Для понимания, что лучше все таки (433 МГц или 2400 МГц) для
применения в системах АСКУЭ, обратимся к физике. На основании этих выкладок
можно говорить о том, будут ли реально работать большие объекты АСКУЭ на этих
частостах.
План анализа:
2) Полоса
пропускания обеих диапазонов:
3) Скорость
передачи данных в этих диапазонах. (данных 2-х типов: пользователя и сетевых
служебных данных самой сети)
4) Помехозащищенность
каналов связи
Физика распростанения радиоволны в эфире.
Кратко: чем ниже частота, тем распростанение лучше. Т.е при
одинаковой мощности передатчиков 433 и 2400 МГц, сигнал 433 передаст данные
дальше.
См. формулу ослабления для свободного пространстава:
где:
LFreeSpace – ослабление в dB в свободном пространстве
d
– расстояние в метрах
f
– частота в МГц
Вывод: по
этой формуле лучше 433 МГц. Но, если учесть, что для 433 допустимая мощность в
эфире 10 мВт, а для Zigbee она составляет 100 мВт то это как раз выравнимает дальности
обеих технологий с точки зрения разрешительной документации ГКРЧ. Технологии
равны.
Полоса пропускания обеих диапазонов.
Для Zigbee:
для 433 МГц
Вывод:
Для Zigbee
свободная полоса частот состоит из 80 МГц, а для 433 всего лишь 1.8 МГц.
Рабочая полоса для Zigbee равняется 5 МГц, тогда как для 433 она не превышает 0,4 МГц.
Если объяснить это простым не инженерным языком, то:
- широкая полоса – это выше скорость передачи, а
соответственно возможность передачи больших объемов служебной сетевой
информации, которая как раз нужна для MESH динамической радиосети. В эту
широкую полосу можно вложить алгоритмы сжатия и корекции ошибок сигнала. В эту
широкую полосу можно вложить шифрование канала связи. И. Т. Д.
- узкая полоса частот – это отсутствие высокой скорости передачи.
Если допустить, что скорость можно сделать высокую, тогда возникает вопрос, а
чем же пожертвовали. Как правило жертвуют, помехозащищенными алгоритмами
сжатия, от которых сильно загружается полоса спектра. Говорить о полноценной MESH радиосети неприходится.
Для понимания: MESH радиосеть требует очень большого
служебного трафика в канале связи. Ведь передаетя информация о 100 роутах
(хопах). Кроме того, вместе с хопами, передается информация с самого счетчика.
Если представить, что вычитка данных со счетчика передается по цепочке их 50
других счетчиков, то это как раз может происходить в широкой полосе с
оптимальной скоростью. В 433 полоса непозволит тянуть информацию о 50 хопах.
Максимум точка – многоточие, или не более 2-3 хопа с потерей скорости.
Это как автомобильная дорога их 10 полос в каждую сторону и
1 полосы в каждую сторону. По какой дороге, больше грузов можно перевезти за
одно и тоже время тысячей автомобилей, которые выезжают одновременно? Ответ
очевиден. Примерно так нужно полосу частот рассматривать и для передачи в
АСКУЭ.
Кроме того, перспективы 433 не имеют расширения по скорости.
В Zigbee идет тенденция на увеличение скорости передачи, путем
параллельной работы одновременно на нескольких каналах.
Скорость передачи данных в этих диапазонах. (данных 2-х типов:
пользователя и сетевых служебных данных самой сети). Помехозащищенность каналов
связи
Для развеивания мифа о том, что на 433 МГц можно получить MESH да
еще и с надежно работающими хопами без потери скорости….
В этом нам поможет формула соотношения допустимого уровня
сигнал/шум на выходе приемника, который принимает цифровой сигнал. Из всего множества формул, эта как раз
подходит для оценки, так как учитывает скорость передачи в радиоканале и полосу
пропускания..
Где:
SNR - Отношения СИГНАЛ/ШУМ на выходе приемника модуля, с гарантированным
коэф. ошибок. SNR –
функция энергии бита шумового отношения плотности спектра (Eb/No).
(R)-скорости передачи данных.
(B) полоса пропускания.
Своими словами: О чем говорит эта формула?
SNR
– показывает, на сколько dB должен полезный сигнал быть выше шума в спектре сигнала, что
бы гарантированно принимать полезные данные с заданной скоростью и не иметь
«сбоем и глюков».
SNR
– зависит от расстояния передачи, препятствий радиосигналу и.т.д Этот параметр
самый удобный для анализа.
Так вот:
У нас, критичный параметр в этой формуле В – полоса
пропускания. Мы говорили о ней выше. Как раз она меньше у 433 МГц в 12.5 раза.
Значит из этой формулы видно, если В уменьшать, (а для 433 оно реально меньше)
то в результате соотношение SNR
увеличивается и это если мы не трогаем скорость передачи R.
Для того, что бы чувствовать как работает формула, приведем
график:
Из этого графика видно, что чем выше скорость передачи
(например для Wi-Fi =2000kbits) тем нужно обеспечивать более
широкую полосу передачи при заданном коэф SNR. А мы знаем, что у Wi-Fi работает вся полоса 80 МГц. У Zigbee для 250 kbits полоса
5 МГц из них для данных самих счетчиков остается только 9600 бод. Таким
образом, когда говорят, что 433 МГц обеспечивает такую же скорость как у Zigbee с построением MESH, то в это уже мало
верится. Соотношение SNR это величина какого то предела. Как правило, SNR это типовые параметры в
микросхемах приемников от 3 – 10 dB. Если нужно получить большие соотношения (как в космической
связи), то делают входные цепи с криогенным охлаждением. Для АСКУЭ SNR как
правило от 3 до 6 dB, так
как цена играет немаловажную роль.
Не может 433 обеспечить скорость передачи по MESH и надежную доставку
данных при равных условиях как у Zigbee. Полосы не хватает, а значит строят топологии сбора
точка-многоточие.
Ответ на все дает просто ФИЗИКА.
Возможность шифрования данных в радиоканале.
Как уже говорили выше, шифрование в 433 какое то есть.
Некоторые его используют и жертвуют скоростью передачи, некоторые не используют
но зато выжимают с этой технологии хоть какую то скорость и хоть какие то 2-3
роута. ПОЛНОЦЕННОЕ ШИФРОВАНИЕ – это не только пароль на канал связи, а еще и
цифровое разделение подсетей в пределах одного частотного канала. Видно одно,
технология 433 в этом ограничена.
Общий вывод:
Технология 433 МГц, удобна для применения в топологиях точка
– точка или точка – многоточие. Построение полноценных радиосетей
потребителей, которыми можно покрывать большие площади, на данной технологии
невозможно в виду ограничения физическими свойствами полосы пропускания и
ограниченной мощностью излучения.
Технология Zigbee работает на более высокой частоте. Имеет небольшую дальность
передачи между устройствами, но за счет широкой полосы пропускания в
радиоспектре, позволяет передавать большие объемы « сетевой математики», что
позволяет строить большие радиосети, покрывать большие площадя одной единой радиосетью.
Это в свою очередь снижает точку учета, делает проще инсталяцию, экономит
ресурс на командировках и. т. д.