有什么原因能夠影響網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信狀況呢？

本文描述障礙和其他因素如何影響網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信狀況。一旦了解了可能影響信號和無線通信的因素，就可以嘗試執(zhí)行范圍測試。

一、距離與障礙

基本通信系統(tǒng)包括以下組件：發(fā)射元件、接收裝置、進(jìn)行交流的環(huán)境、天線或其他聚焦元件。可以將RF通信與簡單的音頻通信進(jìn)行比較：我們的聲帶傳輸?shù)穆暡赡鼙荒橙说亩そ邮?。我們可以使用擴(kuò)音器來聚焦和引導(dǎo)聲波，以提高通信效率。



無線通信中發(fā)射機(jī)的作用是一個(gè)信號饋送到用于傳輸?shù)奶炀€。無線電發(fā)射器以一定的信號強(qiáng)度（功率輸出）將數(shù)據(jù)編碼為RF波，以將信號投影到接收器。 所述接收機(jī)獲取并解碼來自通過接收天線的數(shù)據(jù)。接收器執(zhí)行接收和解碼指定的RF信號，同時(shí)拒絕不需要的RF信號的任務(wù)。

天線是將能量集中在特定方向上的設(shè)備，類似于擴(kuò)音器集中語音能量的方式。天線可以根據(jù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供不同的輻射方向圖。將能量集中在給定方向上的量稱為天線增益。 發(fā)射器和接收器之間的空間是系統(tǒng)的環(huán)境。

在發(fā)送和接收天線之間獲得RF視線（LOS）對于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信至關(guān)重要。通常有兩種類型的LOS用于描述環(huán)境：

（1）可視LOS：是從一個(gè)站點(diǎn)看到另一個(gè)站點(diǎn)的能力。它僅需要兩點(diǎn)之間的直線路徑。

（2）RF LOS：不僅需要視覺LOS，還需要無障礙的橄欖球狀路徑（稱為菲涅耳區(qū)），因此數(shù)據(jù)可以從一個(gè)點(diǎn)到另一點(diǎn)進(jìn)行最佳傳輸。菲涅耳區(qū)可被視為兩個(gè)站點(diǎn)之間的隧道，為RF信號提供了路徑。

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二、影響無線通信的因素

盡管為某些XBee設(shè)備指定的通信距離可以達(dá)到25英里或更長，但是此值可能會(huì)受到降低信號質(zhì)量的因素的影響：

（1）某些材料可能會(huì)反射射頻波，從而干擾其他波并降低信號強(qiáng)度。特別是，金屬或?qū)щ姴牧鲜呛芎玫姆瓷淦鳎M管幾乎任何表面都可以反射波并干擾其他射頻波。

（2）無線電波可能會(huì)被其路徑中的物體吸收，從而導(dǎo)致功率損耗并限制傳輸距離。

（3）可以調(diào)節(jié)天線，以增加無線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可以傳播的距離。

天線可以施加的焦點(diǎn)越多，系統(tǒng)產(chǎn)生的范圍就越大。盡管高增益天線覆蓋的面積較小，但它們可以實(shí)現(xiàn)的范圍比低增益天線更大。手電筒可以幫助說明原理。

一些手電筒允許用戶通過扭轉(zhuǎn)透鏡來聚焦或散布光束來調(diào)節(jié)光束。當(dāng)透鏡擴(kuò)散（或擴(kuò)散）光束時(shí)，該光束傳播的距離比扭曲透鏡聚焦時(shí)要短。



（4）視線可以幫助提高信號的可靠性。

為了達(dá)到最大射程，無線電波傳播的橄欖球狀路徑（菲涅耳區(qū)）必須沒有障礙物。路徑中的建筑物，樹木或其他任何障礙物都會(huì)縮小通信范圍。如果將天線安裝在離地面不遠(yuǎn)的地方，則超過一半的菲涅耳區(qū)域最終會(huì)因地球曲率而受阻，從而導(dǎo)致范圍顯著減小。為避免此問題，請將天線安裝在離地面足夠高的位置，以使地球不會(huì)干擾菲涅耳區(qū)域的中心直徑。

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三、信號強(qiáng)度和RSSI引腳

接收信號強(qiáng)度指示器（RSSI）測量無線電信號中存在的電量。它是天線上接收到的信號強(qiáng)度的近似值。 測量接收天線處的信號強(qiáng)度是確定通信鏈路質(zhì)量的一種方法。

如果遠(yuǎn)距離的發(fā)射機(jī)靠近接收機(jī)，則在接收天線處發(fā)射信號的強(qiáng)度會(huì)增加。同樣，如果將發(fā)射器移得更遠(yuǎn)，則接收天線處的信號強(qiáng)度會(huì)降低。 RSSI的單位為dBm。較大的負(fù)值（以dBm為單位）表示信號較弱。因此，-50dBm優(yōu)于-60dBm。



XBee模塊的引腳6可配置為RSSI引腳，該RSSI引腳輸出代表該值的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號。為此，將P0配置為RSSI [1]：



XBee Grove開發(fā)板包括一個(gè)連接到XBee模塊的引腳6的LED。當(dāng)此引腳配置為RSSI引腳時(shí)，每次連接的XBee模塊接收數(shù)據(jù)時(shí)，LED都會(huì)點(diǎn)亮。

它的強(qiáng)度代表最后接收到的數(shù)據(jù)的RSSI值：更亮的光意味著更高的RSSI值和更好的信號質(zhì)量。



通過修改RSSI PWM計(jì)時(shí)器（RP）設(shè)置，配置RSSI引腳處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間量，從而使LED保持點(diǎn)亮的時(shí)間量：



RP值以十六進(jìn)制表示。例如，配置值0x1E等于十進(jìn)制的30，這意味著該引腳將處于活動(dòng)狀態(tài)三秒鐘（30 * 100 = 3000ms）。因此，LED將點(diǎn)亮三秒鐘，代表最后一個(gè)RSSI值。

RP時(shí)間已過而沒有數(shù)據(jù)已被接收時(shí)，PIN將被設(shè)置為低，并且LED不會(huì)亮，直到更多的數(shù)據(jù)被接收。

上電時(shí)，該引腳也將設(shè)置為低電平，直到接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)包。0xFF值將永久使能引腳；以這種方式配置時(shí)，它將始終反映最后接收到的數(shù)據(jù)包的RSSI值。

盡管RSSI LED的亮度變化可能難以區(qū)分，但該LED可用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的成功接收。

每次XBee模塊接收數(shù)據(jù)時(shí)，在配置的時(shí)間內(nèi)LED一直亮著。

“接收信號強(qiáng)度”（DB）參數(shù)

還可以通過讀取XBee DB參數(shù)值來獲得RSSI 值。它表示以十六進(jìn)制表示的最后接收到的數(shù)據(jù)包的RSSI絕對值。



RSSI是鏈接質(zhì)量的最佳指示嗎？

要記住的一件事是RSSI只是在天線端口檢測到的RF能量的指示。報(bào)告的功率水平可能人為地高，因?yàn)樗赡馨ū尘霸肼暫透蓴_產(chǎn)生的能量，以及所需信號產(chǎn)生的能量。

在容易受到干擾的環(huán)境中，這種情況會(huì)更糟，在這種環(huán)境中，可能始終獲得較高的RSSI讀數(shù)，但仍然存在通信錯(cuò)誤。 如果應(yīng)用程序試圖測量“鏈路可靠性”，而不僅僅是“信號強(qiáng)度”，則考慮“接收的數(shù)據(jù)包百分比”或類似數(shù)據(jù)可能會(huì)有所幫助。

提示：范圍測試始終是一個(gè)好主意，因?yàn)樗鼓梢愿鶕?jù)信號強(qiáng)度和數(shù)據(jù)包成功率來衡量鏈路性能。這將幫助您確定RF系統(tǒng)的可靠性。

四、范圍測試

由于XBee模塊之間的通信是通過空中進(jìn)行的，因此無線信號的質(zhì)量會(huì)受到許多因素的影響：吸收，電波反射，視線問題，天線樣式和位置等。 范圍測試演示了同一網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)XBee模塊之間的真實(shí)RF范圍和鏈路質(zhì)量。

進(jìn)行范圍測試將初步顯示套件組件的預(yù)期通信性能。部署實(shí)際網(wǎng)絡(luò)時(shí)，建議進(jìn)行多個(gè)范圍測試以分析應(yīng)用程序中的各種條件。

XCTU允許您使用至少一個(gè)連接到計(jì)算機(jī)（本地）的XBee模塊和另一個(gè)遠(yuǎn)程XBee模塊（都在同一網(wǎng)絡(luò)中）執(zhí)行范圍測試。范圍測試包括將數(shù)據(jù)包從本地XBee模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程，并等待將回波從遠(yuǎn)程發(fā)送到本地。

在此過程中，XCTU計(jì)算本地模塊發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量，并測量雙方的信號強(qiáng)度（RSSI）：

（1）RSSI是“接收信號強(qiáng)度指示器”值。

（2）來自本地XBee模塊的每個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包都應(yīng)被同一本地XBee模塊作為回音再次接收。



有兩種類型的范圍測試：

（1）回送群集（0x12）：使用指向數(shù)據(jù)端點(diǎn)（0xE8）上群集ID 0x12的顯式尋址幀/數(shù)據(jù)包執(zhí)行范圍測試，該數(shù)據(jù)端點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)返回給發(fā)送方。

并非所有XBee變體都支持回送群集。當(dāng)選擇此方法并且XBee模塊不支持此方法時(shí)，XCTU范圍測試工具將顯示錯(cuò)誤。

（2）硬件環(huán)回：使用串行端口/ USB硬件環(huán)回功能執(zhí)行范圍測試。要使用此類型，必須將遠(yuǎn)程模塊配置為以透明模式工作，并且在啟動(dòng)前必須關(guān)閉環(huán)回跳線。這導(dǎo)致任何接收到的數(shù)據(jù)被發(fā)送回發(fā)送方。



注意：可以將本地XBee模塊（與計(jì)算機(jī)連接的模塊）配置為使用API或透明模式。僅當(dāng)本地XBee模塊在API模式下工作時(shí)，才能讀取遠(yuǎn)程設(shè)備的RSSI值。

范圍測試過程開始后，XCTU會(huì)以三種方式表示檢索到的數(shù)據(jù)：

（1）RSSI圖表表示范圍測試會(huì)話期間本地和遠(yuǎn)程設(shè)備的RSSI值。該圖表還包含已發(fā)送的總數(shù)據(jù)包的成功百分比。

（2）本地和遠(yuǎn)程即時(shí)RSSI值顯示本地和遠(yuǎn)程設(shè)備的即時(shí)RSSI值。對于最后發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)包，將檢索此值。

（3）數(shù)據(jù)包摘要顯示已發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)，已接收的數(shù)據(jù)包，傳輸錯(cuò)誤和丟失的數(shù)據(jù)包。它還顯示范圍測試會(huì)話期間成功發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的百分比。

審核編輯：劉清