04 agosto 2011

La siguiente evolución de las redes inalámbricas: Aplicaciones para control del movimiento (II)


Ver 1ª PARTE

Consumo de energía

El deseo inicial de IEEE en el desarrollo de IEEE 802.15.4 fue creado para una solución de baja transmisión de datos con vida de baterías multi-meses o multi-años y muy baja complejidad. Las aplicaciones ideadas en aquel momento fueron la automatización doméstica, juguetes interactivos y sensores inalámbricos por nombrar algunos, y todos ellos operan con baja demanda de baterías. Debido a la potencia electrónica empleada, los equipos de control del movimiento usualmente operan vía una fuente de energía DC o AC trifásica o monofásica. La importancia del consumo de energía en la tecnología wireless podemos verla en el siguiente ejemplo:

  • Caso 1: 802.11 (Wi-Fi) Rx power is 667 mW (always on)@ 20 axes/machine & 1,000 machine installations = 13.3 kilovatios
  • Caso 2: 802.15.4 Rx power is 30 mW (always on)@ 20 axes/machine & 1,000 machine installations = 600 watts
  • Caso 3: 802.15.4 power cycled at .1% (typical duty cycle) = 0.6 watts.
Como vemos en el ejemplo los dispositivos ZigBee son más ecológicos que otras alternativas ya que ahorran megavatios en el despliegue completo.

Ventajas de ZigBee

ZigBee ofrece ventajas sobre otras opciones de tecnologías inalámbricas. ZigBee ofrece un tamaño físico y costes por nodo que hacen esta tecnología más atractiva para aplicaciones sensibles al coste que Wi-Fi, Bluetooth o Wireless USB. ZigBee ofrece seguridad integrada que no podemos conseguir con Wi-Fi o Bluetooth. La relativamente pequeña tasa de transmisión de ZigBee contribuye a su efectividad en costes y ello hace que sea perfecta para sustituir buses de campo e implementación serie de baja tasa de transmisión. Examinemos ahora cómo se trasladan estas ventajas a las redes de movimiento.

IMPLEMENTACIÓN DE ZIGBEE

Protocolo de movimiento centralizado

La ventaja de los sistemas de movimiento es más evidente cuando se incrementa el número de ejes. Sin embargo, la baja tasa de datos de ZigBee impide una aproximación centralizada, así que una aproximación mixta es la mejor solución para asegurar facilidad en el uso y también garantizar rendimiento y seguridad adecuados.

Wireless Motioin Protocol es un sistema mixto que comprende un coordinador de movimiento OAN y nodos de movimiento FFD inteligentes. El coordinador PAN cumple el papel de la coordinación del programa y movimiento mientras que proporciona todas las funciones de control de la máquina desde un punto de vista de programación simple. Los nodos FFD son dispositivos inteligentes que implementan trayectoria de movimiento descentralizada e información I/O.

Los nodos FFD están acoplados a los sistemas mecánicos lineales que comprenden dispositivos de movimiento autónomos. Hasta 128 ejes de movimiento están actualmente disponibles aunque el límite teórico se basa en una dirección de 64 bit. Hasta 65.535 redes independientes pueden operar en proximidad cercana una a otra.

La implementación descentralizada y centralizada mixta ofrece ventajas garantizando seguridad en el punto de movimiento. Si hay un fallo de transmisión o se encuentra un límite de fin de desplazamiento, el movimiento se para independientemente del estado de red. Adicionalmente, el cableado I/O local es minimizado y termina en el nodo. Finalmente, múltiples ejes de movimiento están accesibles vía un punto de conexión único.

Configuración del sistema

La configuración de red es simple y se integra en las capas MAC y NWK en ZigBee. Cada nodo de movimiento se configura con una única id MAC de 64 bit y una dirección corta de 16 bit asignada una vez que la red se une. Un ambiente de desarrollo integrado proporciona la capacidad de añadir o quitar direcciones de nodos únicas en la red.

Nodos adicionales pueden no unirse a la red a menos que el usuario configure el coofdinador de red que permita unirlos. Esto permite múltimples redes de movimiento independientes que operen de un rango a otro sin contención.

Estructura y latencia de datos

Como en cualquier transmisión basada en paquetes, se requiere una estructura para apropiadamente enrutar y decodificar los datos al nodo correcto. En el caso de los sistemas de movimiento inalámbrico, la estructura está predificina por el 802.15.4 MAC como se muestra en la siguiente figura:



Bibliografía: Wireless Motion Control. The Next Evolution in Motion Networking. Parker
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