本文描述障礙和其他因素如何影響網絡中設備的通信狀況。一旦了解了可能影響信號和無線通信的因素，就可以嘗試執行范圍測試。

一、距離與障礙

基本通信系統包括以下組件：發射元件、接收裝置、進行交流的環境、天線或其他聚焦元件。可以將RF通信與簡單的音頻通信進行比較：我們的聲帶傳輸的聲波可能被某人的耳膜接收。我們可以使用擴音器來聚焦和引導聲波，以提高通信效率。



無線通信中發射機的作用是一個信號饋送到用于傳輸的天線。無線電發射器以一定的信號強度（功率輸出）將數據編碼為RF波，以將信號投影到接收器。 所述接收機獲取并解碼來自通過接收天線的數據。接收器執行接收和解碼指定的RF信號，同時拒絕不需要的RF信號的任務。

天線是將能量集中在特定方向上的設備，類似于擴音器集中語音能量的方式。天線可以根據設計和應用提供不同的輻射方向圖。將能量集中在給定方向上的量稱為天線增益。 發射器和接收器之間的空間是系統的環境。

在發送和接收天線之間獲得RF視線（LOS）對于實現遠程無線通信至關重要。通常有兩種類型的LOS用于描述環境：

（1）可視LOS：是從一個站點看到另一個站點的能力。它僅需要兩點之間的直線路徑。

（2）RF LOS：不僅需要視覺LOS，還需要無障礙的橄欖球狀路徑（稱為菲涅耳區），因此數據可以從一個點到另一點進行最佳傳輸。菲涅耳區可被視為兩個站點之間的隧道，為RF信號提供了路徑。

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二、影響無線通信的因素

盡管為某些XBee設備指定的通信距離可以達到25英里或更長，但是此值可能會受到降低信號質量的因素的影響：

（1）某些材料可能會反射射頻波，從而干擾其他波并降低信號強度。特別是，金屬或導電材料是很好的反射器，盡管幾乎任何表面都可以反射波并干擾其他射頻波。

（2）無線電波可能會被其路徑中的物體吸收，從而導致功率損耗并限制傳輸距離。

（3）可以調節天線，以增加無線通信系統中數據可以傳播的距離。

天線可以施加的焦點越多，系統產生的范圍就越大。盡管高增益天線覆蓋的面積較小，但它們可以實現的范圍比低增益天線更大。手電筒可以幫助說明原理。

一些手電筒允許用戶通過扭轉透鏡來聚焦或散布光束來調節光束。當透鏡擴散（或擴散）光束時，該光束傳播的距離比扭曲透鏡聚焦時要短。



（4）視線可以幫助提高信號的可靠性。

為了達到最大射程，無線電波傳播的橄欖球狀路徑（菲涅耳區）必須沒有障礙物。路徑中的建筑物，樹木或其他任何障礙物都會縮小通信范圍。如果將天線安裝在離地面不遠的地方，則超過一半的菲涅耳區域最終會因地球曲率而受阻，從而導致范圍顯著減小。為避免此問題，請將天線安裝在離地面足夠高的位置，以使地球不會干擾菲涅耳區域的中心直徑。

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三、信號強度和RSSI引腳

接收信號強度指示器（RSSI）測量無線電信號中存在的電量。它是天線上接收到的信號強度的近似值。 測量接收天線處的信號強度是確定通信鏈路質量的一種方法。

如果遠距離的發射機靠近接收機，則在接收天線處發射信號的強度會增加。同樣，如果將發射器移得更遠，則接收天線處的信號強度會降低。 RSSI的單位為dBm。較大的負值（以dBm為單位）表示信號較弱。因此，-50dBm優于-60dBm。



XBee模塊的引腳6可配置為RSSI引腳，該RSSI引腳輸出代表該值的PWM（脈沖寬度調制）信號。為此，將P0配置為RSSI [1]：



XBee Grove開發板包括一個連接到XBee模塊的引腳6的LED。當此引腳配置為RSSI引腳時，每次連接的XBee模塊接收數據時，LED都會點亮。

它的強度代表最后接收到的數據的RSSI值：更亮的光意味著更高的RSSI值和更好的信號質量。



通過修改RSSI PWM計時器（RP）設置，配置RSSI引腳處于活動狀態的時間量，從而使LED保持點亮的時間量：



RP值以十六進制表示。例如，配置值0x1E等于十進制的30，這意味著該引腳將處于活動狀態三秒鐘（30 * 100 = 3000ms）。因此，LED將點亮三秒鐘，代表最后一個RSSI值。

RP時間已過而沒有數據已被接收時，PIN將被設置為低，并且LED不會亮，直到更多的數據被接收。

上電時，該引腳也將設置為低電平，直到接收到第一個數據包。0xFF值將永久使能引腳；以這種方式配置時，它將始終反映最后接收到的數據包的RSSI值。

盡管RSSI LED的亮度變化可能難以區分，但該LED可用于驗證數據包的成功接收。

每次XBee模塊接收數據時，在配置的時間內LED一直亮著。

“接收信號強度”（DB）參數

還可以通過讀取XBee DB參數值來獲得RSSI 值。它表示以十六進制表示的最后接收到的數據包的RSSI絕對值。



RSSI是鏈接質量的最佳指示嗎？

要記住的一件事是RSSI只是在天線端口檢測到的RF能量的指示。報告的功率水平可能人為地高，因為它可能包括背景噪聲和干擾產生的能量，以及所需信號產生的能量。

在容易受到干擾的環境中，這種情況會更糟，在這種環境中，可能始終獲得較高的RSSI讀數，但仍然存在通信錯誤。 如果應用程序試圖測量“鏈路可靠性”，而不僅僅是“信號強度”，則考慮“接收的數據包百分比”或類似數據可能會有所幫助。

提示：范圍測試始終是一個好主意，因為它使您可以根據信號強度和數據包成功率來衡量鏈路性能。這將幫助您確定RF系統的可靠性。

四、范圍測試

由于XBee模塊之間的通信是通過空中進行的，因此無線信號的質量會受到許多因素的影響：吸收，電波反射，視線問題，天線樣式和位置等。 范圍測試演示了同一網絡中兩個XBee模塊之間的真實RF范圍和鏈路質量。

進行范圍測試將初步顯示套件組件的預期通信性能。部署實際網絡時，建議進行多個范圍測試以分析應用程序中的各種條件。

XCTU允許您使用至少一個連接到計算機（本地）的XBee模塊和另一個遠程XBee模塊（都在同一網絡中）執行范圍測試。范圍測試包括將數據包從本地XBee模塊發送到遠程，并等待將回波從遠程發送到本地。

在此過程中，XCTU計算本地模塊發送和接收的數據包數量，并測量雙方的信號強度（RSSI）：

（1）RSSI是“接收信號強度指示器”值。

（2）來自本地XBee模塊的每個發送數據包都應被同一本地XBee模塊作為回音再次接收。



有兩種類型的范圍測試：

（1）回送群集（0x12）：使用指向數據端點（0xE8）上群集ID 0x12的顯式尋址幀/數據包執行范圍測試，該數據端點將接收到的數據返回給發送方。

并非所有XBee變體都支持回送群集。當選擇此方法并且XBee模塊不支持此方法時，XCTU范圍測試工具將顯示錯誤。

（2）硬件環回：使用串行端口/ USB硬件環回功能執行范圍測試。要使用此類型，必須將遠程模塊配置為以透明模式工作，并且在啟動前必須關閉環回跳線。這導致任何接收到的數據被發送回發送方。



注意：可以將本地XBee模塊（與計算機連接的模塊）配置為使用API或透明模式。僅當本地XBee模塊在API模式下工作時，才能讀取遠程設備的RSSI值。

范圍測試過程開始后，XCTU會以三種方式表示檢索到的數據：

（1）RSSI圖表表示范圍測試會話期間本地和遠程設備的RSSI值。該圖表還包含已發送的總數據包的成功百分比。

（2）本地和遠程即時RSSI值顯示本地和遠程設備的即時RSSI值。對于最后發送/接收的數據包，將檢索此值。

（3）數據包摘要顯示已發送的數據包總數，已接收的數據包，傳輸錯誤和丟失的數據包。它還顯示范圍測試會話期間成功發送和接收數據包的百分比。

審核編輯：劉清