1. Ubiquitous Computing Practice - Part 4(RSSI) - Laboratory of Intelligent Networks @ KUT (http://link.kut.ac.kr)http://link.kut.ac.kr Yong-hwan Kim Spring Semester, 2011

2. 7. RF Power Control, Multichannel and RSSI RF Power Control 과 Multichannel 에 대해 이해 RSSI 값 활용 방법 예제 수행 Ubiquitous Computing

3. 기본 지식 Power Control 무선 전파는 전송되는 거리의 제곱 or 네제곱에 반비례 어느 정도의 세기가 보장되어야수신측에서 데이터 값을 읽을 수 있다. 전송거리가 클수록 링크가 유지되기 쉬우나, 다른 노드들의 통신을 방해하며 전력 소모가 많다. CC2420 RF 인터페이스는 8 단계로 Power Control Output Power [dBm] Current Consumption [mA] Output Power [dBm] Current Consumption [mA] 017.416.5 -315.2-513.9 -712.5-1011.2 -159.9-258.5 Ubiquitous Computing

4. 기본 지식 Multichannel IEEE 802.15.4 표준 – 26 채널 CC2420 – 16 개 채널 지원  F = 2405 + 5(k-11) Mhz, k = 11, 12, …, 26 RSSI(Received Signal Strength Indicator) RF 인터페이스에서 수신한 전파의 세기 (dBm) RSSI 가 -94dBm 이상이어야 메시지 디코딩 가능 RSSI.RSSI_VAL 레지스터에 저장  저장 값이 -20 일 경우, 실제 RSSI 는 -65dBm Ubiquitous Computing

5. MCH_PTRSSI 예제 소개 1 번 노드  RF_Configuration_Setting() Task 함수에서 노드 자신의 파워 및 채널을 변경  변경된 설정에 의해 1 초마다 데이터 무선 전송 0 번 노드  받은 RSSI 값을 계산하여 PC 로 전달 ( 제대로 수신 되었을 경우 Red LED 점멸 ) ZigbeX 1ZigbeX 0 시리얼케이블 무선통신 MCH_PTRSSI ID : 1 MCH_PTRSSI ID : 0 Ubiquitous Computing

6. MCH_PTRSSI.nc CC2420ActiveMessageC : 전송 파워 제어 CC2420ControlC : 채널 제어 무선 통신, 시리얼 통신 동시 사용 Ubiquitous Computing

7. MCH_PTRSSI.nc configuration MCH_PTRSSI { } implementation { components MainC, MCH_PTRSSIM, new TimerMilliC(), LedsC, BusyWaitMicroC, ActiveMessageC, new AMSenderC(AM_MCH_PTRSSI_Msg), new AMReceiverC(AM_MCH_PTRSSI_Msg), CC2420ActiveMessageC, CC2420ControlC, SerialActiveMessageC as Serial; MCH_PTRSSIM.Boot -> MainC; MCH_PTRSSIM.Timer -> TimerMilliC; MCH_PTRSSIM.Leds -> LedsC; MCH_PTRSSIM.BusyWait ->BusyWaitMicroC; // RF Component MCH_PTRSSIM.CommControl -> ActiveMessageC; MCH_PTRSSIM.RecvMsg -> AMReceiverC; MCH_PTRSSIM.DataMsg -> AMSenderC; MCH_PTRSSIM.CC2420Packet -> CC2420ActiveMessageC;// 전송 파워제어 MCH_PTRSSIM.CC2420Config -> CC2420ControlC;// 채널 제어 // Serial Component MCH_PTRSSIM.Serial_Control -> Serial; MCH_PTRSSIM.Serial_Packet -> Serial; MCH_PTRSSIM.Serial_Send -> Serial.AMSend[AM_MCH_PTRSSI_Uart]; } Ubiquitous Computing

8. MCH_PTRSSIM.nc MCH_PTRSSIM.nc 파일 경로 :  /opt/tinyos-2.x/contrib/zigbex/MCH_PTRSSI/MCH_PTRSSIM.nc 함수 실행순서  Boot.booted() → CommControl, SerialControl → RF configuration( 파워, 채널 설정 ) → CC2420config.sync()  CC2420config.syncDone() → Timer.startPeriodic ()  반복 Timer.fired () → task TryToSend () → DataMsg.send ()  RecvMsg.receive() → Serial_Send.sendDone() Ubiquitous Computing

9. MCH_PTRSSIM.nc 1: includes MCH_PTRSSI; 2: module MCH_PTRSSIM{ 3: uses { 4: interface Boot; interface Timer ; 5: interface Leds; 6: interface BusyWait ; 7: interface SplitControl as CommControl; 8: interface AMSend as DataMsg; 9: interface Receive as RecvMsg; 10: interface SplitControl as Serial_Control; 11: interface AMPacket as Serial_Packet; 12: interface AMSend as Serial_Send; 13: interface CC2420Packet; 14: interface CC2420Config; }} 15: implementation 16: { 17: message_t sendmsg, uartmsg; 18: uint16_t mySeq; 19: uint8_t myPowerLevel; 20: uint8_t myChannel; 21: task void RF_Configuration_Setting (); 22: task void TryToSend(); 7~9: RF 관련 인터페이스 10~12: Serial 관련 인터페이스 Ubiquitous Computing

10. MCH_PTRSSIM.nc 23: event void Boot.booted() { 24: atomic mySeq = 0; 25: call CommControl.start(); 26: } 27: event void CommControl.startDone(error_t error) { 28: call Serial_Control.start(); 29: } 30: event void Serial_Control.startDone(error_t error) { 31: post RF_Configuration_Setting (); 32: } 33: event void CommControl.stopDone(error_t error) {} 34: event void Serial_Control.stopDone(error_t error) {} 35: task void RF_Configuration_Setting () { 36: call BusyWait.wait(3000); 37: atomic myPowerLevel = 0x1f; 38: call CC2420Packet.setPower (&sendmsg, myPowerLevel); 39: atomic myChannel = 15; 40: call CC2420Config.setChannel (myChannel); 41: call CC2420Config.sync(); 42: } 23: RF 컴포넌트를 시작하기 위해 CommControl.start() 호출 ( 원형은 ActiveMessageC 와 연결되는 SplitControl) 27: Serial 컴포넌트를 시작하기 위해 Serial_Con trol.start() 호출 30: 모트의 RF 채널과 파워를 조절하기 위한 RF_ Configuration_Setting() 함수를 호출 38 : RF 파워 조절 함수 호출 실제 RF 파워는 message_t 구조체의 Meta 필드에 있는 tx_power 변수에 의해 설정되는데 이 함수 로 그 값을 조절한다 // 0x1f = 0 dBm // 0x1b = -1 dBm // 0x17 = -3 dBm // 0x13 = -5 dBm // 0x0f = -7 dBm // 0x0b = -10 dBm // 0x07 = -15 dBm // 0x03 = -25 dBm 40: RF 채널 변경 함수 호출 // Channel Ranges: 11 ~ 26 41: 설정된 값을 CC2420 RF 칩으로 전송 Ubiquitous Computing

11. MCH_PTRSSIM.nc 43: event void CC2420Config.syncDone ( error_t error ) { 44: if ( error == SUCCESS ) { 45:call Timer.startPeriodic(1000); 46:call Leds.led1On();//Green On 47: }else{ post RF_Configuration_Setting (); 48: }} 49: event void Timer.fired() { 50: call Leds.led1Toggle();//Green Toggle 51: post TryToSend(); 52: } 53: task void TryToSend() { 54: struct MCH_PTRSSI_Msg *pack; 55: pack = (struct MCH_PTRSSI_Msg *) call DataMsg.getPayload(&sendmsg); 56: pack->seq = mySeq++; 57: pack->SenderID = TOS_NODE_ID; 58: pack->PowerLevel = myPowerLevel; 59: pack->Channel = myChannel; 60: if (call DataMsg.send(AM_BROADCAST_ADDR, &sendmsg, sizeof(struct MCH_PTRSSI_Msg)) == SUCCESS){ 61:call Leds.led2On();//Yellow On 62: }} 43: 원하는 채널을 CC2420 RF 칩에 설정하게 되면 CC2420Config.syncDone() 이벤트 함수가 호출된다. 성공이라면, 주기적 동작을 위해 Timer.startPeriodic (1000) 을 호출하고, 실패라면 설정함수를 다시 호출 53: TryToSend() 함수에서는 MCH_PTRSSI_Msg 구조체에 seq, 자신의 주소, 설정한 파워 및 채널 정보를 넣어 RF 로 send 한다. Ubiquitous Computing

12. MCH_PTRSSIM.nc 63: event void DataMsg.sendDone(message_t* msg, error_t error) { 64: if (error == SUCCESS){ 65:call Leds.led2Off(); 66: }} 67: event message_t* RecvMsg.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len) { 68: struct MCH_PTRSSI_Msg *recv_pack = (struct MCH_PTRSSI_Msg *) call DataMsg..getPayload(&uartmsg); 69: memcpy((void*)recv_pack, payload, len); 70: recv_pack->RSSI = call CC2420Packet.getRssi(msg); 71: recv_pack->RSSI -= 45; 72: call Serial_Packet.setSource(&uartmsg, recv_pack->SenderID); 73: if (call Serial_Send.send(TOS_NODE_ID, &uartmsg, sizeof(struct MCH_PTRSSI_Msg)) == SUCCESS) 74:call Leds.led0Toggle(); 75: return msg; 76: } 77:} 67: 만약 다른 노드로부터 RF 패킷을 받으면 RecvMsg.receive() 함수가 호출된다. 함수에 서 받은 패킷의 RSSI 값에서 -45 를 하여 dBm 단위의 RSSI 값을 만든 뒤 Serial 로 전송 Ubiquitous Computing

13. MCH_PTRSSI.h MCH_PTRSSI.h 에 정의된 데이터 포멧 #define MSG_LEN 6 struct MCH_PTRSSI_Msg { uint16_t seq; uint16_t SenderID; uint8_t PowerLevel; uint8_t Channel; char RSSI; //RSSI value can be a minus(a negative value). uint8_t Pending; }; enum { AM_MCH_PTRSSI_Msg = 26, AM_MCH_PTRSSI_Uart = 27 }; Ubiquitous Computing

14. MCH_PTRSSI 예제 실습 MCH_PTRSSI 컴파일 및 포팅 AVR Studio 를 이용하여 두 개의 센서 노드에 각각 reinstall 된 hex 파일을 program 함. SerialText 프로그램을 이용하여 ( 시리얼 통신을 통해 ) SenderID, Power Level, Channel, RSSI 확인 $ cd /opt/tinyos-2.x/contrib/zigbex/MCH_PTRSSI $ make zigbex $ make zigbex reinstall.0//0 번 아이디 $ make zigbex reinstall.1//1 번 아이디 Ubiquitous Computing

15. Packet HeaerSerial Header SeqSrc Power Channel RSSI(-59dBm) Pedding Data unsigned char RSSI = 197;//C5 char RSSI_Signed = (char) RSSI; printf("%d, %d\n", RSSI, RSSI_Signed); //-59 Ubiquitous Computing