Ultra wide band (UWB) technology เทคโนโลยีไร้สาย
ปัจจุบัน ความต้องการในการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มความสามารถ สะดวกสบายในการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นการเชื่อมต่อเครือข่ายภายในอาคารสำนักงาน หรือการเชื่อมต่อเครือข่ายเพื่อความบันเทิงภายในแหล่งที่พักอาศัย โดยการเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายชนิดเข้าด้วยกันเช่น ระหว่าง คอมพิวเตอร์กับอุปกรณ์ต่อพ่วง( printer กล้อง ฯลฯ )หรือระหว่างโทรศัพท์มือถือด้วยกัน และแม้แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ มีเทคโนโลยีไร้สายเพื่อการเชื่อมต่ออุปกรณ์ดังกล่าวหลายเทคโนโลยี เช่น Wi-Fi, Bluetooth , Zigbee , RFID (Radio Frequency Identification) และ Ultra wide band (UWB)เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายแบ่งเป็นประเภทโดยใช้ขนาดทางกายภาพของเครือข่ายเป็นเกณฑ์ แบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทดังนี้
1. WPAN(Wireless Personal Area Network) เป็นระบบเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล เชื่อมโยง อุปกรณ์การสื่อสารหลายๆ เครื่องเข้าด้วยกัน เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น IrDA Port, Bluetooth, Wireless และ Ultra wide band (UWB)
2. WLAN(Wireless Local Area Network) คือระบบเครือข่ายไร้สายที่เชื่อมโยงคอมพิวเตอร์เข้าเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายภายในพื้นที่แบบไร้สาย โดยใช้คลื่นความถี่วิทยุในการเชื่อมต่อหรือสื่อสารกัน การเชื่อมต่อแลนไร้สายมีทั้งแบบเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วยกัน และเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านอุปกรณ์กระจายสัญญาณ (Access Point) เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WiFi ตามมาตรฐาน IEEE 802.11และมาตรฐาน IEEE 802.11b , ETSI HIPERLAN ตามมาตรฐานของกลุ่มประเทศยุโรป
3. WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)เชื่อมต่อแบบไร้สายในระดับขอบเขตเมืองใหญ่ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ได้ไกลว่าเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย (Wireless Local Area LAN) หลายสิบเท่า เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WiMAX ตามมาตรฐาน IEEE 802.16
4. WWAN(Wireless Wide Area Network) ) คือ ระบบเครือข่ายไร้สายบริเวณกว้าง ที่อาจครอบคลุมพื้นที่ทั่วประเทศ หรือเขตภูมิภาค ข่ายงานที่อยู่ห่างไกลกันมาก อาจจะอยู่ระหว่างเมือง หรือระหว่างประเทศ เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้เป็นมาตรฐานในโทรศัพท์ยุค 3G , Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) มาตรฐาน IEEE 802.20
ผังเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สาย WPAN WLAN WMAN WWAN
Ultra wide band (UWB) ยังสามารถแบ่งออกเป็นแบบแถบความถี่เดียว (Single band approach) และแบบหลายแถบความถี่ (Multiband approach) รวมทั้งใช้เรียกเทคนิคการใช้คลื่นพาห์ย่อยที่ไม่รบกวนกันจำนวนมากในการผสมสัญญาณที่เรียกว่า Multiband OFDM ซี่งจะทำให้สามารถส่งข้อมูลพร้อม ๆ กันผ่านทางย่านความถี่ย่อย ๆ ที่อยู่ห่างกันได้ โดยข้อดีในการใช้ Multiband OFDM คือมีความยืดหยุ่นสูงในการใช้งานย่านความถี่และลดผลกระทบที่เกิดจากสัญญาณรบกวน รวมไปถึงผลของสัญญาณสะท้อนจากหลายทิศทางหรือที่เราเรียกว่ามัลติ-พาห์ (Multi-path) อีกด้วย ซึ่งเป็นอีกเทคนิคที่คลอบคลุมการใช้ความถี่เป็นแถบกว้างมากโดยได้รับการกำหนดให้อยู่ในมาตรฐาน IEEE 802.15.3a โดยมีย่านความถี่ที่ถูกกำหนดจากFederal Communications Commission (FCC) อยู่ที่ 3.1-10.6 GHz พลังงานที่ใช้ใน Multiband OFDM ที่ค่อนข้างต่ำดูได้จากตาราง
ค่าปริมาณการใช้พลังงานในอุปกรณ์ที่ใช้ระบบ MB-OFDM โดยประมาณ
สัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียน(Gaussian monocycle)
สัญญาณของ Ultra wide band (UWB) รูปคลื่นที่เป็นฟังก์ชันของการกระจายค่าทางสถิติแบบเกาส์เซียน มีค่าความถี่กลางและความกว้างของพัลส์เป็นสัดส่วนแปรผกผันกับช่วงเวลาของพัลส์ ซึ่งแสดงสัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียนในทางเวลาที่มีความกว้างพัลส์ประมาณ 0.5 นาโนวินาที
การส่งและรับสัญญาณของ Ultra wide band (UWB) นั้น จะประกอบไปด้วยลำดับของสัญญาณพัลส์ (Pulse) ซึ่งอาจมีการเปลี่ยนแปลงหรือมีค่าคงที่ ซึ่งตำแหน่งของพัลส์ทางเวลา หรือการปรากฏของพัลส์ที่ตำแหน่งใด ๆ ทางเวลาจะถูกนำมาใช้แทนการส่งข้อมูลในการสื่อสารข้อมูลดิจิตอล ได้ดังรูป
การนำสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์แบบพัลส์มาใช้ในการส่งและรับข้อมูลดิจิตอล
เครื่องส่งและเครื่องรับของ Ultra wide band (UWB)
จากตาราง Ultra wide band (UWB) เป็นระบบเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล WPAN(Wireless Personal Area Network) เหมือนกับ Bluetooth , Zigbee มีระยะทางไม่เกิน 10 เมตร ส่วน WiFi เป็นเทคโนโลยีการไร้สายในพื้นที่เฉพาะ WLAN(Wireless Local Area Network) ซึ่งมีระยะทางไม่เกิน 100 เมตร เราจะพิจารณาเทคโนโลยี ทั้ง 4 แบบนี้เปรียบเทียบกัน
เทคโนโลยี ZigBee จะเน้นการที่ใช้กำลังงานไฟฟ้าต่ำเพื่อให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น มีราคาถูกและมีความปลอดภัยในการใช้งานในเครือข่ายสูง แต่จะมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลไม่สูงมากนัก ทำให้สร้างระบบที่เรียกว่า Wireless Sensor Network ได้ ซึ่งระบบนี้ จะสามารถทำงาน ได้ในเกือบทุกสถานที่ทั้งในอาคารและกลางแจ้ง และ เซ็นเซอร์ที่มีขนาดเล็กมาก จึงใช้ในการเฝ้าดู เฝ้าติดตาม( monitoring ) เช่น ติดเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจิ๋ว ฝังอยู่ในที่ต่าง มันจะทำการรับ-ส่งคลื่นสัญญาณข้อมูลผ่านเซ็นเซอร์แต่ละตัวไปเรื่อยๆ จนถึง End-device แล้ววิเคราะห์ข้อมูล ข้อมูลที่ได้อาจจะเป็นการวัดอุณหภูมิ ปริมาณมลพิษในอากาศ ปริมาณน้ำ คอยตรวจจับของโครงสร้างของอาคาร คอยรายงานข้อมูลของคนไข้
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ ZigBee
เทคโนโลยี ZigBee จะใช้เป็นระบบโครงข่าย มี เซ็นเซอร์ขนาดเล็ก กินไฟต่ำ เหมาะสำหรับงาน monitoring ที่ใช้เวลานาน แต่ด้วยความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่น้อยมาก ทำให้การส่งผ่านข้อมูลจำนวนมากๆเป็นไปได้ยาก ต่างจาก Ultra wide band (UWB) ที่ไม่สามารถ monitoring ที่ใช้เวลานานได้ดีเท่า ZigBee เพราะจะใช้กำลังงานไฟฟ้ามากกว่า แต่ Ultra wide band (UWB) มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps ที่ระยะทางประมาณ 2 เมตร และความเร็ว 110 Mbps ที่ระยะทาง ประมาณ 10 เมตร ด้วยความเร็วในระดับดังกล่าว สามารถใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ประเภทโฮมเอนเตอร์เทนต์เมนท์ภายในบ้าน การที่โทรทัศน์สามารถส่งรายการไปยังหน้าจอโทรทัศน์เครื่องอื่นๆ ได้แบบไร้สายโดยไม่มีปัญหาการกระตุกของสัญญาณภาพ หรือการรับส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์กับอุปกรณ์อิเลคโทรนิคอื่นเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว
Bluetooth เป็นการสื่อสารไร้สายระยะใกล้ที่มีรัศมีคลอบคลุมสัญญาณประมาณ 10 เมตร สื่อสารแบบ Narrow band communication โดยใช้คลื่นความถี่วิทยุ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) โดยมีอัตราความเร็วรับส่งข้อมูลประมาณ 1-3 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) ทำงานโดยส่งคลื่นไปค้นหาอุปกรณ์ที่มี Bluetooth อื่นติดตั้งอยู่และทำการจับคู่ (Pairing) สาเหตุที่ต้องมีการจับคู่อุปกรณ์เนื่องจากป้องกันการเชื่อมต่อโดยไม่ได้รับอนุญาตจากผู้ใช้
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ Bluetooth
Bluetooth คือเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างมากสำหรับเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล (Wireless Personal Area Network) เพราะมีจุดเด่นที่น่าสนใจคือใช้พลังงานต่ำ ขนาดเล็ก ซึ่งเหมาะกับการนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัดในเรื่องของขนาดและน้ำหนักจึงเป็นที่ยอมรับของผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือและพีดีเอชั้นนำทั่วไป เมื่อมีผู้ใช้มากผลิตจำนวนมาก ต้นทุนในการผลิตต่อหน่วยก็ถูกลงทำให้เทคโนโลยี Bluetooth ได้เปรียบเทคโนโลยี อื่น แต่อัตราความเร็วรับส่งข้อมูลประมาณ 1-3 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps)เพียงพอสำหรับการสื่อสารในรูปของเสียง หรือข้อมูลเล็กๆน้อยๆเท่านั้น ไม่พอสำหรับส่งข้อมูลจำพวกมัลติมีเดียเช่น ภาพVDO หรือข้อมูล fileใหญ่ๆ (ซึ่งมีความต้องการมากในระบบ 3G และ 4G) เหตุนี้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ที่มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps จึงได้เปรียบกว่าเพราะสามารถสำหรับส่งข้อมูลข้อมูลจำพวกมัลติมีเดียหรือข้อมูล fileใหญ่ๆได้แต่การที่ Ultra wide band (UWB) ยังไม่เป็นที่นิยมทำให้ราคาสูงกว่า Bluetooth อยู่มาก
WiFi เป็นคำย่อของคำว่า Wireless Fidelity หมายถึง ไวเลสที่น่าเชื่อถือ คำว่า “WiFi”เป็นระบบเครือข่ายไร้สายที่เชื่อมโยงคอมพิวเตอร์เข้าเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายภายในพื้นที่แบบไร้สาย WLAN(Wireless Local Area Network) อยู่บนพื้นฐานของมาตรฐาน IEEE 802.11โดยมาตรฐานแรกประกาศออกมาในปี ค.ศ.1997 และพัฒนามาจนเป็น IEEE 802.11n เป็นมาตรฐานที่พัฒนาเทคนิคการรับส่งข้อมูลที่ความเร็วสูงได้ถึง 100 เมกะบิตต่อวินาทีและมีการใช้งานที่ย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz)
การใช้งานเครือข่ายไร้สาย WiFi ที่มีการเชื่อมโยงเครือข่ายคอมพิวเตอร์ข้ามกันภายในอาคาร หรือระหว่างอาคารจะช่วยลดภาระการติดตั้งสายแลนด์ที่มีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและดูแลรักษาที่สูงนอกจากนี้การติดตั้งเครือข่ายไร้สาย WiFi ในพื้นที่กว้างหรือ ฮอทสปอท (Hotspot) เช่น มหาวิทยาลัย สนามบิน โรงแรม ศูนย์ประชุม ศูนย์การค้า ทำให้ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านเครือข่ายไร้สาย WiFi ได้เป็นจำนวนมากโดยอยู่ตรงไหนของพื้นที่นั้นก็สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตอย่างสะดวก
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ WiFi
เนื่องจาก WiFi เป็นโครงข่ายไร้สายแบบ WLAN(Wireless Local Area Network) ในขณะที่ Ultra wide band (UWB) เป็นโครงข่ายไร้สายแบบ WPAN(Wireless Personal Area Network) WiFi จึงมีโครงข่ายที่ใหญ่กว่าสามารถสร้างโครงข่ายให้ครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่า แต่ WiFi ก็กินพลังงานไฟ้ฟ้ามากกว่า อีกประการหนี่งความไม่ปลอดภัย ของเทคโนโลยี WiFi มีมากเพราะอุปกรณ์ WiFi มีราคาถูกสามารถหาซื้อได้สะดวกประกอบกับมีเครื่องมือที่ช่วยในการดักฟังข้อมูลมีจำนวนมาก อุปกรณ์แม่ข่าย WiFi ที่ไม่ได้เปิดระบบรักษาความมั่นคงปลอดภัย แฮกเกอร์สามารถเข้ามาเชื่อมต่อและสามารถเข้าถึงเครือข่ายภายในที่มีอุปกรณ์แม่ข่าย WiFi ได้ ทั้งหากมีสัญญาณอื่นที่มีกำลังแรงพอบนคลื่นความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ก็สามารถรบกวนการทำงานของระบบWiFi ได้ ยิ่งในอนาคตใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่แบบ 4G ที่ถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานบนเครือข่ายที่กินพื้นที่กว้างก็ได้หรือจะทำเป็นเครือข่ายขนาดย่อม ๆ แบบ WLAN ได้อีกด้วย นั่นจึงทำให้หลายคนมองว่า 4G จะมาเบียดเทคโนโลยีของ Wi-Fi เพราะสามารถใช้งานได้ทั้งสองแบบ แต่ Ultra wide band (UWB) มีสัญญาณพัลส์ที่ถูกส่งมาเป็นชุดสั้นๆ ทำให้ตรวจจับและดักฟังได้ยากกว่า และระบบ 4G ต้องการที่ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลถูกพัฒนาให้สูงกว่า 100 เมกะบิตต่อวินาที Ultra wide band (UWB) ก็สามารถสนองความต้องการ 4G สำหรับการสื่อสารระยะใกล้อีกด้วย
การใช้ Ultra wide band (UWB)
ในปัจจุบันได้มีการนำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) มาพัฒนาในหลายด้านได้แก่
1. Wireless USB (WUSB) เทคโนโลยีการเชื่อมต่อไร้สายแบบแรกที่สามารถทำงานรวมกับระบบเดิม หรือ USB แบบธรรมดาได้ โดยนำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ยอมให้ผู้ใช้สามารถเชื่อต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงได้มากถึง 127 ชิ้น โดยมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลถึง 480Mbps ที่รัศมี 4 เมตร และความเร็วจะต่ำลงจนเหลือ 110Mbps หากมีการวางอุปกรณ์เลยห่างออกไปจนถึงประมาณ 10 เมตร
2. Bluetooth ที่นำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) มาใช้ได้แก่ teknoloisi Bluetooth 3.0 มีการรับส่งข้อมูลได้มากกว่ารุ่นก่อนๆมาก
3. การวัดและบันทึกอัตราปริมาณรังสี ซึ่งสามารถปรับปรุงมาตรการความปลอดภัยและการรับประกันคุณภาพสำหรับโรงงานนิวเคลียร์ BIL Solutions Ltd. ใช้เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) เพื่อระบุตำแหน่งคนและวัตถุต่างๆในระยะ 30 เซนติเมตร ในรูปแบบ 3 มิติ ด้วยการใช้งานแบบนี้จะทำให้ได้ระดับที่ชัดเจนของความถูกต้องในการติดตามคน สามารถติดตามและระบุตำแหน่งพนักงานในแบบเรียลไทม์
4. Dr. Chris Stevens แห่งมหาวิทยาลัย St. Hugh'sใช้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ในการสำรวจท่อและสายเคเบิ้นใต้น้ำในมหาสมุทร
5. ฟูรูกาวาอิเล็คทริค ประสบความสำเร็จในการพัฒนาOnboard UWB Radar for Vehicles ขนาดกะทัดรัดสำหรับตรวจอุปสรรครอบรถยนต์โดยสามารถวัดระห่างในระดับมิลลิเมตร
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ onboard เรดาร์ UWB สำหรับยานยนต์
6. Cardiopulmonary Sensor เครื่องวัดระบบไหลเวียนโลหิตและอัตราการเต้นของหัวใจ ใช้เทคโนโลยี Blackfin DSP, SDRAM, Flash, FPGA, UWB, Opamp
7. หุ่นยนต์ GPR ระบบตรวจสอบระเบิดที่ DSEi 09 เป็นระบบตรวจจับระยะไกลควบคุมสำหรับการเส้นทางการระบุพื้นที่เล็กตรวจสอบจุด EOD ใต้ผิวดินและการมองเห็นระยะไกล สามารถเข้าไปในเส้นทางแคบ ใช้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) Ground เจาะ Radar (GPR) ใช้งานครั้งแรกปี ค.ศ. 2008โดยกองทัพสหรัฐในการสนับสนุน
ที่มาhttp://www.nectec.or.th/bid/mkt_info_tech_ultrawideband.htm
http://www.oknation.net/blog/ICSAg/2008/09/21/entry-3
http://www.dpu.ac.th/eng/te/article.php?id=37
http://www.elecfans.com/baike/tongxingjishu/chungshuwang/20100322201646.html
http://www.tkc.go.th/pageconfig/viewcontent/viewcontent1.asp?pageid=156&directory=2951&contents=3113
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Ultra_wideband_for_wireless_communications/index.php
http://store.tkc.go.th/tkcteam/flash/p04000501/index.html
http://www.vcharkarn.com/vblog/34886/1/30#P4
http://zigbeeyoyo.blogspot.com/2007/08/zigbee.html
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Bluetooth_and_Zigbee/index.php
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Principle_of_WiFi_Networks/index.php
http://guru.thaibizcenter.com/articledetail.asp?kid=3867
th.wikipedia.org/wiki/http://www.multibandofdm.org/
http://www.newswit.com/news/2006-05-31/ubisense-british-nuclear-group/
http://mshowto.org/th/xp/veri-transferinde-cilgin-hiz-528.html
http://dept106.eng.ox.ac.uk/wb/pages/people/academics/chris-stevens.php
http://www.furukawa.co.jp/english/what/2009/kenkai_091021.htm
http://www.summitscientificinc.com/pastprojects.html
http://www.shephard.co.uk/news/3800/niitek-launches-portable-robotic-ultra-wide-band-gpr-mine-detection-system-at-dsei-09/
เอกสารประกอบการเรียนการสอนทางอินเทอร์เน็ต วิชา ITM 640 ครั้งที่ 6 พ.อ.รศ.ดร. เศรษฐพงศ์ มะลิสุวรรณ
1. WPAN(Wireless Personal Area Network) เป็นระบบเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล เชื่อมโยง อุปกรณ์การสื่อสารหลายๆ เครื่องเข้าด้วยกัน เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น IrDA Port, Bluetooth, Wireless และ Ultra wide band (UWB)
2. WLAN(Wireless Local Area Network) คือระบบเครือข่ายไร้สายที่เชื่อมโยงคอมพิวเตอร์เข้าเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายภายในพื้นที่แบบไร้สาย โดยใช้คลื่นความถี่วิทยุในการเชื่อมต่อหรือสื่อสารกัน การเชื่อมต่อแลนไร้สายมีทั้งแบบเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วยกัน และเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านอุปกรณ์กระจายสัญญาณ (Access Point) เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WiFi ตามมาตรฐาน IEEE 802.11และมาตรฐาน IEEE 802.11b , ETSI HIPERLAN ตามมาตรฐานของกลุ่มประเทศยุโรป
3. WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)เชื่อมต่อแบบไร้สายในระดับขอบเขตเมืองใหญ่ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ได้ไกลว่าเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย (Wireless Local Area LAN) หลายสิบเท่า เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WiMAX ตามมาตรฐาน IEEE 802.16
4. WWAN(Wireless Wide Area Network) ) คือ ระบบเครือข่ายไร้สายบริเวณกว้าง ที่อาจครอบคลุมพื้นที่ทั่วประเทศ หรือเขตภูมิภาค ข่ายงานที่อยู่ห่างไกลกันมาก อาจจะอยู่ระหว่างเมือง หรือระหว่างประเทศ เทคโนโลยีไร้สายประเภทนี้เช่น WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้เป็นมาตรฐานในโทรศัพท์ยุค 3G , Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) มาตรฐาน IEEE 802.20
ผังเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สาย WPAN WLAN WMAN WWANUltra wide band (UWB) คือ
Ultra wide band (UWB) เป็นเทคโนโลยีสื่อสารไร้สายส่วนบุคคลระยะสั้นสำหรับเครือข่ายที่เรียกว่า Wireless Personal Area Network (WPAN) พัฒนาขึ้นโดย Multiband OFDM Alliance (MBOA) ก่อตั้งขึ้นในเดือนมิถุนายน2003 มีสมาชิกมากกว่า 170 รายนำโดย Texas Instruments (TI), Intel, Samsung Electronics, Mitsubishi Electric, Philips, Nokia, Sony, Infineon Technologies เป็นต้น Ultra wide band (UWB) จะใช้สัญญาณพัลส์วิทยุที่มีช่วงความกว้างของพัลส์แคบมากในการส่งและรับสัญญาณ ซึ่งทำให้สัญญาณที่ส่งมีความกว้างแถบสัญญาณกว้างมาก ส่งผลให้มีความสามารถในการส่งข้อมูลที่มีปริมาณมาก
หลักพื้นฐานของ Ultra wide band (UWB)
Ultra wide band (UWB) เป็นการสื่อสารด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีการส่งสัญญาณด้วยคลื่นแบบแถบความถี่หรือสเปกตรัมที่กว้าง และใช้สัญญาณที่มีรูปคลื่นสัญญาณปรากฏเพียงชั่วขณะแล้วหายไป โดยการส่งสัญญาณแบบพัลส์ (Pulse) ดังกล่าวต่อเนื่องกันในทางเวลาระหว่างเครื่องส่ง และเครื่องรับวิทยุหรือเป็นพัลส์ที่มีความกว้างของสัญญาณในทางเวลาที่แคบมาก ไม่เหมือนการสื่อสารแบบ Narrow band communication ซึ่งใช้ในการสื่อสารไร้สาย เช่น ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ระบบเครือข่ายเฉพาะที่ไร้สาย (Wireless LAN: WLAN) จะใช้เทคนิคการผสมสัญญาณของรูปคลื่นสัญญาณวิทยุที่มีความต่อเนื่อง ทางเวลากับสัญญาณคลื่นพาห์ที่มีความถี่ที่กำหนดเพื่อใช้ในการส่งและรับสัญญาณทำให้พลังงานของสัญญาณถูกรวมอยู่ในช่วงแถบความถี่หรือแบนวิธ (Bandwidth)แคบๆ ซึ่งสามารถถูกรบกวนได้ง่ายเปรียบเทียบจากตารางต่อไปนี้
Ultra wide band (UWB) เป็นการสื่อสารด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีการส่งสัญญาณด้วยคลื่นแบบแถบความถี่หรือสเปกตรัมที่กว้าง และใช้สัญญาณที่มีรูปคลื่นสัญญาณปรากฏเพียงชั่วขณะแล้วหายไป โดยการส่งสัญญาณแบบพัลส์ (Pulse) ดังกล่าวต่อเนื่องกันในทางเวลาระหว่างเครื่องส่ง และเครื่องรับวิทยุหรือเป็นพัลส์ที่มีความกว้างของสัญญาณในทางเวลาที่แคบมาก ไม่เหมือนการสื่อสารแบบ Narrow band communication ซึ่งใช้ในการสื่อสารไร้สาย เช่น ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ระบบเครือข่ายเฉพาะที่ไร้สาย (Wireless LAN: WLAN) จะใช้เทคนิคการผสมสัญญาณของรูปคลื่นสัญญาณวิทยุที่มีความต่อเนื่อง ทางเวลากับสัญญาณคลื่นพาห์ที่มีความถี่ที่กำหนดเพื่อใช้ในการส่งและรับสัญญาณทำให้พลังงานของสัญญาณถูกรวมอยู่ในช่วงแถบความถี่หรือแบนวิธ (Bandwidth)แคบๆ ซึ่งสามารถถูกรบกวนได้ง่ายเปรียบเทียบจากตารางต่อไปนี้
Ultra wide band (UWB) ยังสามารถแบ่งออกเป็นแบบแถบความถี่เดียว (Single band approach) และแบบหลายแถบความถี่ (Multiband approach) รวมทั้งใช้เรียกเทคนิคการใช้คลื่นพาห์ย่อยที่ไม่รบกวนกันจำนวนมากในการผสมสัญญาณที่เรียกว่า Multiband OFDM ซี่งจะทำให้สามารถส่งข้อมูลพร้อม ๆ กันผ่านทางย่านความถี่ย่อย ๆ ที่อยู่ห่างกันได้ โดยข้อดีในการใช้ Multiband OFDM คือมีความยืดหยุ่นสูงในการใช้งานย่านความถี่และลดผลกระทบที่เกิดจากสัญญาณรบกวน รวมไปถึงผลของสัญญาณสะท้อนจากหลายทิศทางหรือที่เราเรียกว่ามัลติ-พาห์ (Multi-path) อีกด้วย ซึ่งเป็นอีกเทคนิคที่คลอบคลุมการใช้ความถี่เป็นแถบกว้างมากโดยได้รับการกำหนดให้อยู่ในมาตรฐาน IEEE 802.15.3a โดยมีย่านความถี่ที่ถูกกำหนดจากFederal Communications Commission (FCC) อยู่ที่ 3.1-10.6 GHz พลังงานที่ใช้ใน Multiband OFDM ที่ค่อนข้างต่ำดูได้จากตาราง
ค่าปริมาณการใช้พลังงานในอุปกรณ์ที่ใช้ระบบ MB-OFDM โดยประมาณสัญญาณของ Ultra wide band (UWB)
สัญญาณของ Ultra wide band (UWB) ที่มีลักษณะสัญญาณเป็นรอบเดี่ยว (monocycle pulse) สามารถใช้การสร้างและจำลองสัญญาณพัลส์ (Pulse) แบบเกาส์เซียน (Gaussian) มาเปรียบเทียบได้ดังนี้
สัญญาณของ Ultra wide band (UWB) ที่มีลักษณะสัญญาณเป็นรอบเดี่ยว (monocycle pulse) สามารถใช้การสร้างและจำลองสัญญาณพัลส์ (Pulse) แบบเกาส์เซียน (Gaussian) มาเปรียบเทียบได้ดังนี้
สัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียน(Gaussian monocycle)
สัญญาณของ Ultra wide band (UWB) รูปคลื่นที่เป็นฟังก์ชันของการกระจายค่าทางสถิติแบบเกาส์เซียน มีค่าความถี่กลางและความกว้างของพัลส์เป็นสัดส่วนแปรผกผันกับช่วงเวลาของพัลส์ ซึ่งแสดงสัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียนในทางเวลาที่มีความกว้างพัลส์ประมาณ 0.5 นาโนวินาที
การส่งและรับสัญญาณของ Ultra wide band (UWB) นั้น จะประกอบไปด้วยลำดับของสัญญาณพัลส์ (Pulse) ซึ่งอาจมีการเปลี่ยนแปลงหรือมีค่าคงที่ ซึ่งตำแหน่งของพัลส์ทางเวลา หรือการปรากฏของพัลส์ที่ตำแหน่งใด ๆ ทางเวลาจะถูกนำมาใช้แทนการส่งข้อมูลในการสื่อสารข้อมูลดิจิตอล ได้ดังรูป
การนำสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์แบบพัลส์มาใช้ในการส่งและรับข้อมูลดิจิตอล
โครงสร้างพื้นฐานเครื่องส่งและเครื่องรับของ Ultra wide band (UWB)
เครื่องส่งและเครื่องรับของ Ultra wide band (UWB) นั้นเนื่องจากเป็นการสื่อสารด้วยการใช้สัญญาณพัลส์(Pulse) ที่มีช่วงเวลาสั้นมากในระดับนาโนวินาที ซึ่งจะมีผลทำให้ระยะเวลาในการรับข้อมูลนานมากขึ้น และจำเป็นต้องใช้เครื่องรับแบบ คอรีเลย์เตอร์ (Correlator) ซึ่งเป็นวงจรที่เทียบความคล้ายคลึงของสัญญาณแม่แบบที่ได้รับเพื่อทำการตรวจจับจับพลังงานของสัญญาณ ข้อได้เปรียบคือการส่งและการรับของ Ultra wide band (UWB) ไม่ต้องใช้คลื่นพาห์ (Carrierless) โดยสัญญาณข้อมูลจะถูกผสมกับสัญญาณพัลส์ Ultra wide band ที่ถูกสร้างขึ้น และส่งผ่านสายอากาศ โดยไม่ผ่านวงจรผสมสัญญาณทำให้ไม่จำเป็นต้องมีวงจรออสซิลเลเตอร์ เพื่อกำเนิดสัญญาณคลื่นพาห์ และมิกเซอร์ทำให้มีจำนวนอุปกรณ์ที่น้อยกว่าระบบสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ดังรูปต่อไปนี้
เครื่องส่งและเครื่องรับของ Ultra wide band (UWB) นั้นเนื่องจากเป็นการสื่อสารด้วยการใช้สัญญาณพัลส์(Pulse) ที่มีช่วงเวลาสั้นมากในระดับนาโนวินาที ซึ่งจะมีผลทำให้ระยะเวลาในการรับข้อมูลนานมากขึ้น และจำเป็นต้องใช้เครื่องรับแบบ คอรีเลย์เตอร์ (Correlator) ซึ่งเป็นวงจรที่เทียบความคล้ายคลึงของสัญญาณแม่แบบที่ได้รับเพื่อทำการตรวจจับจับพลังงานของสัญญาณ ข้อได้เปรียบคือการส่งและการรับของ Ultra wide band (UWB) ไม่ต้องใช้คลื่นพาห์ (Carrierless) โดยสัญญาณข้อมูลจะถูกผสมกับสัญญาณพัลส์ Ultra wide band ที่ถูกสร้างขึ้น และส่งผ่านสายอากาศ โดยไม่ผ่านวงจรผสมสัญญาณทำให้ไม่จำเป็นต้องมีวงจรออสซิลเลเตอร์ เพื่อกำเนิดสัญญาณคลื่นพาห์ และมิกเซอร์ทำให้มีจำนวนอุปกรณ์ที่น้อยกว่าระบบสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ดังรูปต่อไปนี้
เครื่องส่งและเครื่องรับของ Ultra wide band (UWB)โดยสรุปจากหลักพื้นฐานของ Ultra wide band (UWB) ข้างต้น Multiband OFDM Alliance (MBOA) ได้พัฒนาให้ Ultra wide band (UWB) เป็นระบบการสื่อสารไร้สายส่วนบุคคล ที่ใช้การส่งผ่านข้อมูลแบบพัลส์(Pulse) สั้นๆ ผ่านคลื่นวิทยุความถี่หรือ แบนวิธ (Bandwidth) กว้าง ทำให้สามารถถ่ายโอนข้อมูลจำนวนมากได้ในระยะทางสั้นๆ โดยใช้พลังงานในระดับต่ำเพียง 0.0001 มิลลิวัตต์ต่อเมกะเฮิรตซ์ มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps ที่ระยะทางประมาณ 2 เมตร และความเร็ว 110 Mbps ที่ระยะทาง ประมาณ 10 เมตร ถูกกำหนด มาตรฐาน IEEE 802.15.3a โดยมีย่านความถี่ที่ถูกกำหนดจากFederal Communications Commission (FCC) อยู่ที่ 3.1-10.6 GHz Ultra wide band (UWB) มีคุณลักษณะเด่นดังนี้
1. สามารถแพร่กระจายผ่านช่องสัญญาณหลายเส้นทางแต่เกิดการลดทอนน้อย เพราะ Ultra wide band (UWB) เป็นสัญญาณพัลส์ที่แคบมาก เมื่อสัญญาณพัลส์หลายชุดที่เดินทางมาถึงเครื่องรับ การซ้อนทับกัน ทางเวลาหรือการรบกวนกันของพัลส์จึงเกิดขึ้นน้อยมาก เพราะเวลาที่ใช้ในการเดินทาง มักมีช่วงเวลาที่นานกว่าความกว้างทางเวลาของพัลส์เมื่อใช้ระบบซีดีเอ็มเอ (Code Division Multiple Access :CDMA) สัญญาณพัลส์ที่ตรวจจับได้จากหลายเส้นทาง จะถูกรวมกันเพื่อเพิ่มระดับของคุณภาพการรับของสัญญาณได้มากยิ่งขึ้น
2. ตรวจจับและดักสัญญาณต่ำ เพราะไม่ทราบว่าสัญญาณพัลส์ที่ถูกส่งมาเป็นชุดสั้นๆจะมาปรากฏที่เครื่องรับในตอนไหน และเนื่องจากมีการกระจายสัญญาณในช่วงของความถี่ที่กว้าง การทำการแจมมิ่ง (Jamming) สัญญาณในแถบความถี่กว้างมากนั้นกระทำได้ยาก
3. ระดับความหนาแน่นของระดับความแรงต่อความถี่ของสัญญาณUltra wide band (UWB) มีค่าต่ำ (Low power spectral density) ทำให้สามารถทำงานซ้อนทับกับระบบสื่อสารแบบอื่นได้
4. Ultra wide band (UWB) มีสัญญาณพัลส์ที่มีช่วงเวลาแคบมากในระดับที่ต่ำกว่านาโนวินาที ทำให้สัญญาณมีความละเอียดสูงที่มาก (very high resolution) ซึ่งความละเอียดดังกล่าวเป็นคุณสมบัติที่นำมาใช้ในการวัดความแตกต่างของระยะทางได้ เช่นในระบบเรดาห์เมื่อสัญญาณลูกคลื่นพัลส์ของอัลตราไวด์แบนด์สะท้อนกลับมายังเครื่องรับก็จะสามารถคำนวณหาระยะทางโดยประมาณที่สัญญาณพัลส์ใช้เวลาในการเดินทางได้อย่างเที่ยงตรงโดยมันมีความสามารถในการอ่านตำแหน่งของวัตถุด้วยความแม่นยำในระดับเซนติเมตร ซึ่งถือว่าสูงมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยี GPS ที่ให้ความแม่นยำเพียงแค่หน่วยเมตรเท่านั้น
5. การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ตามข้อกำหนดของคณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสาร หรือ Federal Communication Commission (FCC) ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลสหรัฐอเมริกา ที่มีหน้าที่ควบคุมในเรื่องการสื่อสาร กำหนดเรื่องข้อจำกัดของกำลังส่งที่อนุญาตให้กับ Ultra wide band (UWB) มีการใช้พลังงานที่ต่ำมาก เพื่อไม่ให้รบกวนระบบสื่อสารอื่น โดยระดับความแรงของสัญญาณโดยเฉลี่ยอยู่ที่ระดับต่ำกว่า 40 เดซิเบลมิลลิวัตต์ต่อหนึ่งเมกกะเฮิรตซ์
6. มีความสามารถในการส่งผ่านคลื่นผ่านทะลุวัตถุต่างๆ ได้ดี เพราะ Ultra wide band (UWB) การรวมคลื่นที่มีความถี่ต่ำในช่วงแถบความถี่ที่กว้างมากทำให้สัญญาณสามารถทะลุทะลวงวัตถุต่างๆ ได้ดีกว่าระบบอื่นๆ ที่ใช้สัญญาณที่มีความถี่สูงเท่านั้น ดั้งนั้น Ultra wide band (UWB) จึงใช้ได้ดีในอาคารหรือพื้นที่ ที่มีกำแพงหรือวัสดุอื่นกั้น เช่น ลานจอดรถ ชั้นใต้ดิน
7. Ultra wide band (UWB) สามารถทำให้ อุปกรณ์เทคโนโลยี ต่อเชื่อมแบบไร้สายกันได้เป็นจำนวนมากเพราะ Ultra wide band (UWB) มีแบนวิธ (Bandwidth) กว้างมาก ปัจจุบันสามารถเชื่อต่ออุปกรณ์ได้มากถึง 127 ชิ้น โดยมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลถึง 480Mbps ที่รัศมี 4 เมตร และความเร็วจะต่ำลงจนเหลือประมาณ 110Mbps หากมีการวางอุปกรณ์เลยห่างออกไปจนถึงประมาณ 10 เมตร
1. สามารถแพร่กระจายผ่านช่องสัญญาณหลายเส้นทางแต่เกิดการลดทอนน้อย เพราะ Ultra wide band (UWB) เป็นสัญญาณพัลส์ที่แคบมาก เมื่อสัญญาณพัลส์หลายชุดที่เดินทางมาถึงเครื่องรับ การซ้อนทับกัน ทางเวลาหรือการรบกวนกันของพัลส์จึงเกิดขึ้นน้อยมาก เพราะเวลาที่ใช้ในการเดินทาง มักมีช่วงเวลาที่นานกว่าความกว้างทางเวลาของพัลส์เมื่อใช้ระบบซีดีเอ็มเอ (Code Division Multiple Access :CDMA) สัญญาณพัลส์ที่ตรวจจับได้จากหลายเส้นทาง จะถูกรวมกันเพื่อเพิ่มระดับของคุณภาพการรับของสัญญาณได้มากยิ่งขึ้น
2. ตรวจจับและดักสัญญาณต่ำ เพราะไม่ทราบว่าสัญญาณพัลส์ที่ถูกส่งมาเป็นชุดสั้นๆจะมาปรากฏที่เครื่องรับในตอนไหน และเนื่องจากมีการกระจายสัญญาณในช่วงของความถี่ที่กว้าง การทำการแจมมิ่ง (Jamming) สัญญาณในแถบความถี่กว้างมากนั้นกระทำได้ยาก
3. ระดับความหนาแน่นของระดับความแรงต่อความถี่ของสัญญาณUltra wide band (UWB) มีค่าต่ำ (Low power spectral density) ทำให้สามารถทำงานซ้อนทับกับระบบสื่อสารแบบอื่นได้
4. Ultra wide band (UWB) มีสัญญาณพัลส์ที่มีช่วงเวลาแคบมากในระดับที่ต่ำกว่านาโนวินาที ทำให้สัญญาณมีความละเอียดสูงที่มาก (very high resolution) ซึ่งความละเอียดดังกล่าวเป็นคุณสมบัติที่นำมาใช้ในการวัดความแตกต่างของระยะทางได้ เช่นในระบบเรดาห์เมื่อสัญญาณลูกคลื่นพัลส์ของอัลตราไวด์แบนด์สะท้อนกลับมายังเครื่องรับก็จะสามารถคำนวณหาระยะทางโดยประมาณที่สัญญาณพัลส์ใช้เวลาในการเดินทางได้อย่างเที่ยงตรงโดยมันมีความสามารถในการอ่านตำแหน่งของวัตถุด้วยความแม่นยำในระดับเซนติเมตร ซึ่งถือว่าสูงมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยี GPS ที่ให้ความแม่นยำเพียงแค่หน่วยเมตรเท่านั้น
5. การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ตามข้อกำหนดของคณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสาร หรือ Federal Communication Commission (FCC) ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลสหรัฐอเมริกา ที่มีหน้าที่ควบคุมในเรื่องการสื่อสาร กำหนดเรื่องข้อจำกัดของกำลังส่งที่อนุญาตให้กับ Ultra wide band (UWB) มีการใช้พลังงานที่ต่ำมาก เพื่อไม่ให้รบกวนระบบสื่อสารอื่น โดยระดับความแรงของสัญญาณโดยเฉลี่ยอยู่ที่ระดับต่ำกว่า 40 เดซิเบลมิลลิวัตต์ต่อหนึ่งเมกกะเฮิรตซ์
6. มีความสามารถในการส่งผ่านคลื่นผ่านทะลุวัตถุต่างๆ ได้ดี เพราะ Ultra wide band (UWB) การรวมคลื่นที่มีความถี่ต่ำในช่วงแถบความถี่ที่กว้างมากทำให้สัญญาณสามารถทะลุทะลวงวัตถุต่างๆ ได้ดีกว่าระบบอื่นๆ ที่ใช้สัญญาณที่มีความถี่สูงเท่านั้น ดั้งนั้น Ultra wide band (UWB) จึงใช้ได้ดีในอาคารหรือพื้นที่ ที่มีกำแพงหรือวัสดุอื่นกั้น เช่น ลานจอดรถ ชั้นใต้ดิน
7. Ultra wide band (UWB) สามารถทำให้ อุปกรณ์เทคโนโลยี ต่อเชื่อมแบบไร้สายกันได้เป็นจำนวนมากเพราะ Ultra wide band (UWB) มีแบนวิธ (Bandwidth) กว้างมาก ปัจจุบันสามารถเชื่อต่ออุปกรณ์ได้มากถึง 127 ชิ้น โดยมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลถึง 480Mbps ที่รัศมี 4 เมตร และความเร็วจะต่ำลงจนเหลือประมาณ 110Mbps หากมีการวางอุปกรณ์เลยห่างออกไปจนถึงประมาณ 10 เมตร
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายอื่น
ตารางแสดงเทคโนโลยีต่างๆ ที่สำคัญ เทคโนโลยี PAN, LAN และ WAN
ตารางแสดงเทคโนโลยีต่างๆ ที่สำคัญ เทคโนโลยี PAN, LAN และ WAN
จากตาราง Ultra wide band (UWB) เป็นระบบเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล WPAN(Wireless Personal Area Network) เหมือนกับ Bluetooth , Zigbee มีระยะทางไม่เกิน 10 เมตร ส่วน WiFi เป็นเทคโนโลยีการไร้สายในพื้นที่เฉพาะ WLAN(Wireless Local Area Network) ซึ่งมีระยะทางไม่เกิน 100 เมตร เราจะพิจารณาเทคโนโลยี ทั้ง 4 แบบนี้เปรียบเทียบกัน ZigBee เป็นการสื่อสารในเครือข่ายเซ็นเซอร์แบบไร้สาย (Wireless Sensor Network) โดยเริ่มจากการกำหนดมาตรฐานการรับ-ส่งข้อมูลแบบ IEEE 802.15.4 มีคลื่นวิทยุ 3 ความถี่คือ
1. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 2.4 Ghz มี 16 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 250 Kbps2. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 915 Ghz มี 10 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 40 Kbps3. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 868 Ghz มี 1 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 20 Kbps
การทำงานของ ZigBee การเชื่อมต่อเป็นโครงข่ายของเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย มีอยู่ 2 รูปแบบ ได้แก่ แบบดาว (Star) และแบบระดับเดียว (Peer-to-Peer) ซึ่งการเชื่อมต่อแบบ Star เหมือนการเชื่อมต่อแบบโครงข่ายจิ๋ว (Piconet) โดยภายในโครงข่ายจะสื่อสารข้อมูลผ่านเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจิ๋วหลายๆ ตัวโดยมีอัตราการรับส่งข้อมูลต่ำ ใช้พลังงานต่ำ เชื่อมโยงเครือข่าย ระหว่าง End device กับ Router หรือ Coordinator เข้าด้วยกัน
1. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 2.4 Ghz มี 16 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 250 Kbps2. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 915 Ghz มี 10 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 40 Kbps3. คลื่นวิทยุความถี่ที่ 868 Ghz มี 1 ช่องสัญญาณ อัตรารับส่งข้อมูล 20 Kbps
การทำงานของ ZigBee การเชื่อมต่อเป็นโครงข่ายของเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย มีอยู่ 2 รูปแบบ ได้แก่ แบบดาว (Star) และแบบระดับเดียว (Peer-to-Peer) ซึ่งการเชื่อมต่อแบบ Star เหมือนการเชื่อมต่อแบบโครงข่ายจิ๋ว (Piconet) โดยภายในโครงข่ายจะสื่อสารข้อมูลผ่านเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจิ๋วหลายๆ ตัวโดยมีอัตราการรับส่งข้อมูลต่ำ ใช้พลังงานต่ำ เชื่อมโยงเครือข่าย ระหว่าง End device กับ Router หรือ Coordinator เข้าด้วยกัน
เทคโนโลยี ZigBee จะเน้นการที่ใช้กำลังงานไฟฟ้าต่ำเพื่อให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น มีราคาถูกและมีความปลอดภัยในการใช้งานในเครือข่ายสูง แต่จะมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลไม่สูงมากนัก ทำให้สร้างระบบที่เรียกว่า Wireless Sensor Network ได้ ซึ่งระบบนี้ จะสามารถทำงาน ได้ในเกือบทุกสถานที่ทั้งในอาคารและกลางแจ้ง และ เซ็นเซอร์ที่มีขนาดเล็กมาก จึงใช้ในการเฝ้าดู เฝ้าติดตาม( monitoring ) เช่น ติดเซ็นเซอร์ขนาดเล็กจิ๋ว ฝังอยู่ในที่ต่าง มันจะทำการรับ-ส่งคลื่นสัญญาณข้อมูลผ่านเซ็นเซอร์แต่ละตัวไปเรื่อยๆ จนถึง End-device แล้ววิเคราะห์ข้อมูล ข้อมูลที่ได้อาจจะเป็นการวัดอุณหภูมิ ปริมาณมลพิษในอากาศ ปริมาณน้ำ คอยตรวจจับของโครงสร้างของอาคาร คอยรายงานข้อมูลของคนไข้
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ ZigBee
เทคโนโลยี ZigBee จะใช้เป็นระบบโครงข่าย มี เซ็นเซอร์ขนาดเล็ก กินไฟต่ำ เหมาะสำหรับงาน monitoring ที่ใช้เวลานาน แต่ด้วยความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่น้อยมาก ทำให้การส่งผ่านข้อมูลจำนวนมากๆเป็นไปได้ยาก ต่างจาก Ultra wide band (UWB) ที่ไม่สามารถ monitoring ที่ใช้เวลานานได้ดีเท่า ZigBee เพราะจะใช้กำลังงานไฟฟ้ามากกว่า แต่ Ultra wide band (UWB) มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps ที่ระยะทางประมาณ 2 เมตร และความเร็ว 110 Mbps ที่ระยะทาง ประมาณ 10 เมตร ด้วยความเร็วในระดับดังกล่าว สามารถใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ประเภทโฮมเอนเตอร์เทนต์เมนท์ภายในบ้าน การที่โทรทัศน์สามารถส่งรายการไปยังหน้าจอโทรทัศน์เครื่องอื่นๆ ได้แบบไร้สายโดยไม่มีปัญหาการกระตุกของสัญญาณภาพ หรือการรับส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์กับอุปกรณ์อิเลคโทรนิคอื่นเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว
Bluetooth เป็นการสื่อสารไร้สายระยะใกล้ที่มีรัศมีคลอบคลุมสัญญาณประมาณ 10 เมตร สื่อสารแบบ Narrow band communication โดยใช้คลื่นความถี่วิทยุ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) โดยมีอัตราความเร็วรับส่งข้อมูลประมาณ 1-3 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) ทำงานโดยส่งคลื่นไปค้นหาอุปกรณ์ที่มี Bluetooth อื่นติดตั้งอยู่และทำการจับคู่ (Pairing) สาเหตุที่ต้องมีการจับคู่อุปกรณ์เนื่องจากป้องกันการเชื่อมต่อโดยไม่ได้รับอนุญาตจากผู้ใช้
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ Bluetooth
Bluetooth คือเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างมากสำหรับเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล (Wireless Personal Area Network) เพราะมีจุดเด่นที่น่าสนใจคือใช้พลังงานต่ำ ขนาดเล็ก ซึ่งเหมาะกับการนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัดในเรื่องของขนาดและน้ำหนักจึงเป็นที่ยอมรับของผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือและพีดีเอชั้นนำทั่วไป เมื่อมีผู้ใช้มากผลิตจำนวนมาก ต้นทุนในการผลิตต่อหน่วยก็ถูกลงทำให้เทคโนโลยี Bluetooth ได้เปรียบเทคโนโลยี อื่น แต่อัตราความเร็วรับส่งข้อมูลประมาณ 1-3 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps)เพียงพอสำหรับการสื่อสารในรูปของเสียง หรือข้อมูลเล็กๆน้อยๆเท่านั้น ไม่พอสำหรับส่งข้อมูลจำพวกมัลติมีเดียเช่น ภาพVDO หรือข้อมูล fileใหญ่ๆ (ซึ่งมีความต้องการมากในระบบ 3G และ 4G) เหตุนี้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ที่มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps จึงได้เปรียบกว่าเพราะสามารถสำหรับส่งข้อมูลข้อมูลจำพวกมัลติมีเดียหรือข้อมูล fileใหญ่ๆได้แต่การที่ Ultra wide band (UWB) ยังไม่เป็นที่นิยมทำให้ราคาสูงกว่า Bluetooth อยู่มาก
WiFi เป็นคำย่อของคำว่า Wireless Fidelity หมายถึง ไวเลสที่น่าเชื่อถือ คำว่า “WiFi”เป็นระบบเครือข่ายไร้สายที่เชื่อมโยงคอมพิวเตอร์เข้าเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายภายในพื้นที่แบบไร้สาย WLAN(Wireless Local Area Network) อยู่บนพื้นฐานของมาตรฐาน IEEE 802.11โดยมาตรฐานแรกประกาศออกมาในปี ค.ศ.1997 และพัฒนามาจนเป็น IEEE 802.11n เป็นมาตรฐานที่พัฒนาเทคนิคการรับส่งข้อมูลที่ความเร็วสูงได้ถึง 100 เมกะบิตต่อวินาทีและมีการใช้งานที่ย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz)
การใช้งานเครือข่ายไร้สาย WiFi ที่มีการเชื่อมโยงเครือข่ายคอมพิวเตอร์ข้ามกันภายในอาคาร หรือระหว่างอาคารจะช่วยลดภาระการติดตั้งสายแลนด์ที่มีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและดูแลรักษาที่สูงนอกจากนี้การติดตั้งเครือข่ายไร้สาย WiFi ในพื้นที่กว้างหรือ ฮอทสปอท (Hotspot) เช่น มหาวิทยาลัย สนามบิน โรงแรม ศูนย์ประชุม ศูนย์การค้า ทำให้ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านเครือข่ายไร้สาย WiFi ได้เป็นจำนวนมากโดยอยู่ตรงไหนของพื้นที่นั้นก็สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตอย่างสะดวก
เปรียบเทียบ Ultra wide band (UWB) กับ WiFi
เนื่องจาก WiFi เป็นโครงข่ายไร้สายแบบ WLAN(Wireless Local Area Network) ในขณะที่ Ultra wide band (UWB) เป็นโครงข่ายไร้สายแบบ WPAN(Wireless Personal Area Network) WiFi จึงมีโครงข่ายที่ใหญ่กว่าสามารถสร้างโครงข่ายให้ครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่า แต่ WiFi ก็กินพลังงานไฟ้ฟ้ามากกว่า อีกประการหนี่งความไม่ปลอดภัย ของเทคโนโลยี WiFi มีมากเพราะอุปกรณ์ WiFi มีราคาถูกสามารถหาซื้อได้สะดวกประกอบกับมีเครื่องมือที่ช่วยในการดักฟังข้อมูลมีจำนวนมาก อุปกรณ์แม่ข่าย WiFi ที่ไม่ได้เปิดระบบรักษาความมั่นคงปลอดภัย แฮกเกอร์สามารถเข้ามาเชื่อมต่อและสามารถเข้าถึงเครือข่ายภายในที่มีอุปกรณ์แม่ข่าย WiFi ได้ ทั้งหากมีสัญญาณอื่นที่มีกำลังแรงพอบนคลื่นความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ก็สามารถรบกวนการทำงานของระบบWiFi ได้ ยิ่งในอนาคตใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่แบบ 4G ที่ถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานบนเครือข่ายที่กินพื้นที่กว้างก็ได้หรือจะทำเป็นเครือข่ายขนาดย่อม ๆ แบบ WLAN ได้อีกด้วย นั่นจึงทำให้หลายคนมองว่า 4G จะมาเบียดเทคโนโลยีของ Wi-Fi เพราะสามารถใช้งานได้ทั้งสองแบบ แต่ Ultra wide band (UWB) มีสัญญาณพัลส์ที่ถูกส่งมาเป็นชุดสั้นๆ ทำให้ตรวจจับและดักฟังได้ยากกว่า และระบบ 4G ต้องการที่ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลถูกพัฒนาให้สูงกว่า 100 เมกะบิตต่อวินาที Ultra wide band (UWB) ก็สามารถสนองความต้องการ 4G สำหรับการสื่อสารระยะใกล้อีกด้วย
การใช้ Ultra wide band (UWB)
ในปัจจุบันได้มีการนำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) มาพัฒนาในหลายด้านได้แก่
1. Wireless USB (WUSB) เทคโนโลยีการเชื่อมต่อไร้สายแบบแรกที่สามารถทำงานรวมกับระบบเดิม หรือ USB แบบธรรมดาได้ โดยนำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ยอมให้ผู้ใช้สามารถเชื่อต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงได้มากถึง 127 ชิ้น โดยมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลถึง 480Mbps ที่รัศมี 4 เมตร และความเร็วจะต่ำลงจนเหลือ 110Mbps หากมีการวางอุปกรณ์เลยห่างออกไปจนถึงประมาณ 10 เมตร
2. Bluetooth ที่นำเทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) มาใช้ได้แก่ teknoloisi Bluetooth 3.0 มีการรับส่งข้อมูลได้มากกว่ารุ่นก่อนๆมาก
3. การวัดและบันทึกอัตราปริมาณรังสี ซึ่งสามารถปรับปรุงมาตรการความปลอดภัยและการรับประกันคุณภาพสำหรับโรงงานนิวเคลียร์ BIL Solutions Ltd. ใช้เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) เพื่อระบุตำแหน่งคนและวัตถุต่างๆในระยะ 30 เซนติเมตร ในรูปแบบ 3 มิติ ด้วยการใช้งานแบบนี้จะทำให้ได้ระดับที่ชัดเจนของความถูกต้องในการติดตามคน สามารถติดตามและระบุตำแหน่งพนักงานในแบบเรียลไทม์
4. Dr. Chris Stevens แห่งมหาวิทยาลัย St. Hugh'sใช้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) ในการสำรวจท่อและสายเคเบิ้นใต้น้ำในมหาสมุทร
5. ฟูรูกาวาอิเล็คทริค ประสบความสำเร็จในการพัฒนาOnboard UWB Radar for Vehicles ขนาดกะทัดรัดสำหรับตรวจอุปสรรครอบรถยนต์โดยสามารถวัดระห่างในระดับมิลลิเมตร
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ onboard เรดาร์ UWB สำหรับยานยนต์
6. Cardiopulmonary Sensor เครื่องวัดระบบไหลเวียนโลหิตและอัตราการเต้นของหัวใจ ใช้เทคโนโลยี Blackfin DSP, SDRAM, Flash, FPGA, UWB, Opamp
7. หุ่นยนต์ GPR ระบบตรวจสอบระเบิดที่ DSEi 09 เป็นระบบตรวจจับระยะไกลควบคุมสำหรับการเส้นทางการระบุพื้นที่เล็กตรวจสอบจุด EOD ใต้ผิวดินและการมองเห็นระยะไกล สามารถเข้าไปในเส้นทางแคบ ใช้ เทคโนโลยี Ultra wide band (UWB) Ground เจาะ Radar (GPR) ใช้งานครั้งแรกปี ค.ศ. 2008โดยกองทัพสหรัฐในการสนับสนุน
ที่มาhttp://www.nectec.or.th/bid/mkt_info_tech_ultrawideband.htm
http://www.oknation.net/blog/ICSAg/2008/09/21/entry-3
http://www.dpu.ac.th/eng/te/article.php?id=37
http://www.elecfans.com/baike/tongxingjishu/chungshuwang/20100322201646.html
http://www.tkc.go.th/pageconfig/viewcontent/viewcontent1.asp?pageid=156&directory=2951&contents=3113
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Ultra_wideband_for_wireless_communications/index.php
http://store.tkc.go.th/tkcteam/flash/p04000501/index.html
http://www.vcharkarn.com/vblog/34886/1/30#P4
http://zigbeeyoyo.blogspot.com/2007/08/zigbee.html
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Bluetooth_and_Zigbee/index.php
http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Principle_of_WiFi_Networks/index.php
http://guru.thaibizcenter.com/articledetail.asp?kid=3867
th.wikipedia.org/wiki/http://www.multibandofdm.org/
http://www.newswit.com/news/2006-05-31/ubisense-british-nuclear-group/
http://mshowto.org/th/xp/veri-transferinde-cilgin-hiz-528.html
http://dept106.eng.ox.ac.uk/wb/pages/people/academics/chris-stevens.php
http://www.furukawa.co.jp/english/what/2009/kenkai_091021.htm
http://www.summitscientificinc.com/pastprojects.html
http://www.shephard.co.uk/news/3800/niitek-launches-portable-robotic-ultra-wide-band-gpr-mine-detection-system-at-dsei-09/
เอกสารประกอบการเรียนการสอนทางอินเทอร์เน็ต วิชา ITM 640 ครั้งที่ 6 พ.อ.รศ.ดร. เศรษฐพงศ์ มะลิสุวรรณ
บทความ
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น