Suitability of Ultra Wideband for Mobile Devices

Mobiililaitteet ovat kehittyneet merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana. Ne eivät enää ole pelkästään puhelimia tai kämmentietokoneita, vaan multimediatietokoneita, jotka pystyvät tuottamaan korkealaatuisia elämyksiä käyttäjälleen.Sisällön laadun paraneminen johtaa väistämättä myös siirrettävän tietomäärän kasvamiseen. Siksi uusia, nopeampia tiedonsiirtomenetelmiä on otettava käyttöön. Ultra Wideband (UWB) on uusi radioaaltotekniikka, jokamahdollistaa korkeat tiedonsiirtonopeudet lyhyillä etäisyyksillä. Tekniikka operoi erittäin leveällä 3.1 - 10.6 gigahertsin taajuuskaistalla.UWB on suunnattu nopeaan, langattomaan tiedonsiirtoon personal area networkin (PAN) laitteiden välillä. Tämän diplomityön tarkoituksena on arvioida UWBn soveltuvuutta mobiililaitteisiin. Arviointi tehdään teoreettiselta pohjalta, sillä UWBtä ei vielä ole implementoitu kaupallisiin laitteisiin. Ensin esitellään UWBn tekniikka ja ominaisuudet, jonka jälkeen sen soveltuvuutta arvioidaan esimerkkikäyttötapausten valossa. Esimerkkikäyttötapauksiksi on valittu kolme tyypillistä mutta erilaista toimintoa, jotka mahdollisimman hyvin kuvaavat mobiililaitteiden käyttöä.

Langattomien tietoverkkojen hyödyntäminen kuntoilujärjestelmissä

Tekniikan ja elektroniikan kehityksen myötä on voitu kehittää erilaisia kuntoilujärjestelmiä. Niiden tarkoituksena on motivoida liikkumaan, parantaa suorituksia sekä helpottaa harjoitustietojen keräystä ja analysointia. Langattomuus tuo etuja järjestelmän liikkuvuuteen ja komponenttien päivitettävyyteen. Langattomien henkilökohtaisten päätelaitteiden käyttö kuntoilujärjestelmän osana tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää harjoitustietoja laajemmin. Langattoman kuntoilujärjestelmän luominen ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Tässä diplomityössä keskitytään tutkimaan voidaanko tämän hetken langattomilla tietoverkoilla ja niitä käyttävillä päätelaitteilla toteuttaa sujuvasti toimiva langaton kuntoilujärjestelmä. Työssä perehdytään ensin olemassa oleviin kuntoilujärjestelmiin. Niiden ongelmia ratkomaan käytettiin langattomia tietoverkkoja. Tutkittaviksi tietoverkoiksi valitiin käytetyimmät radioverkot, joita myöhemmin hyödynnetään kuntoiluyhteisötutkimuksessa. Teoriaosaa tukemaan toteutetaan langaton kuntoilujärjestelmä. Työn tuloksena on selvitys langattoman kuntoilujärjestelmän toteuttamisen mahdollisuudesta tämän päivän tekniikoilla. Lisäksi tuloksena on langaton Bluetooth-verkkoa hyödyntävä kuntoiluohjelmisto.

ZigBee-verkot

Tässä opinnäytetyössä perehdytään ZigBee-verkkoprotokollaan, joka on lyhyen kantaman langaton tekniikka, jossa on pyritty pieneen virrankulutukseen ja halpoihin valmistuskustannuksiin. Työssä tehdään ZigBee-tekniikasta lyhyt suomenkielinen yhteenveto, jossa esitellään ZigBee-verkon perustoiminnot ja käytetyt termit. Tarkoituksena on, että työssä esitetyt asiat pystyy omaksumaan ilman aikaisempaa perehtymistä tietoliikennetekniikkaan ja langattomiin verkkoihin.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.