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MiWi: la soluzione di Microchip per reti wireless a corto raggio

MiWi

MIWI apporta funzionalità wireless a qualsiasi applicazione elettronica. MiWi è una soluzione Microchip snella e semplice per comunicazioni wireless a corto raggio sulla banda dei 2.4 GHz: MRF24J40.

Introduzione a MiWi

Qualunque sia l’applicazione elettronica che state progettando, sviluppando, o semplicemente pensando nella vostra mente, ci si aspetta che questa abbia o avrà in un prossimo futuro una funzionalità wireless. La possibilità di comunicare con altri dispositivi senza una connessione via cavo consente un notevole risparmio, rende l’installazione più semplice, e, perchè no, è molto di moda.

Quali sono i tipi di protocolli wireless oggi disponibili al progettista elettronico? Bene, il protocollo ZigBee rappresenta probabilmente la soluzione più popolare e diffusa per applicazioni industriali, piccoli terminali, ed anche automazione domestica e degli edifici.

Miwi o Zigbee?

Il protocollo ZigBee è basato sulle specifiche IEEE 802.15.4 per Wireless Personal Area Network (WPAN) ed è particolarmente orientato alla connettività dei dispositivi. E’ stato definito alla fine del 2004, ed è controllato dalla ZigBee Alliance che attualmente include oltre 200 aziende. Lo scopo di ZigBee è di fornire un protocollo per la connessione in rete di piccoli dispositivi, e di mettere a disposizione una funzionalità di monitoraggio remoto di tipo wireless. I dispositivi ZigBee sono piccoli sensori e unità d’ingresso come ad esempio gli interruttori per la luce: tutti questi dispositivi richiedono una bassa alimentazione e ampiezza di banda molto ridotta. Per tutte queste ragioni, essi possono essere agevolmente alimentati con semplici batterie e, dal momento che i dispositivi si trovano in uno stato sleeping (con bassissimo assorbimento di corrente) la maggiorparte del loro tempo, le batterie sono in grado di durare per anni e anni. Inoltre, i sensori sono spesso installati in luoghi non facilmente accessibili, dove anche una semplice operazione come la sostituzione delle batterie può diventare molto problematica. Il protocollo ZigBee è basato sui livelli PHY e MAC del modello OSI, ed è adatto per la comunicazione senza fili tra dispositivi in un’area compresa tra 10 e 100 metri. Al fine di poter usare il protocollo ZigBee, un’azienda deve diventare un membro pagante dell’Alliance, il dispositivo deve superare un esame di conformità per ottenere la licenza d’uso, e occorre rinnovare il pagamento dei diritti relativi ogni anno.

In una rete ZigBee esistono tre tipi di dispositivi:
· End Device, chiamati anche RFD (Reduced Function Devices): si tratta di dispositivi molto semplici che utilizzano soltanto una parte del protocollo ZigBee
· Router, chiamati anche FFD (Full Function Devices): supportano tutte le funzionalità offerte dalle specifiche 802.15.4 e sono in grado di comunicare con un network coordinator
· Network coordinator: è un router speciale che ha in carico la configurazione e la gestione della rete; in una rete ZigBee vi può essere soltanto un solo coordinator. Per via del suo ruolo importante, esso richiede più memoria e capacità di calcolo rispetto a tutti gli altri dispositivi.
Lo standard IEEE 802.15.4 definisce tre bande operative per l’utilizzo del protocollo ZigBee:

La prima band ha validità in tutto il mondo; la seconda è specifica per gli Stati Uniti e per l’area del Pacifico, mentre l’ultima è riservata all’Europa e all’ Asia.

MiWi

Per molti tipi di applicazioni, tuttavia, ZigBee rappresenta una soluzione troppo complessa e costosa; diversi tipi di protocolli proprietari conformi allo standard IEEE 802.15.4 stanno nascendo e si stanno proponendo come valida alternativa a ZigBee.
Tra questi c’è MiWi, il protocollo di rete wireless proposto da Microchip. MiWi è una soluzione snella e semplice per comunicazioni wireless a corto raggio sulla banda dei 2.4 GHz: soltanto una frequenza è stata supportata perchè Microchip ha voluto realizzare un prodotto in grado di funzionare indistintamente in tutto il mondo, non si è voluto quindi creare un prodotto di tipo regionale. Pur essendo basato sulla raccomandazione IEEE 802.15.4 per reti personali wireless (WPAN), MiWi dispone di un numero inferiore di funzioni rispetto a ZigBee, ed è destinato a clienti che richiedono reti semplici in grado di operare con topologie di tipo peer-to-peer, stella, e mesh. Inoltre, MiWi non comporta costi addizionali, poiché non è richiesta alcuna certificazione; Microchip consente l’utilizzo gratuito dello stack di protocollo, a condizione che questo sia impiegato con i microcontrollori PIC e con il proprio transceiver MRF24J40. MiWi è basato sui livelli MAC e PHY, ma la rete non può essere così ampia come nella corrispondente soluzione ZigBee, e l’interoperabilità con altri dispositivi ZigBee non è supportata. Un altro vantaggio di MiWi è che esso richiede dei microcontrollori semplici, meno costosi e con minor quantità di memoria rispetto a quelli necessari per realizzare una rete ZigBee.

Dal punto di vista hardware, Microchip offre il modulo MRF24J40 (datasheet) -visibile nella figura seguente-, un transceiver wireless a 2.4 GHz conforme sia allo standard ZigBee che ai protocolli proprietari di Microchip MiWi e MiWi P2P. Il transceiver dispone di un’antenna integrata PCB e, unitamente ad un microcontrollore PIC di Microchip, si presta ad essere utilizzato in applicazioni quali controllo industriale, automazione domestica e degli edifici, interruttori luce, sensori a bassa potenza, monitoraggio remoto.

MRF24J40 è il primo modulo ad alta frequenza prodotto da Microchip; richiede soltanto pochi componenti esterni, ha un basso assorbimento di potenza, ed è in grado di fornire prestazioni persino superiori a quelle richieste dallo standard IEEE 802.15.4. E’ disponibile in un package a 40 pin QFN (6x6 millimetri), è dotato di interfaccia seriale SPI, e supporta sia il Media Access Control (MAC) che l’Advanced Encryption Standard (AES) con codifica eseguita a livello hardware.

Microchip offre anche un sistema di sviluppo chiamato ZENA, un analizzatore di rete wireless in grado di fornire una rappresentazione grafica del traffico sulla rete. ZENA è pienamente compatibile con i dispositivi ZigBee, MiWi e MiWi P2P e, per mezzo di una funzionalità di packet sniffer, può analizzare e decodificare completamente il traffico sulla rete mostrando i pacchetti decodificati. Inoltre, ZENA è in grado di visualizzare la topologia della rete, e di catturare tutti i messaggi che viaggiano su di essa. Questo strumento è molto utile, soprattutto per i progettisti che hanno poca o nessuna esperienza con le reti wireless. E’ inoltre possibile memorizzare su file una sessione di test e debug, e analizzarla successivamente.

La demo board PICDEM Z di Microchip consente la rapida prototipazione e lo sviluppo di soluzioni di tipo wireless, sia con protocollo ZigBee che con MiWi. Il kit di PICDEM Z contiene tutto quanto è necessario per sviluppare una completa applicazione:
· 2 demo board PICDEM Z, equipaggiate con il microcontrollore PIC 18F4620
· 2 transceiver MRF24J40
· Il tool ZENA
·Il protocollo software ZigBee e MiWi

Repost: 13 Feb 2009

 

 

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