Reichweitentest für drahtlose Kommunikation mit Digi XCTU

Rob Faludi Rob Faludi, IoT Berater, Faludi.com
Juli 10, 2019

Willkommen zu unserer Serie über das Digi XCTU® Tool zum Konfigurieren und Testen von Digi XBee® Geräten. Hier sind die vorherigen Beiträge dieser Serie:

In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie Digi XCTU verwenden, um die Reichweite Ihrer drahtlosen Kommunikation zu testen.

Reichweitentest Digi XBee Nodes mit Digi XCTU

Bei der drahtlosen Kommunikation kann die Vorhersage der Qualität von Langstreckenverbindungen vor der Installation eines IoT Systems entscheidend sein. Bei der Überwachung von Öl- und Gasvorkommen kann es beispielsweise vorkommen, dass eine Funkverbindung von den Geräten vor Ort zu einer zentralen Überwachungsstation mehrere Kilometer zurücklegen muss. Die größte Entfernung, über die zwei Funkgeräte effektiv kommunizieren können, wird als Reichweite bezeichnet.

Es ist von entscheidender Bedeutung zu wissen, ob die von Ihnen gewählte Lösung funktionieren wird, bevor Sie sich auf den Weg in die Tundra machen, um sie einzusetzen. Die Digis XCTU-Anwendung bietet die automatisierten und grafischen Werkzeuge, die für einen vollständigen Loopback-Bereichstest Ihres gesamten Systems einschließlich der Antennen und der Verkabelung erforderlich sind. Sobald Sie vor Ort sind, können lokale Umgebungsfaktoren in Ihre Vorhersagen einbezogen werden. Möchten Sie wissen, ob Ihre Digi XBees die Reichweite erreichen? Digi XCTU gibt Ihnen die Gewissheit.

Erforderliche Teile

  • XBee 3 Zigbee Mesh Kit, bestehend aus:
    • 3 Digi XBee 3 Zigbee-Module
    • 3 Grove-Auswerteplatinen
    • 3 USB-Kabel
  • Ein Laptop oder Desktop-Computer
  • XCTU(kostenloser Download)

HINWEIS: Diese Anleitung funktioniert mit vielen Modellen von XBee-Funkgeräten, einschließlich Zigbee, 802.15.4, DigiMesh und Sub-GHz Digi XBees.

Grundeinstellung

Beginnen Sie damit, die Anweisungen im Artikel XCTU-Konfiguration zu befolgen:

  1. Digi XCTU herunterladen.
  2. Verbinden Sie ein Digi XBee 3 mit Ihrem Computer und einem Grove Evaluation Board.
  3. Öffnen Sie XCTU und klicken Sie auf Gerät hinzufügen, um eine Verbindung mit dem XBee 3 herzustellen:

Konfigurieren einer lokalen XBee

Als nächstes konfigurieren Sie das lokal angeschlossene Digi XBee 3 als Koordinator im API-Modus. Eine vollständige Beschreibung dieses Prozesses finden Sie in unserem Artikel XBee-Netzwerke drahtlos verwalten mit XCTU. Die grundlegenden Schritte sind:

  1. Ändern Sie die CE Device Role auf "Form Network [1]". Klicken Sie auf das Bleistiftsymbol, um Ihre Änderung in die Firmware zu schreiben.
  2. Optional können Sie die Einstellung für AP API Enable auf "API Mode With Escapes [2]" ändern. Dies ist für Reichweitentests nicht erforderlich, macht aber einige Vorgänge schneller.
  3. Optional können Sie NJ Node Join Time auf FF ändern, was eine spezielle Einstellung ist, die alle Join-Zeitlimits aufhebt.

Montieren Sie die Netzwerk-Hardware

Zusammenbau und Stromversorgung einer Fernsteuerung Digi XBee 3. Sie kann auf einem Evaluation Board montiert und dann an eine USB-Stromquelle angeschlossen werden. Wenn Sie eine USB-Batterie verwenden, können Sie Ihr entferntes XBee 3 während des Reichweitentests umherbewegen. Ab Werk sind die Digi XBee 3 Zigbee-Module so eingestellt, dass sie sich in jedes verfügbare Netzwerk einklinken, so dass wir sie für dieses Beispiel nicht konfigurieren müssen.

Zugriff auf entfernte Digi XBee Geräte

Um die Reichweite Ihres drahtlosen Netzwerks zu testen, muss XCTU mindestens ein entferntes XBee 3-Funkgerät kennen. Klicken Sie auf das Netzwerksymbol, das mit dem lokalen Funkmodul auf der rechten Seite des Feldes angezeigt wird (hier in rot eingekreist).

XCTU durchsucht das mit Ihrem lokalen Modul verbundene Funknetzwerk nach anderen Digi XBees im selben Netzwerk. Klicken Sie auf Ausgewählte Geräte hinzufügen, um diese entfernten XBee-Module in Ihre Sammlung aufzunehmen. Sie werden dann direkt unter Ihrem lokalen Modul angezeigt.

Reichweitentest mit Digi XCTU

Sobald Sie Ihr lokales Funkgerät hinzugefügt und mindestens einen entfernten XBee in XCTU entdeckt haben, können Sie einige Reichweitentests durchführen. Dies ist ein sehr einfaches Verfahren.

  1. Beginnen Sie mit der Auswahl des Bereichstest Option aus dem Werkzeuge Menü.
  2. Die Funkreichweitentest Fenster wird angezeigt, einschließlich des Bereichs "Geräteauswahl" oben und der Bereichstestgrafiken darunter.
  3. Im Geräteauswahl Bereich, wählen Sie das lokale Funkgerät und dann eines der erkannten Remote-Funkgeräte wie gezeigt.
  4. Für diesen ersten Test gehen wir mit den Standardeinstellungen vor, verwenden die Cluster-ID 0x12, um Loopback auf dem entfernten XBee-Zigbee-Funkmodul einzustellen und senden 100 Pakete mit einer Verzögerung von 1 Sekunde (1000 ms). HINWEIS: Bei Nicht-Zigbee-Geräten müssen Sie möglicherweise einen Hardware-Loopback-Jumper verwenden, der den RX-Pin mit dem TX-Pin des entfernten Funkgeräts verbindet, damit alles Empfangene sofort im AT-Modus zurückgesendet wird. Bei Protokollen, die Cluster 0x12 unterstützen, wird dieser Loopback automatisch in der Software durchgeführt.
  5. Starten Sie den Bereichstest, indem Sie auf Startbereichstest wie gezeigt. XCTU beginnt, Pakete zu senden und die Signalstärke der zurückgesendeten Pakete zu messen.
  6. Alle Daten werden in Diagrammen angezeigt, einschließlich des aktuellen lokalen und entfernten Received Signal Strength Indicator (RSSI), der Anzahl der gesendeten und empfangenen Pakete sowie eines Liniendiagramms, das alle diese Werte im Zeitverlauf darstellt.
  7. Das Liniendiagramm ist wahrscheinlich der nützlichste Abschnitt, besonders wenn Sie das Funkgerät während des Tests bewegen, da Sie alle Änderungen sehen können. Im Allgemeinen nimmt die Signalstärke ab, wenn Sie sich weiter weg bewegen, während der Prozentsatz des empfangenen Signals hoch bleibt. Irgendwann beginnen Sie, das Signal zu verlieren, und der Prozentsatz des empfangenen Signals sinkt, wenn der RSSI-Wert in die Nähe von -100 dBm fällt. Wenn Sie die Funkgeräte näher zusammenbringen, wird die Verbindung wiederhergestellt und der RSSI-Wert verbessert.

Live-Test

Hier ist ein Video, das den gesamten Prozess des Reichweitentests mit Digi XCTU zeigt. Zu Beginn sind das lokale und das entfernte Funkgerät sehr nahe beieinander. Wenn sie dann weiter auseinander bewegt werden, sehen Sie eine Verringerung des RSSI und schließlich einige verlorene Pakete. Wenn sie wieder zusammengebracht werden, hört der Paketverlust auf und die Signalstärke kehrt auf ein brauchbares Niveau zurück.

Warum drahtlose Reichweitentests sinnvoll sind

Um die Qualität und Zuverlässigkeit von drahtlosen Langstreckenverbindungen zu verstehen, muss die längste Entfernung getestet werden, über die zwei Funkgeräte effektiv kommunizieren können. Die Digis XCTU-Anwendung bietet automatisierte, grafische Werkzeuge für vollständige Reichweitentests. Sie erstellt Diagramme, die zeigen, wie sich die Funkleistung über die Zeit und die Entfernung ändert.

In einem sehr praktischen Sinn können Sie Digi XCTU verwenden, um sich auf eine Bereitstellung von IoT vorzubereiten:

  • Sie können den Verlust der Signalreichweite vorhersagen und dann sicherstellen, dass sich alle Knoten innerhalb dieses Abstands zueinander befinden, mit einer Sicherheitsmarge.
  • Sie können testen, wie viel Signal durch eine Wand, ein Gebäude, ein kundenspezifisches Gerätegehäuse oder ein hügeliges Gelände absorbiert wird.
  • Und Sie können die Leistung bei verschiedenen Frequenzen oder mit verschiedenen Protokollen für beste Zuverlässigkeit und Reichweite vergleichen.

Digi XCTU gibt Ihnen viele empirische Werkzeuge für das Design Ihres Netzwerks und die realen Ergebnisse, um Ihre Entscheidungen zu untermauern, damit Sie sich keine Sorgen machen müssen.

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