RDS: Selección de componentes: Transceptor

La selección de transceptor es la selección más crítica y difícil ya que es el componente más caro del proyecto y sus especificaciones permiten soluciones muy dispares.

Antes de empezar a mirar componentes y/o módulos, he tenido que decidir el tipo de conexión inalámbrica, es decir la banda en la que opera y uso de un protocolo estándar o no.

En el IEEE 802, comité y grupo de estudio de estándares perteneciente al Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), se definen los niveles más bajos del modelo OSI de las redes de área personal, área local y de área metropolitana. Los estándares referentes a redes inalámbricas se muestran en la gráfica siguiente:

La gráfica muestra en el eje horizontal la tasa de datos en Mbps y en el eje vertical el alcance de la red dividiéndose en redes amplias inalámbricas (WWAN), redes metropolitanas inalámbricas (WMAN), redes de área local inalámbricas (WLAN) y redes de área personal inalámbricas (WPAN).

Atendiendo al gráfico, los estándares más adecuados al proyecto serán los que se encuentren en la esquina inferior izquierda; ya que se precisa de un alcance corto y una baja tasa de datos.

Alternativas

Las alternativas que he barajado son las siguientes:

Bluetooth.
Es la norma (802.15.1 del IEEE) que define un estándar global de comunicación inalámbrica, que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. ^[fuente] Se trata de una tecnología de radio de corto alcance para la conexión sin hilos de dispositivos móviles.
- Características principales: ^[fuente]
  - Trabaja en la banda ISM (médico-científica internacional) de 2,4 Ghz a 2,48 Ghz.
  - Para evitar interferencias utiliza la técnica FHSS (Espectro ensanchado por salto de frecuencia), divide la banda en 79 canales (23 en España, Francia y Japón) de longitud 1 MHz y realiza 1600 saltos por segundo. En otro sitio dicen que modula en GFSK con AFH (Salto de frecuencia adaptativo).
  - La capacidad de transmisión varía según versiones del núcleo:
    - Versión 1.1: 723.1 Kbps
    - Versión 1.2: 1 Mbps
    - Versión 2.0 + EDR: 2.1 ~ 3 Mbps
  - La potencia de transmisión se divide en 3 clases de productos:
    - Clase 1: 100 mW / 20 dBm, con un rango de ~100 m.
    - Clase 2: 2.5 mW / 4 dBm, con un rango de ~10 m.
    - Clase 3: 1 mW / 0 dBm, con un rango de ~1 m.
  - Incluye soporte para tres canales de voz, seguridad, disponibilidad actual, bajo consumo de potencia y bajo coste.
  - Utiliza una topografía de red PAN inalámbrica o WPAN (Red de área personal inalámbrica) de hasta 8 dispositivos, llamándose ésta picored (piconet). La unión de picoredes se denomina red dispersa (scatternet).
  - Una picored, está formada por un maestro y hasta 7 esclavos. El maestro fija una secuencia de 1600 saltos de frecuencia por segundo y el resto de dispositivos se sincronizan desde el punto de vista del tiempo y de la secuencia de saltos entre canales. Cada unidad dispone de un reloj de sistema interno que determina la temporización y la secuencia de saltos que debe seguir el transceptor.
  - El protocolo es apropiado para voz y datos (enlaces ACL y SCO).
- Ventajas:
  - Es muy utilizado y va implementado en multitud de dispositivos como ordenadores, teléfonos móviles y PDA.
  - Su uso proporciona una ámplia compatibilidad para comunicaciones en una red WPAN y, por tanto, elimina gran parte del proceso de diseño.
  - Se comercializan módulos que ya tienen implementado el estándar, un amplificador de RF y una antena por lo que el tiempo de diseño disminuye.
- Inconvenientes:
  - Al tratarse de un estándar debe ser ámpliamente compatible por lo que muchas de las partes que forman el paquete de datos son simplemente para asegurar la compatibilidad.
- Web oficial: Bluetooth
ZigBee.
Es un protocolo RF, basado en el estándar IEEE 802.15.4, específicamente desarrollado para obtener un bajo consumo, con una tasa de datos baja y para controlar aplicaciones mediante un gran número de nodos (hasta 4090) distribuidos.^[fuente]
- Características principales: ^[fuente]
  - Trabaja en la banda ISM (médico-científica internacional) de 2,4 Ghz a 2.48 Ghz con 16 canales de 5Mhz de separación. El estándar también permite operar en la banda Europea de 868Mhz (canal único) y en la banda Estadounidense de 915Mhz (10 canales con separación de 2Mhz).
  - Modula en DSSS (Espectro ensanchado por secuencia directa).
  - La capacidad de transmisión varía según la banda en la que trabaje (ninguna de estas bandas precisa de licencia): ^[fuente]
    - Europea (868,3MHz): 20 Kbps. Canal nº 0.
    - Americana (902-928 MHz): 40 Kbps. Canal nº 1-10.
    - ISM (2405-2480 MHz): 250 Kbps. Canal nº 11-26.
  - Por lo que he observado, tiene diversas potencias de transmisióon, como en el Bluetooth. Por ejemplo, hay un módulo que transmite en un rango variable entre -10dBm y 20dBm. (BUSCAR)
  - Utiliza una topografía de red PAN inalámbrica o WPAN (Red de área personal inalámbrica) de multitud de dispositivos.
- Ventajas:
  - Su consumo es menor que el del Bluetooth y está más próximo a las necesidades del proyecto.
  - Muchos fabricantes venden transceptores con el protocolo implementado o proporcionan una implementación, p.e. Microchip, Texas Instruments o Atmel.
- Inconvenientes:
  - La topología de red PAN es demasiado compleja para el propósito del proyecto.
  - Está teniendo problemas de interferencias con las redes WLAN. (Ojo con las fuentes que son de la competencia) ^{[fuente 1, fuente 2]}
- Web oficial: ZigBee Alliance
Z-Wave.
Es un protocolo inalámbrico específicamente desarrollado para aplicaciones que precisan de un bajo consumo y no requieren de un gran ancho de banda ni altas tasas de datos. Por sus características, se utiliza principalmente en domótica y sensado.^[fuente]
- Características principales: ^[fuente]
  - Trabaja en la banda ISM (médico-científica internacional) de 900 Mhz; en Europa en la banda de 868.42Mhz (canal único) y en Estados unidos en la banda de 908.42Mhz.
  - Modula en GFSK (Desplazamiento de frecuencia gausiana).
  - La capacidad de transmisión es de 9,600 bit/s o 40 Kbit/s. ^[fuente]
  - La potencia de transmisión, por ejemplo este módulo, es variable entre -20dBm y 0dBm. (BUSCAR)
  - Utiliza esta topografía de red.
- Ventajas:
  - Dispone de módulos RF con un microcontrolador integrado (i8051).
- Inconvenientes:
  - Depende mucho del lugar de comercialización debido a la banda ISM que emplea.
  - No está muy documentado.
  - No está muy extendido.
- Web oficial: Z-Wave Alliance
Protocolo propio.
Se trata de un protocolo adaptado específicamente al proyecto, es decir, diseñado por y para las necesidades del sistema. Debo diseñar todo lo correspondiente al protocolo (el stack).
- Ventajas:^[fuente]
  - Al tratarse de un protocolo hecho específicamente para el sistema, cubrirá sus necesidades de forma óptima. Normalmente al utilizar estándares, muchas de sus características no se utilizan y suponen un tiempo de proceso y un consumo innecesario.
- Inconvenientes:
  - No ser un estándar implica, entre otras cosas, que sólo podrá comunicarse entre los dispositivos del sistema. Esto es un inconveniente ya que, si se utiliza un estándar, cualquier dispositivo que implemente dicho estándar podrá acceder a la comunicación.
  - El desarrollo del proyecto se complica y se aumenta el tiempo de diseño.

Conclusiones

De las alternativas, se observa que:

la opción de Bluetooth es la menos óptima para el proyecto ya que el protocolo está orientado a aplicaciones que precisan una comunicación contínua y rápida (voz y datos), por lo cual, la pila del protocolo (stack) dispone de diversas capas que no son de utilidad para el proyecto desperdiciándose así tiempo de proceso y, por tanto, consumo (ver la definición de paquete^[enlace]). Tampoco es energéticamente eficiente, para el proyecto, respecto a su forma de comunicarse;[[en concreto el método para evitar interferencias de Salto de Frecuencias (FH) consiste en que el maestro fija una secuencia pseudoaleatoria de saltos de canal que el resto de miembros de la red debe seguir para que se produzca la comunicación, además esta secuencia se vuelve a fijar tras cada comunicación]] y que consiste en que el maestro debe estar sincronizado permanentemente con los esclavos para fijar, como mínimo, las pautas de los 1600 saltos por segundo de canal.
la opción de ZigBee es mejor que el bluetooth dado que tiene los mismos beneficios de ser un estándar con la ventaja adicional de que su protocolo está orientado a aplicaciones de bajo consumo. No obstante, el protocolo es demasiado complejo para el proyecto ya que está pensado para la implementación de redes ad-Hoc, incluye opciones de enrutamiento y es capaz de desarrollar redes complejas. Esta complejidad en el protocolo hace de la opción del ZigBee poco eficiente para el proyecto con el incremento en el consumo que esto conlleva.
La opción del protocolo propio es la solución de compromiso ya que el protocolo lo define el sistema por lo que cubre sus necesidades de forma óptima. De hecho, para la aplicación, el no disponer de la principal ventaja del ZigBee, ser un estandar, no supone ningún problema; en su caso supondría simplemente un valor añadido. También cabe destacar que actualmente el protocolo ZigBee no está implementado en prácticamente ningún dispositivo de consumo pese a los intentos de implementar un transceptor combinado Bluetooth y ZigBee.