有什么原因能够影响网络中设备的通信状况呢？

本文描述障碍和其他因素如何影响网络中设备的通信状况。一旦了解了可能影响信号和无线通信的因素，就可以尝试执行范围测试。

一、距离与障碍

基本通信系统包括以下组件：发射元件、接收装置、进行交流的环境、天线或其他聚焦元件。可以将RF通信与简单的音频通信进行比较：我们的声带传输的声波可能被某人的耳膜接收。我们可以使用扩音器来聚焦和引导声波，以提高通信效率。



无线通信中发射机的作用是一个信号馈送到用于传输的天线。无线电发射器以一定的信号强度（功率输出）将数据编码为RF波，以将信号投影到接收器。 所述接收机获取并解码来自通过接收天线的数据。接收器执行接收和解码指定的RF信号，同时拒绝不需要的RF信号的任务。

天线是将能量集中在特定方向上的设备，类似于扩音器集中语音能量的方式。天线可以根据设计和应用提供不同的辐射方向图。将能量集中在给定方向上的量称为天线增益。 发射器和接收器之间的空间是系统的环境。

在发送和接收天线之间获得RF视线（LOS）对于实现远程无线通信至关重要。通常有两种类型的LOS用于描述环境：

（1）可视LOS：是从一个站点看到另一个站点的能力。它仅需要两点之间的直线路径。

（2）RF LOS：不仅需要视觉LOS，还需要无障碍的橄榄球状路径（称为菲涅耳区），因此数据可以从一个点到另一点进行最佳传输。菲涅耳区可被视为两个站点之间的隧道，为RF信号提供了路径。

     

二、影响无线通信的因素

尽管为某些XBee设备指定的通信距离可以达到25英里或更长，但是此值可能会受到降低信号质量的因素的影响：

（1）某些材料可能会反射射频波，从而干扰其他波并降低信号强度。特别是，金属或导电材料是很好的反射器，尽管几乎任何表面都可以反射波并干扰其他射频波。

（2）无线电波可能会被其路径中的物体吸收，从而导致功率损耗并限制传输距离。

（3）可以调节天线，以增加无线通信系统中数据可以传播的距离。

天线可以施加的焦点越多，系统产生的范围就越大。尽管高增益天线覆盖的面积较小，但它们可以实现的范围比低增益天线更大。手电筒可以帮助说明原理。

一些手电筒允许用户通过扭转透镜来聚焦或散布光束来调节光束。当透镜扩散（或扩散）光束时，该光束传播的距离比扭曲透镜聚焦时要短。



（4）视线可以帮助提高信号的可靠性。

为了达到最大射程，无线电波传播的橄榄球状路径（菲涅耳区）必须没有障碍物。路径中的建筑物，树木或其他任何障碍物都会缩小通信范围。如果将天线安装在离地面不远的地方，则超过一半的菲涅耳区域最终会因地球曲率而受阻，从而导致范围显著减小。为避免此问题，请将天线安装在离地面足够高的位置，以使地球不会干扰菲涅耳区域的中心直径。

     

三、信号强度和RSSI引脚

接收信号强度指示器（RSSI）测量无线电信号中存在的电量。它是天线上接收到的信号强度的近似值。 测量接收天线处的信号强度是确定通信链路质量的一种方法。

如果远距离的发射机靠近接收机，则在接收天线处发射信号的强度会增加。同样，如果将发射器移得更远，则接收天线处的信号强度会降低。 RSSI的单位为dBm。较大的负值（以dBm为单位）表示信号较弱。因此，-50dBm优于-60dBm。



XBee模块的引脚6可配置为RSSI引脚，该RSSI引脚输出代表该值的PWM（脉冲宽度调制）信号。为此，将P0配置为RSSI [1]：



XBee Grove开发板包括一个连接到XBee模块的引脚6的LED。当此引脚配置为RSSI引脚时，每次连接的XBee模块接收数据时，LED都会点亮。

它的强度代表最后接收到的数据的RSSI值：更亮的光意味着更高的RSSI值和更好的信号质量。



通过修改RSSI PWM计时器（RP）设置，配置RSSI引脚处于活动状态的时间量，从而使LED保持点亮的时间量：



RP值以十六进制表示。例如，配置值0x1E等于十进制的30，这意味着该引脚将处于活动状态三秒钟（30 * 100 = 3000ms）。因此，LED将点亮三秒钟，代表最后一个RSSI值。

RP时间已过而没有数据已被接收时，PIN将被设置为低，并且LED不会亮，直到更多的数据被接收。

上电时，该引脚也将设置为低电平，直到接收到第一个数据包。0xFF值将永久使能引脚；以这种方式配置时，它将始终反映最后接收到的数据包的RSSI值。

尽管RSSI LED的亮度变化可能难以区分，但该LED可用于验证数据包的成功接收。

每次XBee模块接收数据时，在配置的时间内LED一直亮着。

“接收信号强度”（DB）参数

还可以通过读取XBee DB参数值来获得RSSI 值。它表示以十六进制表示的最后接收到的数据包的RSSI绝对值。



RSSI是链接质量的最佳指示吗？

要记住的一件事是RSSI只是在天线端口检测到的RF能量的指示。报告的功率水平可能人为地高，因为它可能包括背景噪声和干扰产生的能量，以及所需信号产生的能量。

在容易受到干扰的环境中，这种情况会更糟，在这种环境中，可能始终获得较高的RSSI读数，但仍然存在通信错误。 如果应用程序试图测量“链路可靠性”，而不仅仅是“信号强度”，则考虑“接收的数据包百分比”或类似数据可能会有所帮助。

提示：范围测试始终是一个好主意，因为它使您可以根据信号强度和数据包成功率来衡量链路性能。这将帮助您确定RF系统的可靠性。

四、范围测试

由于XBee模块之间的通信是通过空中进行的，因此无线信号的质量会受到许多因素的影响：吸收，电波反射，视线问题，天线样式和位置等。 范围测试演示了同一网络中两个XBee模块之间的真实RF范围和链路质量。

进行范围测试将初步显示套件组件的预期通信性能。部署实际网络时，建议进行多个范围测试以分析应用程序中的各种条件。

XCTU允许您使用至少一个连接到计算机（本地）的XBee模块和另一个远程XBee模块（都在同一网络中）执行范围测试。范围测试包括将数据包从本地XBee模块发送到远程，并等待将回波从远程发送到本地。

在此过程中，XCTU计算本地模块发送和接收的数据包数量，并测量双方的信号强度（RSSI）：

（1）RSSI是“接收信号强度指示器”值。

（2）来自本地XBee模块的每个发送数据包都应被同一本地XBee模块作为回音再次接收。



有两种类型的范围测试：

（1）回送群集（0x12）：使用指向数据端点（0xE8）上群集ID 0x12的显式寻址帧/数据包执行范围测试，该数据端点将接收到的数据返回给发送方。

并非所有XBee变体都支持回送群集。当选择此方法并且XBee模块不支持此方法时，XCTU范围测试工具将显示错误。

（2）硬件环回：使用串行端口/ USB硬件环回功能执行范围测试。要使用此类型，必须将远程模块配置为以透明模式工作，并且在启动前必须关闭环回跳线。这导致任何接收到的数据被发送回发送方。



注意：可以将本地XBee模块（与计算机连接的模块）配置为使用API或透明模式。仅当本地XBee模块在API模式下工作时，才能读取远程设备的RSSI值。

范围测试过程开始后，XCTU会以三种方式表示检索到的数据：

（1）RSSI图表表示范围测试会话期间本地和远程设备的RSSI值。该图表还包含已发送的总数据包的成功百分比。

（2）本地和远程即时RSSI值显示本地和远程设备的即时RSSI值。对于最后发送/接收的数据包，将检索此值。

（3）数据包摘要显示已发送的数据包总数，已接收的数据包，传输错误和丢失的数据包。它还显示范围测试会话期间成功发送和接收数据包的百分比。

审核编辑：刘清