บทนำ

1. หลักการและเหตุผล

โครงงานเรื่อง Zigbee interference experiment โดยศึกษาหาปัจจัยที่จะส่งผลกระทบต่อการรบกวนสัญญาณของ zigbee ภายใต้สภาวะต่างๆ ภายในขอบเขตการทำงานที่กำหนดขึ้น

2. วัตถุประสงค์

2.1 เพื่อศึกษาคุณลักษณะ และการทำงานของ Wireless และ Zigbee

2.2 เพื่อศึกษาการรบกวนสัญญาณของ Zigbee ภายใต้ wireless lan

2.3 เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ Zigbee เมื่อเปลี่ยน channel และ power level ของ Zigbee

3. ขอบข่ายของงาน

3.1 ศึกษาการทำงานของ wireless และ zigbee เบื้องต้น

3.2 ศึกษาการรบกวนสัญญาณด้วยโปรแกรม x-ctu ภายใต้สภาวะที่ความแรงของ wireless ที่มีการใช้งาน และไม่มีการใช้งาน

3.3 ศึกษาการบกวนสัญญาณด้วยโปรแกรม x-ctu ภายใต้สภาวะที่ความแรงของ Zigbee ต่างๆ

3.4 ศึกษาการรบกวนสัญญาณด้วยโปรแกรม x-ctu ภายใต้สภาวะทีเปลี่ยน channel(c,f,12,15,18) ของ Zigbee

4. แนวทางการดำเนินงาน

จากการศึกษาคุณลักษณะและการทำงานของ wireless และ zigbee เบื้องต้น ในการทดลองนี้เราจะศึกษาต่อว่า ในสภาวะที่มีการใช้งานwireless และไม่มีกรใช้งาน wireless มีผลต่อการรบกวนสัญญาณหรือไม่ มากน้อยเพียงไร และผลในการเปลี่ยน channel และ power level ของ Zigbee มีผลต่อการรบกวนสัญญาณหรือ ไม่มากน้อยเพียงไร

5.ผลที่คาดว่าจะได้รับ

5.1 ได้เรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานของ wireless และ Zigbee

5.2 ได้เรียนรู้เกี่ยวกับการใช้โปรแกรม x-ctu เบื้องต้น
5.3 ได้เรียนรู้ถึงปัจจัยที่รบกวนสัญญาณของ Zigbee

5.4 ได้นำสิ่งที่ได้ทำการทดลอง นำมาใช้ในชีวิตประจำวันให้เกิดประโยชน์

Zigbee คือ ?

Applications

Why ZigBee?



• Reliable and self healing
  
• Supports large number of nodes
  
• Easy to deploy
  
• Very long battery life
  
• Secure
  
• Low cost
  
• Can be used globally
  

ZigBee ZigBee Market Goals



• Global band operation, 2.4 GHz, 915 MHz, 868 MHzGlobal
  
• Unrestricted geographic use
  
• RF penetration through walls and ceilings
  
• Automatic or semiAutomatic or semi-automatic installation
  
• Ability to add or remove devices
  
• Cost advantageous
  

ZigBee ZigBee Technical Market Goals



• 10 kbps to 115 kbps data throughput
  
• 10 to 75 m coverage range
  
• Up to 100 collocated networks
  
• Up to 2 years of battery life on standard alkaline batteries
  

How Does ZigBee ZigBee Compare?



Zigbee Stack Reference Model



IEEE 802.15.4

802.15.4 Applications



• Sensors & Controls
  
• Home networking
  
• Industrial networks
  
• Remote metering
  
• Automotive networks
  
• Interactive Toys
  
• Active RFID / Asset Tracking
  

802.15.4 General Characteristics



• Data rates of 20 kbps and up to 250 kbps
  
• Star or Peer-to to-Peer network topologies
  
• Support for Low Latency Devices
  
• CDMACDMA-CA Channel Access
  
• Dynamic Device Addressing
  
• Low Power Consumption
  
• Extremely low duty-cycle (<0.1%)
  

802.15.4 Frequency Bands



IEEE 802.15.4 Device Types

Network Coordinator



• Maintains overall network knowledge; most sophisticated of thethreetypes; most memory and computing power
  

Full Function Device (FFD)



• Carries full 802.15.4 functionality and all features specified by the standard
  
• Additional memory, computing power make it ideal for a network router function
  
• Could also be used in network edge devices where the network touches other networks or devices that are not IEEE 802.15.4 compliant
  

Reduced Function Device (RFD)



• Carriers limited (as specified by the standard) functionality tocontrol cost and complexity
  
• General usage will be in network edge devices
  

Channel Division




ZigBee Network Model



Basic Network Characteristics




Topology Models


Comparison of complimentary protocols


802.15.4/ZigBee vs Bluetooth

Topology & Application

Star Networks (Personal Area Network)



• Home automation
  
• PC Peripherals
  
• Personal Health Care
  

Peer-to-Peer (ad hoc, self organizing & healing)



• Industrial control and monitoring
  
• Wireless Sensor Networks
  
• Intelligent Agriculture
  

CH (Channel) Command
The CH command is
used to set/read the operating channel on which
RF connections are made between RF modules.
The channel is one of three addressing options
available to the module. The other options are the
PAN ID (ID command) and destination addresses
(DL & DH commands).
In order for modules to communicate with each
other, the modules must share the same channel number. Different channels can be used to prevent
modules in one network from listening to transmissions of another. Adjacent channel rejection
is 23 dB.
The module uses channel numbers of the 802.15.4 standard.
Center Frequency = 2.405 + (CH - 11d) * 5 MHz (d = decimal)

Wi-Fi (Wireless Fidelity) คือ ?

จากอดีต
ก่อนที่เราจะมาพูดถึงว่า Wi-Fi มันคืออะไรนั้น เราลองมาทำความเข้าใจกันเล็กๆน้อยเกี่ยวกับเรื่องระบบ Network สักนิดนะครับ การที่ คอมพิวเตอร์หลายๆเครื่องจะมาเชื่อมต่อกัน เพื่อประโยชน์ในการแชร์ ข้อมูลซึ่งกันและกันหรือเอามาแชร์ Internet เพื่อใช้งาน แบบประมาณว่า ต่อ Internet เพียงแค่เครื่องเดียว เครื่องอื่นๆที่อยู่ในเครือข่ายก็สามารถใช้งาน Internet ได้ด้วย ซึ่งการต่อเชื่อมคอมพิวเตอร์หลายๆเครื่องเข้าด้วยกันนี้ แต่เดิมนั้นเราจะใช้สาย Lan ต่อเข้ากับ Lan card ของเครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องเพื่อจะเชื่อมเข้าหา ซึ่งการต่อแบบใช้สายนี้มันมีค่าใช้จ่ายไม่แพงมาก แต่จะยุ่งยากหน่อยก็ตรงที่ในบ้านเรา หรือใน office ที่เราจะเชื่อมต่อนั้น จะต้องเรียกช่างมาเดินสาย Lan เหมือนกับเดินสายไฟภายในบ้าน ซึ่งมันก็วุ่นมากทีเดียวหากเป็นบ้านที่มีคนอยู่แล้ว ต้องมานั่งรื้อข้าวของให้วุ่นวายกันไปหมด

ถึงปัจจุบัน

เหมือนกับว่าพระเจ้าเห็นใจผู้รักเทคโนโลยี จึงทำให้มีผู้คิดค้นวิธีเชื่อมต่อ Lan แบบใหม่ขึ้นมาโดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมโยงสายให้มันวุ่นวาย แต่คราวนี้เราจะใช้คลื่นเชื่อมแทนครับ ฟังแค่นี้ก็ดูน่าสนใจขึ้นมาแล้วใช่ไหมครับ
ด้วยระบบเทคโนโลยี Lan ไร้สาย 802.11 จึงเกิดขึ้นมาบนโลกเบี๊ยวๆใบนี้ โดยการพัฒนาจากสถาบันวิศวกรไฟฟ้า และ อิเลคโทรนิค หรือ Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) นั่นเอง เลยทำให้กลายเป็นศัพท์ใหม่ที่เห็นกันบ่อยๆว่า IEEE 802.11 ซึ่งก็ได้มีการพัฒนากันมาเรื่อยจาก 802.11 ธรรมดามาเป็น 802.11b 802.11a 802.11g ซึ่งมันจะต่างกันเรื่องของความเร็วในการรับส่งข้อมูลเป็นหลัก ( เดี๋ยวเราค่อยมาเล่าต่ออีกทีว่ามันต่างกันอย่างไร )

Wi-Fi คืออะไร

Wi-Fi ก็คือองค์กรหนึ่ง ที่ทดสอบผลิตภัณฑ์ Wireless Lan หรือระบบ Network แบบไร้สาย ภายใต้เทคโนโลยีการสื่อสาร ภายใต้มาตราฐาน IEEE 802.11 ว่าอุปกรณ์ทุกตัวซึ่งต่างยี่ห้อกันนั้นมันสามารถติดต่อสื่อสารกันได้โดยไม่มีปัญหา หากว่าอุปกรณ์ตัวนั้นมันผ่านตามมาตราฐานเขาก็จะปั๊ม ตรา WIFI certified ซึ่งเป็นอันรู้กันว่าอุปกรณ์ชิ้นนั้นสามารถติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ตัวอื่นที่มีตรา WIFI certified นี้ได้เช่นกัน แต่ทำไปทำมามันกลายเป็นคำศัพท์สำหรับ อุปกรณ์ Lan ไร้สาย ไปโดยปริยาย จนบางคนก็เรียกกันติดปาก

เช่น Notebook ตัวนี้ หรือ PDA ตัวนี้มันมี WiFi ด้วยหละ! นั่นก็หมายความว่า อุปกรณ์ชิ้นนั้นมันสามารถติดต่อสื่อสารกับเครื่องตัวอื่นในระบบ Network แบบไร้สายได้ โดยอยู่ภายใต้มาตราฐานเทคโนโลยี 802.11


แล้วเลข 802.11 มันคืออะไร ซึ่งผมเชื่อว่ามันต้องเป็นคำถามต่อมาอย่างแน่นอน สำหรับเลข 802.11 นั้นก็เป็น เทคโนโลยีมาตราฐานแบบเปิดซึ่งกำหนดโดย Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) โดยเลขหลักตัวหน้ามันจะเหมือนๆกัน แต่ความแตกต่างของเทคโนโลยีจะกำหนดด้วยตัวอักษรด้านหลัง เช่น 802.11b 802.11a 802.11g
ลักษณะการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ IEEE 802.11 WLAN แบ่งเป็น 2 ลักษณะ
1.โหมด Infrastructure

1.1 Basic Service Set (BSS) หมายถึงบริเวณของเครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ที่มีสถานีแม่ข่าย 1 สถานี ซึ่งสถานีผู้ใช้ภายในขอบเขตของ BSS นี้ทุกสถานีจะต้องสื่อสารข้อมูลผ่านสถานีแม่ข่ายดังกล่าวเท่านั้น
1.2 Extended Service Set (ESS) ) หมายถึงบริเวณของเครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ที่ประกอบด้วย BSS มากกว่า 1 BSS ซึ่งได้รับการเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน สถานีผู้ใช้สามารถเคลื่อนย้ายจาก BSS หนึ่งไปอยู่ในอีก BSS หนึ่งได้โดย BSS เหล่านี้จะทำการ Roaming หรือติดต่อสื่อสารกันเพื่อทำการโอนย้ายการให้บริการสำหรับสถานีผู้ใช้ดังกล่าว

2. โหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer
เครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ในโหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer เป็นเครือข่ายที่ปิดคือไม่มีสถานีแม่ข่ายและไม่มีการเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่น บริเวณของเครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ในโหมด Ad-Hoc จะถูกเรียกว่า Independent Basic Service Set (IBSS) ซึ่งสถานีผู้ใช้หนึ่งสามารถติดต่อสื่อสารข้อมูลกับสถานีผู้ใช้อื่นๆในเขต IBSS เดียวกันได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านสถานีแม่ข่าย แต่สถานีผู้ใช้จะไม่สามารถรับส่งข้อมูลกับเครือข่ายอื่นๆได้


ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานกับเครือข่ายไร้สายPCI Card , PCMCIA Card , USB Adapter , Access Point , Wireless Broadband Router , Wireless Signal , Booter , Wireless Bridge , Wireless PrintServer , PoE (Power over Ethernet) Adapter

INTERFERENCE

การส่งสัญญาณเป็นการส่งข้อมูลโดยการแปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปสัญญาณ อาจจะใช้สัญญาณทางไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆในการรับ-ส่งข้อมูล โดยในการรับ-ส่งสัญญาณนั้นอาจมีสัญญาณที่ถูกรบกวน
ปัจจัยที่มีผลต่อการรับส่งข้อมูล
การลดทอน (Attenuator)
สัญญาณจะต้องมีขนาดมากพอที่เครื่องรับสามารถตรวจจับได้ สัญญาณที่ส่งจะต้องมีค่ามากกว่า
สัญญาณรบกวน ซึ่งจะทำให้ไม่เกิดความผิดพลาดการลดทอนจะเป็นฟังก์ชั่นเพิ่มของความถี
เวลา (Clocking) :
จังหวะการทำงานในการรับส่งข้อมูลมีผลต่อความผิดพลาดในการรับส่งข้อมูล การรับส่งข้อมูล
จะต้องรู้จุดเริ่มต้นและจดจบของการรับส่งข้อมูลเพื่อจะทำให้การรับส่งข้อมูลมีความสัมพันธ์กัน
การตรวจจับความผิดพลาด (Error detection) :
การตรวจจับความผิดพลาดมีความสำคัญในการรับส่งข้อมูลเป็นอย่างมาก ในการเข้ารหัสบาง
ประเภทจะนำการตรวจสอบความผิดพลาดใส่เข้าเป็นการตรวจสอบในชั้นกายภาพด้วย
สัญญาณรบกวน Signal interference and noise immunity :
มีหลายสาเหตุที่ทำให้เกิดความผิดพลาดในการรับส่งข้อมูล สัญญาณรบกวนที่เกิดจากปัจจัย
หรือสภาวะแวดล้อมต่างๆ ก็มีผลทำให้เกิดความผิดพลาดในการรับส่งได้

การทดลอง

อุปกรณ์1. Zigbee(RS232)

2.Zigbee(USB)
3. Computer (ที่สามารถเชื่อมต่อกับ wireless ได้)4. โปรแกรม x-ctu
สถานที่ทำการทดลองใต้คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต (สามารถทำการทดลองได้ทุกที่ที่มีสัญญาณ wireless)
วิธีการทดลอง

เชื่อมต่อ port Zigbee (USB) กับ computer และนำ Zigbee(RS232) ไปวางให้ห่างจาก Zigbee (USB) ประมาณ 20 เมตร โดยสถาณที่ทดลองจะจำลองการเชื่อมต่อ wireless ดังนี้

1.1 ในบริเวณที่มีสัญญาณ wireless แล้วมีผู้ใช้ wireless จำนวนมาก

1.2 ในบริเวณที่มีสัญญาณ wireless แล้วไม่มีผู้ใช้ wireless

1.3 ในบริเวณที่ไม่มีสัญญาณ wireless

ผลการทดลอง

ผลการทดลองตอนที่ 1.1ในบริเวณที่มีสัญญาณ wireless แล้วมีผู้ใช้ wireless จำนวนมาก

Channel C
Power Level : 0


Power Level : 1


Power Level : 2




Power Level : 3



Power Level : 4


Channel F

Power Level : 0


Power Level : 1


Power Level : 2


Power Level : 3


Power Level : 4




Channel 12

Power Level : 0


Power Level : 1


Power Level : 2


Power Level : 3


Power Level : 4



Channel 15

Power Level : 0


Power Level : 1


Power Level : 2


Power Level : 3


Power Level : 4


Channel 18

Power Level : 0


Power Level : 1


Power Level : 2


Power Level : 3


Power Level : 4

ผลการ ทดลองตอนที่ 1.2 ในบริเวณที่มีสัญญาณ wireless แล้วไม่มีผู้ใช้ wireless

ผลการ ทดลองตอนที่ 1.3 ในบริเวณที่ไม่มีสัญญาณ wireless