обеспечению ЭМС подразделяются на организационные и технические. К организационным относятся: применение пространственного разделения (разноса) РЭС — одновременного использования одних и тех же частотных диапазонов в различных зонах земного шара, если это не грозит взаимными радиопомехами; временного разноса — поочерёдной работы РЭС на одной несущей частоте по определённой программе во времени: частотного разноса — одновременной работы на различных несущих частотах и др. К техническим относятся: создание радиопередающих и электротехнических устройств, более совершенных с точки зрения уменьшения мешающих излучений; разработка радиоприёмных устройств, обладающих меньшей чувствительностью к таким излучениям, и др.

Мощность излучателя, один из важнейших показателей, который характеризует способность устройства создавать помехи для работы других устройств.

GSM– устройства по этому показателю стоят на первом месте, поскольку они более всего влияют на работу других устройств, сложность ситуации усугубляется из-за широкого распространения и большого количестваGSM– оборудования.

Для остальных технологий ряд по мере уменьшения их «вредности» выглядит следующим образом: UWB,Bluetooth,Wi-Fi(Wi-Max),ZigBee.

Другим, важным показателем ЭМС является устойчивость к воздействию радиоизлучения. Анализируя представленные технологии по этому показателю важно отметить, что все они разработаны с учетом работы в сложной помеховой обстановке, для каждой из них разработаны специальные механизмы защиты, ориентированные на ту или иную ситуацию. Но все же в большей или меньшей степени помех не избежать, а следствиями этого являются снижение скорости и ошибки при передаче информации.

Вывод

Таким образом, основными тенденции развития современного рынка беспроводных систем являются:

- уменьшение стоимости;

- уменьшение энергопотребления;

- совместимость продукции различных производителей;

- решение проблемы нехватки частотного диапазона;

- ориентация новых технологий на сферу применения.

Исходя из характеристик технологий, можно сделать вывод о том, что для реализации встраиваемых в ИИС беспроводных каналов передачи данных на небольшие расстояния подходят более всего BluetoothиZigBee. Однако, благодаря таким качествам как низкое энергопотреблении, меньшая цена, способность «уживаться» с другими устройствами, технологияZigBeeобладает преимуществом при построении систем, где не требуется высокая скорость при передаче данных.

Сеть ZigBee разработана с учетом работы в сложной помеховой обстановке. Для борьбы с помехами предусмотрены следующие механизмы: расширение спектра передаваемого сигнала, процедура предотвращения коллизий, измерение параметров канала передачи, контроль целостности данных, подтверждение приема и повторные отсылки пакетов. Для расширения спектра исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность, в результате чего в эфир передается шумоподобный сигнал. Метод расширения спектра передаваемого сигнала (DSSS) позволяет эффективно бороться с узкополосными помехами.

DSSS(Direct-Sequence Spread Spectrum) - один из двух методов организацииRadio-Ethernetв СВЧ-диапазоне. Метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая "широкая" полоса частот делится на некоторое число подканалов. Каждый передаваемый бит информации превращается по заранее зафиксированному алгоритму в последовательность из 11 "чипов" (по числу подканалов), передаваемых одновременно и параллельно по всем 11 подканалам. Интенсивность сигнала одного чипа близка к фоновой, однако при приеме последовательность чипов декодируется по тому же алгоритму, что и при кодировке, и, таким образом, полезный сигнал удается выделить на фоне шума. Другая пара приемник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки-декодировки, причем количество алгоритмов практически неограниченно.

Первое очевидное преимущество этого метода - защита передаваемой информации от прослушивания ("чужой" DSSS-приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика). Кроме того, благодаря 11-кратной избыточности передачи можно обойтись сигналом очень малой мощности (по сравнению с уровнем мощности сигнала при использовании обычной узкополосной технологии).

Еще одно чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности) - последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. Наконец, обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности шумят каждый только в своем узком канале и не могут целиком заглушить широкополосный сигнал.

Итак, широкополосные технологии позволяют использовать один и тот же участок радиоспектра дважды: обычными узкополосными устройствами и "поверх них" - широкополосными.

Перед тем как начать передачу устройство отслеживает – свободен ли канал, и, в случае занятости, делает паузу случайной величины, после чего вновь повторяет попытку. Такой механизм предотвращает одновременный выход в эфир двух и более передающих устройств. Если при передаче информации произошел сбой, то приемник может обнаружить этот факт с помощью проверки контрольной суммы переданного пакета (CRC). Если все же какой-то узел сети оказывается неработоспособным из-за помех или физической неисправности, информация может дойти до приемника через другие, соседние узлы.

Благодаря реализации этих механизмов ZigBeeустройства имеют высокие показатели электромагнитной совместимости.

Приложение 1.

Основные характеристики основных беспроводных технологий для передачи информации на небольшие расстояния. Таблица.

стандарт	ZigBee			Bluetooth	UWB	Wi-Fi
Приложения	Мониторинг, управление, сети датчиков, бытовая и промышленная автоматика			Речь, данные, замена кабелей	Потоковое мультимедиа, замена кабелей аудио-видео-систем	Данные, видео, ЛВС
преимущества	Цена, энергосбережение, размеры сети			Цена, энергосбережение, передача голоса	Высокая скорость	Скорость,гибкость
Частота	868МГц	915 МГц	2,4 ГГц	2,4 ГГц	3,1-10,6 ГГц	2,4 ГГц
Максимальная скорость	20 Кбит/сек	40 Кбит/сек	250 Кбит/сек	1 Мбит/сек	110-200 Мбит/сек	11 Мбит/сек
Выходная мощность	1мВт			До 100мВт	100-250 мВТ	100мВт
Дальность(м)	10-100			До 100	4-10	100
Чувствительность	-92	-92	-85	-70	-	-76
Срок работы от аккумуляторов	100-1000дн			1-7дн	1000дн	0,5-5 дн
Максимальное число устройств	264			8	До 127	32

Рисунок. Классификация основных беспроводных технологий.