- - last week - -

วิเคราะห์ผลการทดลอง

ก่อนเริ่มทำการเก็บข้อมูลได้วัดระยะขอบเขตของการทดลอง โดยวัดจากขอบเขตที่ XBee 2 ตัว รับส่งข้อมูล (packet)ได้ นั่นคือระยะทางที่ XBee 2 ตัวห่างกัน 100 m ดังนั้น ระยะขอบเขตที่ใช้ในการทดลองจึงเป็น 200 m (ระยะก่องถึงจุดอ้างอิง และเลยจุดอ้างอิงไป อย่างละ 100m )

จากข้อมูลที่เก็บได้ นำมาคำนวณ ระยะเวลาที่ใช้ขณะรถยนต์เคลื่อนที่และปริมาณข้อมูลที่ส่งได้ภายในระยะทาง200mดังนี้

• เวลาที่ใช้(วินาที) = [200 ระยะทางที่รถเคลื่อนที่(m)*60 จำนวนนาทีของหนึ่งชั่วโมง * 60จำนวนวินาทีของหนึ่งนาที] / [ความเร็วที่คงที่ของรถยนต์(km/hr)*1000จำนวนเมตรของหนึ่งกิโลเมตร]
  
• ปริมาณข้อมูลที่ส่งได้(bytes) = จำนวนpacketsที่รับได้ * 32จำนวนไบต์ของหนึ่งpacket
  
• ปริมาณข้อมูลที่ส่งได้(bits) = จำนวนpacketsที่รับได้ * 32จำนวนไบต์ของหนึ่งpacket*8จำนวนบิตของหนึ่งไบต์

ซึ่งจะคำนวณค่าที่ความเร็วต่างๆได้ตามตารางดังนี้

จากผลการทดลองที่เก็บข้อมูลมาจะเห็นได้ว่า ยิ่งรถยนต์เคลื่อนที่เร็วมากขึ้น packetsที่รับได้ก็จะยิ่งน้อยลง นั่นคือเมื่ออัตราความเร็วของรถเพิ่มขึ้นปริมาณข้อมูลที่ส่งได้จะลดลงเรื่อยๆ ทั้งนี้เนื่องจากขณะที่รถยนต์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่างๆ ในระยะทางที่เท่าเดิม ถ้าความเร็วมากขึ้นจะทำให้เวลาในการรับส่งข้อมูลน้อยลง

ความสัมพันธ์ของความเร็วและปริมาณข้อมูลที่รับส่งได้จะเป็นไปตามรูปต่อไปนี้

แผนภูมิแบบแท่งของปริมาณข้อมูลที่ส่งได้ที่ความเร็วต่างๆ

ร้อยละของปริมาณข้อมูลที่ส่งได้ที่ความเร็วต่างๆ


กราฟความสัมพันธ์ของปริมาณข้อมูลที่ส่งได้ที่ความเร็วต่างๆ


นอกจากนี้แล้วในการทดลองจะเห็นได้ว่า ขณะที่XBee2ตัวเคลื่อนที่มาอยู่ใกล้กันจะส่งข้อมูลได้ปริมาณมากกว่าที่อยู่ห่างกัน




การประยุกต์ใช้ในอนาคต

จากผลการทดลองนี้มีโอกาสที่จะนำไปประยุกต์ใช้กับสถานการณ์ต่างๆได้
ตัวอย่างเช่น ถ้าเกิดรถยนต์มีวงจรXBee เพื่อเป็นรับส่งข้อมูลต่างๆกับXBeeอีกตัวที่อยู่ตามท้องถนนซึ่งคอยเป็นตัวส่งข้อมูลของสภาพการจราจร,อุบัติเหตุที่เกิดขี้นบนถนนเส้นต่างๆ หรือพร้อมทั้งส่งรูปมาให้ทราบถึงการจราจรบนถนนเส้นต่างๆ ซึ่งจะเป็นส่วนการช่วยลดปัญหาการจราจรลดลง



สรุปผลการทดลอง
PROJECT : ZigBee Mobility Experiment

การทดลองนี้เป็นการทดลองเพื่อศึกษาในเรื่องการรับส่งข้อมูลขณะเคลื่อนที่ ในระบบเทคโนโลยีไร้สายประเภทZigBee โดยในการทดลองนี้ใช้ชุดทดลองXBee เป็นตัวในการรับส่งข้อมูล โดยให้XBeeตัวหนึ่งเป็นฐานในการส่งข้อมูลอยู่ภายในรถที่อยู่นิ่ง และอีกตัวอยู่ภายในรถที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่างๆ ภายในระยะทางที่กำหนดไว้ 200 m ซึ่งจะพบว่า ยิ่งอัตราเร็วของรถเพิ่มขึ้น ปริมาณของข้อมูลที่ส่งได้ก็จะยิ่งลดลง เนื่องจากเวลาจะลดลงเมื่อรถเคลื่อนที่เร็วขึ้น และขณะXBeeเคลื่อนที่เข้ามาใกล้กับXBeeตัวที่อยู่นิ่ง อัตราการรับส่งข้อมูลก็จะเพิ่มสูงขึ้นด้วย และจากการค้นคว้าเพิ่มเติมยังพบอีกว่าระบบ802.15.4สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์พื้นฐานเช่น เซนเซอร์ และ Actuators ที่มีราคาถูกและยังสามารถเชื่อมต่อกันเป็นเครือข่ายโดยอุปกรณ์ต่างๆจะสื่อสารกันเองอย่างเป็นระบบตามที่ได้ตั้งไว้ ซึ่งจากการทดลองนี้จะเห็นได้ว่าสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการแก้ไขปัญหาการจราจรโดยที่รถยนต์ตามท้องถนนจะรับข้อมูล สภาพการจราจร ข้อมูลด้านอุบัติเหตุต่างๆ จากตัวฐานที่ส่งข้อมูลอยู่ตามสถานที่ต่างๆบนถนน และยังสามารถเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายกับไฟตามท้องถนน โดยจำมีการทำงานแบบอัตโนมัติ เช่น ไฟที่ส่องสว่างจะลดลงเมื่อไม่มีรถผ่านมา

IEEE 802.15.4 MAC

IEEE 802.15.4 MAC

ใน MAC sublayer จะทำหน้าที่ 2 อย่างคือ MAC data service และ MAC management service โดยมีคุณสมบัติต่างๆดังนี้

- Beacon management

- Channel access

- GTS management

- Frame validation

- Acknowledgement frame delivery

- Association and Disassociation

1. Super Frame Structure

ระบบเนตเวิร์กแบบ LR-WPAN สามารถที่จะเลือกใช้ Super Frame Structure ได้ โดยรูปแบบของ Super Frame จะถูกกำหนดโดย PAN Coodinator

Super Frame จะถูกแบ่งออกเป็น 16 slot ซึ่งในการส่ง Beacon จะส่งไปกับเฟรมแรกของ Super Frame นี้ และหาก Coordinator ไม่ต้องการใช้ Super Frame Structure Coordinator จะไม่ทำการส่ง Beacon มากับเฟรมแรก

Beacon จะใช้ในการ Synchronize กับอุปกรณ์อื่นๆ , ใช้ในการระบุ PAN และ ใช้อธิบายโครงสร้างของ Super Frame

การทำงานโดยใช้ Super Frame นั้นจะมีสองสถนะคือ Active และ Inactive ในการทำงานแบบ Inactive นั้น Coordinator จะไม่ติดต่อกับ PAN และจะปรับตัวเองเข้าสู่ Low-Power mode ส่วนในสถานะ Active นั้นจะถูกแบ่งออกเป็นสองช่วงเวลา คือ Contention Access Period (CAP) และ Contention Free Period (CFP)

Contention Access Period - ในช่วงของ CAP หากมีอุปกรณ์ใดต้องการจะติดต่อสื่อสารในช่วงเวลานี้จะต้องแข่งขันกัน โดยใช้อัลกอรึทึมแบบ Sloted CSMA-CA

Contention Free Period - ส่วนในช่วงของ CFP จะใช้ GTS แทน โดย GTS จะปรากฎอยู่ที่ส่วนท้ายของ Super Frame และจะทำการเรียก CAP ขึ้นมาทำงาน

และหาก PAN ไม่ต้องการที่จะใช้ Super Frame Coordinator จะไม่ทำการส่ง Beacon ไปกับ

Frame และ การสื่อสารทั้งหมด ยกเว้น Acknowledgement Frame จะทำได้โดยใช้อัลกอริทึมแบบ unsloted CSMA-CA และจะไม่มีการใช้ GTSs ด้วย

2 CSMA-CA Algorithm

หาก Super Frame Structure ถูกใช้ใน PAN การสื่อสารจะใช้อัลกอริทึมแบบ sloted CSMA-CA และหาก Beacon ไม่ถูกนำมาใช้ใน PAN จะสื่อสารข้อมูลด้วยอัลกอริทึมแบบ unsloted CSMA-CA ในการเลือกใช้อัลกอริทึมนั้นจะใช้เลาช่วงหนึ่งเรียกว่า Backoff Period

ใน slotted CSMA-CA Backoff Period จะเกี่ยวข้องกับอุปรณ์ทุกตัวใน PAN ซึ่งจะถูกจัดเรียงโดย Superframe Slot ของ PAN Coordinator โดยในแต่ละครั้งที่อุปกรณ์ต้องการจะส่ง Data Frame ในช่วงของ CAP จะต้องทำการกำหนดขอบเขตของ Backoff Period ถัดไปด้วย แต่ใน Unslotted CSMA-CA Backoff period ของอุปกรณ์แต่ละตัวจะไม่มีการติดต่อกับ Backoff Period ของอุปกรณ์อื่น

CSMA-CA Algorithm มีตัวแปรที่เกี่ยวข้องสามตัวคือ

NB(Number) - จำนวนครั้งที่ CSMA-CA Algorithm ต้องใช้เพื่อที่จะ Backoff ในขณะที่กำลังสื่อสารข้อมูลอยู่ซึ่งจะถูกกำหนดเป็น 0 ทุกครั้งที่เริ่มต้นส่งข้อมูล

CW(Contention Window lenght) - จำนวนของ Backoff Period ที่ใช้ในการ clear activity ก่อนที่จะเริ่มการส่งข้อมูลโดยจะกำหนดค่าเริ่มต้นเป็น 2 ในแต่ละครั้ง และจะถูก reset เป็น 2 อีกครั้งเมื่อ channel มีการใช้งานอยู่

BE(Backoff Exponent) - เกี่ยวข้องกับจำนวนครั้งของ Backoff Period ที่อุปกรณ์นั้นจะต้องรอเพื่อที่จะกลับมาใช้ channel อีกครั้ง ขั้นตอนการทำงานของ CSMA-CA แสดงได้ดังรูปต่อไปนี้

- - ผลการทดลอง - -

ผลการทดลอง

ข้อมูลที่เก็บได้ภายในระยะทางที่รถวิ่ง200m

ความเร็ว***ข้อมูลที่รับได้**ข้อมูลที่รับไม่ได้***Range Test***ช่วงที่packetsรับได้
(km/hr)*(packets)*(packets)*******(%)

*5********38********283**********11.8******111,133,136,145,146,148-166,168-181
10********22********110**********16.7******49,51-63,65-71,79
15********16*********85**********15.8******34,35,38-51
20********13*********49************21******28-40
25*********9*********50**********15.3******31-38,40
30*********7*********43************14******27-33
35*********5*********43**********10.4******30-34
40*********6*********23**********20.7******13-15,17-19
45*********6*********16**********27.3******6-11
50*********5*********15************25******6-10
55*********4*********19**********17.4******6-9
60*********4*********15**********21.1******4-7
65*********2*********12***********7.7******17,18



ตารางการเก็บข้อมูลภายในระยะทางที่รถวิ่ง200m

- - วิธีการทดลอง - -

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง



วิธีการทดลอง

1. นำวงจร XBee(1) [ไม่เคลื่อนที่] ไว้หลังรถคันที่หนึ่ง ซึ่งจอดนิ่งอยู่กับที่ โดยวงจรนี้จะต่อเข้ากับถ่าน 9V
2. นำวงจร XBee(2) [เคลื่อนที่] ไว้หน้ารถคันที่สอง ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยใช้โปรแกรม X-CTU เป็นตัววัดปริมาณข้อมูลที่ส่งได้
3. ในโปรแกรม X-CTU กำหนดให้ 1 packet ที่ส่งมีข้อมูล 32 bytes(0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNO) และ data receive time out มีค่า 200 msec
4. ขับรถคันที่สองให้มีความเร็วคงที่ ที่ความเร็วต่างๆ ดังนี้ 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 และ 65 km/hr โดยที่ จุดเริ่มต้นห่างจากรถคันที่หนึ่ง100m(ก่อนถึง) และจุดสิ้นสุดเลยรถคันที่หนึ่งไป100m
5. บันทึกข้อมูลที่ได้ขณะที่รถมีความเร็วต่างๆกัน

ภาพประกอบข้อมูล

ถนนที่ใช้ทดลอง

XBee(1) หลังรถคันที่ไม่เคลื่อนที่

XBee(2) หน้ารถคันที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่างๆ

ขับที่ความเร็วคงที่ต่างๆที่กำหนด

โปรแกรม X-CTU

IEEE 802.15.4 Physical Layer

IEEE 802.15.4 Physical Layer

การทำงานของ Physical Layer มีสองรูปแบบคือ data service และ management service
โดย Physical Layer สามารถที่จะ เปิด-ปิด radio-transceiver , Energy Detection , Link Quality Indication , channel selection , Clear Channel Assessment , และ รับส่งpacket ผ่านทางสื่อกลาง
ในย่านความถี่ 2.4 Ghz ถึง 2.4835 Ghz มีช่องทางการสื่อสารทั้งหมด 16 channel ดังรูป

Receiver Energy Detection ( ED )

ค่า ED จะถูกนำไปใช้ใน Network layer ซึ่งจะเกี่ยวกับ Chennnel Selection Algorithm
ค่า ED เป็นค่าของ Signal Power ที่สามารถรับได้

Link Quality Indication ( LQI )


LQI เป็นการวัด Strength และ Quality ของ Packet ที่รับได้ ซึ่งจะใช้ค่า ED และ

Signal – to – Noise estimation ในการคำนวณค่า LQI และจะถูกนำไปใช้โดย Network layer

Clear Channel Assessment ( CCA )

- Energy above threshold เป็นการตรวจจับ energy ว่าอยู่เหนือค่าของ ED threshold หรือไม่
- Carrier sense only เป็นการตรวจจับว่ามีคลื่นสันญาณที่อยู่ในมาตรฐาน IEEE 802.15.4หรือไม่
- Carrier sense above energy threshold จะตรวจจับสันญาณในรูปแบบของ IEEE 802.15.4 และมี energy อยู่เหนือค่า ED threshold