06. Wykonalność i budżet zasobów

Ocena wykonania

Koncepcję można przetestować technicznie. Koszt i czas doprowadzenia jej do wdrożenia pozostają otwarte. Osoba początkująca powinna odtwarzać projekt z odebranych płytek i wykonywać tylko prosty montaż końcowy. Części RF i 230 V wymagają kompetencji i wyposażenia. Stacja poziomu 1 nie zawiera obwodów 230 V. Obecny pakiet nie zawiera jeszcze bezpiecznej instrukcji samodzielnego wykonania całego zestawu.

Budżet czasu antenowego

LoRa (pilotaż). Czas nadawania ramki LoRa liczy się wzorem z karty katalogowej SX1261/2 (rozdz. 6.1.4) dla SF7, 125 kHz, CR 4/5, nagłówka jawnego, CRC i preambuły 18 symboli (założenie). Interfejs zgodny z RNode dodaje 1 B nagłówka na ramkę, a datagram dłuższy niż 254 B wysyła w dwóch ramkach. Datagram to pakiet Reticulum z kodem dostępu IFAC (16 B), więc dwie ramki (508 B) mieszczą pakiet najwyżej 492 B przed IFAC, a nie 500 B, jak w domyślnym MTU Reticulum. Rzeczywiste MTU interfejsu i sposób zadeklarowania go stosowi ustala T3 z przypiętymi wersjami RNode i Reticulum; model odrzuca datagram dłuższy niż dwie ramki. Po każdym nadaniu obowiązuje ten sam dług ciszy co w P1 (12t, cykl 13t), bo limit 10% dotyczy pasma, a nie modulacji. Największy datagram (508 B) zajmuje w eterze około 0,82 s. Wyniki modelu (lora_pilot).

P1 (wariant zapasowy). Dla datagramu o długości B bajtów w P1 liczba fragmentów wynosi n = ceil(B/86), liczba bajtów w eterze B + 29n, a czas nadawania (TX) t = 8(B + 29n)/4800. Dług ciszy, czyli obowiązkowa przerwa w nadawaniu po każdym nadaniu, wynosi 12t, a cykl jednego nadajnika bez dodatkowych opóźnień 13t. Obliczenie nie obejmuje narastania mocy i przełączania nadajnika, nasłuchu kanału przed nadawaniem (CCA), kolizji, ponowień ani ruchu Reticulum/LXMF. Model ma dla narastania parametr na fragment (ramp_ms); przy założonych 2 ms cykl datagramu 600 B rośnie z 17,40 do 17,58 s. Dowód limitu 10% opiera się na wartości zmierzonej w T4.

Tabela podaje przepustowość idealnego nadajnika liczoną w datagramach interfejsu P1, a nie liczbę zgłoszeń aplikacji. Dla 600 B wynosi około 34,5 B/s użytecznych danych wejściowych interfejsu P1. Każdy przekaźnik zużywa własny czas TX na przekazanie zgłoszeń, odpowiedzi i ruchu sterującego. Sąsiedzi współdzielą kanał, więc ich przepustowości nie można sumować jak niezależnych przewodów.

Przy większej wiadomości LXMF może przejść z pojedynczego pakietu na link (zestawione połączenie Reticulum) albo przesyłanie zasobu (transfer wielopakietowy, Resource). Limit treści SA1 wynosi 256 B. Największe wiadomości (REQUEST 222 B, BULLETIN 246 B, REPLY 156 B) mieszczą się w modelu w jednym pakiecie dostarczenia okazjonalnego (OPPORTUNISTIC w LXMF; szacunek 284 B treści), co trzeba potwierdzić w T3. Progi opisuje rozdział 05. Do tego dochodzą zestawianie linku, ogłoszenia tras, potwierdzenia i ponowienia.

W wariancie 0.4 stos na laptopie łączył się z modemem przez protokół KISS. Jego kontrola przepływu ma w obecnym kodzie limit 5 s, a P1 może wymagać ponad 16 s samej ciszy. W 0.5 interfejs radiowy (LoRa lub P1) jest częścią stosu w stacji, więc stos zna dług ciszy i nie zależy od limitu KISS.

Wyjątkiem jest stanowisko odbiorcze (D19): komputer łączy się ze stacją stanowiska przez KISS, dlatego stacja potwierdza gotowość po przyjęciu pakietu do bufora, a limity czasu po stronie komputera wydłuża opcja bitrate interfejsu (stanowisko odbiorcze). LXMessage, KISSInterface, kontrakt interfejsu P1.

Znajomość długu ciszy nie zmienia limitów czasu linku i zasobu. Pakiet może czekać w kolejce dłużej, niż pozwala stos, jeszcze przed pierwszym TX. Kontrprzykład z kodu w przypiętej wersji.

Próba musi zliczyć wszystkie bajty i czas TX każdego węzła podczas zimnego zestawienia trasy (gdy węzły nie znają jeszcze drogi) i w ruchu ustalonym. Musi też zmierzyć opóźnienie do RECEIVED, wiek kolejki, odrzuty, retransmisje i poprawność po restarcie. Kolizja ukrytych nadajników jest możliwa mimo CCA. Fragmentacja zwiększa ryzyko utraty całego datagramu.

Budżet próby W10 na przekaźniku

Wąskim gardłem próby A–B–stanowisko jest przekaźnik B. Przekazuje każde zgłoszenie do stanowiska odbiorczego, RECEIVED do A oraz potwierdzenia obu pakietów. A i stanowisko nadają tylko po połowie tego ruchu.

Założenia obliczeniowe:

• dostarczenie okazjonalne LXMF jednym pakietem (rozdział 05);
• treść zakodowana modelem;
• pakiet = nagłówek 19 B + klucz efemeryczny 32 B + wektor inicjujący (IV) 16 B + szyfrogram dopełniony do wielokrotności 16 B + kod uwierzytelniający (HMAC) 32 B;
• szyfrowana część LXMF to 80 B skrótu nadawcy i podpisu oraz 18–19 B struktury;
• niejawne potwierdzenie ma 83 B;
• każdy datagram P1 niesie kod dostępu sieci IFAC 16 B (specyfikacja radia).

Na ostatnim odcinku pakiet nie ma identyfikatora transportu. Wartości wynikają z analizowanych wersji, nie z pomiaru.

LoRa SF7 (pilotaż). Pakiety mają te same rozmiary co niżej. Przekaźnik B nadaje zgłoszenie w 0,67–0,74 s (cykl z ciszą 8,7–9,6 s), RECEIVED w 0,48 s (6,2 s) i potwierdzenie pakietu w 0,18 s (2,4 s). Obsługa jednego zgłoszenia zajmuje 19,7–20,6 s, a 50 zgłoszeń 16,4–17,2 min z 30 min przy zerowych stratach.

Z „ODBIORCA PRZECZYTAŁ” i decyzją przekaźnik potrzebuje 37,8 s na zgłoszenie, czyli około 31,5 min na 50 zgłoszeń. Próba ruchu mieszanego z 55 rewizjami zajmuje w modelu około 34,6 min nadawania przekaźnika z 60 min, a komunikat dokłada około 0,2 min. Zostaje więc około 40% zapasu na straty, ponowienia i czas czytania. Przy SF8 50 zgłoszeń zajmuje 29,1–30,4 min, czyli W10 się nie mieści.

P1 (wariant zapasowy). Obsługa jednego zgłoszenia zajmuje przekaźnikowi B 27,1–28,8 s nadawania z ciszą. Obsługa 50 zgłoszeń wymaga 1357–1441 s, czyli 22,6–24,0 min z 30 min przy zerowych stratach. Kod IFAC wydłuża ten czas o około 10%, bo potwierdzenie pakietu przestaje mieścić się w jednym fragmencie. Obliczenie zakłada, że dyżurny nie wysyła w tym czasie STATUS.

Z „ODBIORCA PRZECZYTAŁ” i decyzją dla każdego zgłoszenia przekaźnik potrzebuje 52,6 s na zgłoszenie, czyli około 44 min na 50 zgłoszeń; W10 dotyczy więc samego przyjęcia. Pracę dyżurnego sprawdza osobna próba ruchu mieszanego (zgłoszenia o różnej pilności, rewizje, PRZECZYTANE i decyzje, komunikat) z własnym warunkiem zaliczenia: zero alarmów braku potwierdzenia i odczytu oraz wszystkie rewizje z RECEIVED, PRZECZYTANE i decyzją w 60 min (odbiór).

Dla 55 rewizji próby model daje około 48 min nadawania przekaźnika (52,6 s × 55, komunikat dokłada około 0,5 min), więc zostaje około 20% zapasu na straty, ponowienia i czas czytania.

Obliczenie pomija zimną trasę (ogłoszenia, zapytania o trasę), kolizje, CCA, narastanie mocy nadajnika, ponowienia i ruch innych stacji. Każde utracone i ponowione zgłoszenie zabiera B kolejne 11,9–13,5 s. Dostarczenie przez istniejący link ma podobny koszt na wiadomość, ale wymaga zestawienia linku w limitach czasu stosu. Zasób dodaje dla każdej wiadomości ogłoszenie, części i dowód. W10 jest więc wykonalne na papierze tylko przy jednym pakiecie na wiadomość i małych stratach.

LXMF ponawia niepotwierdzoną wiadomość okazjonalną po max(10 s, RTT), najwyżej 5 prób (DELIVERY_RETRY_WAIT, MAX_DELIVERY_ATTEMPTS). Jeden cykl B dla zgłoszenia trwa dłużej niż 10 s, a jego kolejka może trzymać minuty ruchu. Jeśli szacunek czasu obiegu (RTT) nie obejmuje oczekiwania za ciszą, A wysyła ponownie wiadomości jeszcze czekające u B i zużywa jego budżet. T3 musi zmierzyć takie duplikaty i ustalić, skąd stos bierze RTT przy szybkości zgłaszanej przez interfejs radiowy (LoRa; w wariancie zapasowym P1). LXMRouter.

Dlatego stos stacji ponawia wiadomość okazjonalną nie wcześniej niż po max(60 s, 2 × liczba skoków × 13 × czas TX największego datagramu + bieżący dług ciszy + czas opróżnienia kolejki P1). Na jedno ponowienie intencji przypadają najwyżej 2 próby LXMF (kontrakt interfejsu P1). Dla największego własnego datagramu (499 B przy treści 256 B, z IFAC, cykl 14,6 s) daje to 60 s dla 1 i 2 skoków na pustej sieci oraz około 115 s (1 skok) i 144 s (2 skoki) przy największym długu ciszy i pełnej kolejce 4 × 600 B.

Pojemność sieci

Pojemność całej sieci, a nie pojedynczego przekaźnika, ogranicza najbardziej obciążony węzeł: zwykle stacja stanowiska i przekaźnik obok niej. Model bez strat przyjmuje limit długu ciszy (cykl 13t na datagram) oraz zgłoszenie 222 B z RECEIVED i dwoma STATUS. Wynik:

• stacja stanowiska nadaje na jedno zgłoszenie potwierdzenie pakietu, RECEIVED i dwa STATUS (29,9 s z ciszą), czyli obsłuży około 121 zgłoszeń/h;
• przekaźnik przed stanowiskiem przekazuje zgłoszenie, RECEIVED, dwa STATUS i cztery potwierdzenia pakietów (52,6 s), czyli obsłuży około 68 zgłoszeń/h.

Liczby powyżej dotyczą P1. Dla LoRa SF7 ten sam model daje około 95 zgłoszeń/h przez przekaźnik przed stanowiskiem i około 164/h na samej stacji stanowiska, a BULLETIN do 50 stacji zajmuje około 8,5 min (10,2 s na stację). Ogłoszenie trasy trwa w LoRa SF7 około 70% czasu P1 (0,36 wobec 0,51 s); ruch zimnego startu dla obu profili podano niżej.

Dodanie przekaźników nie zwiększa tego limitu. Zwiększa go tylko drugi odbiorca albo podział sieci. BULLETIN wysyła się osobno do każdej stacji. Przy 50 stacjach w P1 to około 11,9 min pracy nadajnika stanowiska z obowiązkową ciszą (14,2 s na stację); tyle samo trwa rozesłanie polecenia ciszy. Okno losowego startowego TEST skaluje się z liczbą stacji: ≥50 s × liczba stacji, czyli 25 min dla 30 i około 42 min dla 50 stacji (przekaźnik obok stanowiska potrzebuje około 40 s na TEST z RECEIVED i jednym STATUS). Okno 0–15 min wystarcza tylko małej sieci. Liczbę stacji stacja zna z przygotowania. Na to samo okno nakłada się ruch sterujący zimnego startu. Model bez strat w jednym obszarze kolizji liczy trzy składniki (dla 50 stacji; najpierw LoRa SF7, w nawiasie P1):

• ogłoszenia: każda stacja z transportem retransmituje ogłoszenia pozostałych, więc 50 stacji daje 2500 nadań, około 15 min (21 min) czasu kanału i około 3,9 min (5,6 min) nadawania z ciszą w każdej stacji. Reticulum ogranicza ogłoszenia na interfejsie do 2% czasu zegarowego, liczonego z zadeklarowanej przepływności interfejsu, więc 50 ogłoszeń przechodzi przez jeden skok w około 15 min (21 min) i mieści się w oknie; przepływność zadeklarowaną dla interfejsu LoRa trzeba ustalić tak, by odpowiadała rzeczywistemu czasowi nadawania (T3);
• zapytania o trasę do odbiorcy, jedno na stację: od 0,4 min (0,6 min), gdy odpowiada najbliższy sąsiad, do 7,2 min (8,6 min), gdy zapytanie zalewa całą sieć;
• wymiana TEST przez przekaźnik z RECEIVED i potwierdzeniami: około 2,4 min (3,3 min).

Razem w LoRa SF7 to 18–25 min, czyli 43–59% okna 42 min dla 50 stacji; dla 30 stacji 28–38%, a dla 10 stacji 14–18%. W P1: 25–33 min, czyli 61–80% okna dla 50 stacji, 40–52% dla 30 i 20–24% dla 10 stacji. Przy wypełnieniu kanału powyżej około połowy CCA i ukryte nadajniki zaczynają gubić ramki, a ponowienia dokładają ruchu. Sieć powyżej około 30 stacji w jednym obszarze kolizji uruchamia się więc etapami według planu sieci (grupy stacji w kolejnych oknach), a T5 i próba skali mierzą rzeczywisty ruch. Model pomija kolizje, CCA i ponowienia, więc jest dolnym oszacowaniem zajętości kanału i górnym oszacowaniem zapasu (wyniki modelu).

Jeśli pomiar potwierdzi brak zapasu, możliwe zmiany to:

• Rezerwa ciszy: 12t daje 7,7% aktywności wobec dopuszczalnych 10%. Cisza 10t skraca cykl z 13t do 11t, czyli daje około 18% więcej przepustowości, kosztem mniejszej rezerwy względem limitu 10%.
• Narzut ramki: 29 B na każdy fragment 86 B to około 25% czasu TX. Dłuższa ramka wymaga uzupełniania bufora nadawczego (FIFO) podczas nadawania w obu układach.
• Topologia: bezpośredni zasięg do stanowiska odbiorczego albo drugi przekaźnik dzielą ruch, ale nie każde miejsce je ma.
• Ruch: łączenie powtarzalnych potrzeb przez opiekuna zmniejsza liczbę zgłoszeń, ale nie zmienia warunku W10.

Dwie pierwsze zmiany oznaczają nową wersję P1 dla całej sieci. Nie zastępują pomiaru T3/T5. Wskazują, co zmienić, jeśli rozstrzygnięcie D01 będzie negatywne.

Zasięg

Strata swobodnej przestrzeni dla 869,525 MHz i 1 km wynosi około 91,23 dB. Przykład: 13 dBm na złączu, dwie anteny po 2,15 dBi i po 1 dB straty przewodów dają około −75,93 dBm u odbiorcy. Względem niezmierzonego celu czułości −110 dBm na złączu antenowym stacji jest to 34,07 dB zapasu w tym modelu.

LoRa SF7 (pilotaż). Katalogowa czułość SX1262 przy SF7 i 125 kHz wynosi −124 dBm. Przy tych samych 3 dB strat toru wejściowego daje to −121 dBm na złączu, 11 dB lepiej niż cel P1. W modelu Haty dla tego samego budżetu zapas na 1 km wynosi +10,3 dB (antena 30 m i 1,5 m), +3,7 dB (10 m i 1,5 m) i +7,5 dB (10 m i 3 m), a przy instalacji stałej +7,3, +0,7 i +4,5 dB. Liczby P1 w kolejnych akapitach są o 11 dB gorsze. Także dla LoRa łącze 99/100 potrzebuje dodatkowego zapasu na zaniki (niżej), więc antena wyżej albo przekaźnik pozostają potrzebne w części miejsc; rozstrzyga etap 0 i T5.

Cel −110 dBm dotyczy złącza stacji z pełnym torem wejściowym: filtrem z falą powierzchniową (SAW) lub dolnoprzepustowym, ochroną przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) i ewentualnym przełącznikiem RF. Model przyjmuje około 3 dB strat tego toru, więc układ radiowy musi osiągać około −113 dBm. Jeśli osiągnie tylko −110 dBm na własnym wejściu, zapasy z modelu Haty spadają o kolejne 3 dB. Do czasu pomiaru w T4 cel czułości P1 jest zagrożony i jest danymi wejściowymi warunków powrotu do P1 (D10).

Model wolnej przestrzeni jest zbyt optymistyczny dla zabudowy. Empiryczny model Okumury-Haty dla małego miasta przy tym samym budżecie łącza (15,3 dB zysków i strat poza drogą) daje na 1 km zapas około −0,7 dB przy antenie 30 m nad terenem, −3,5 dB przy antenach 10 m i 3 m oraz −7,3 dB przy antenach 10 m i 1,5 m. Modelu Haty użyto tu poniżej jego zakresu wysokości anteny bazowej, więc wynik jest tylko ostrzeżeniem. Bez wysoko umieszczonych anten lub przekaźników cel 1 km jest zagrożony. Promień pierwszej strefy Fresnela w połowie drogi 1 km wynosi około 9,3 m; anteny przy oknach niskich kondygnacji nie zapewniają jej prześwitu. Obliczenia.

Liczby powyżej dotyczą anteny przy oknie z 1 dB strat przewodu, bez odgromnika. Instalacja stała z anteną wyżej ma przewód zewnętrzny, gazowy odgromnik (GDT, ≤0,2 dB), przepust, przejściówki (≤0,1 dB każda) i przewód wewnętrzny. Model przyjmuje dla niej 2,5 dB strat na każdym końcu (np. około 6 m przewodu LMR-240). Zapas spada wtedy o 3 dB: do 31,1 dB w wolnej przestrzeni oraz do −3,7, −6,5 i −10,3 dB w modelu Haty. Z antenami kolinearnymi na obu końcach wynosi +3,0, +0,2 i −3,6 dB. Zysk z wysokości anteny zwykle przeważa nad tą stratą, ale budżet przelicza się dla rzeczywistej instalacji.

Przykład z wolną przestrzenią pomija ściany, metal, teren, zanik wielodrogowy, odstrojenie anteny, zakłócenia i rzeczywistą czułość, więc nie dowodzi zasięgu 1 km w mieście. Anteny przy oknie lub drzwiach muszą przejść próbę w docelowej pozycji. Wynik należy zapisać razem z układem miejsc, przewodami, rewizjami i warunkami. Przy braku zapasu najpierw podnosi się antenę (dach, wyższa kondygnacja) lub dodaje przekaźnik. Zmiana profilu P1 wymaga jawnej rewizji całej sieci.

Zapas obliczony z modelu jest medianą. Łącze stacjonarne, które ma przenieść 99 ze 100 zgłoszeń, potrzebuje dodatkowo zapasu na zaniki w czasie, zwykle około 10 dB. Ruch ludzi i pojazdów zmienia tłumienie także na stałej trasie. Rozrzut tłumienia między miejscami (odchylenie standardowe rzędu 6–8 dB w zabudowie) sprawia, że udana próba jednej pary miejsc nie przenosi się na inne. Najtańszym źródłem zapasu jest antena. Kolinearna antena dookólna o zysku około 5–6 dBi na obu końcach daje około 7 dB więcej niż dwa dipole, nie zmienia P1 i mieści się w limicie mocy promieniowanej (ERP): około 15,5 dBm wobec 27 dBm. Kosztem jest węższa wiązka w płaszczyźnie pionowej i wymóg pionowego montażu.

Ten sam budżet z dipolami daje około 12 dBm ERP (13 dBm − 1 dB przewodu + 2,15 dBi − 2,15 dB), czyli około 16 mW. Warunki pasma dopuszczają 500 mW ERP (27 dBm), więc przepisy zostawiają około 15 dB zapasu. Oba układy RF nadają do około +16 dBm na złączu, czyli około 3 dB więcej niż obecne 13 dBm. Większa moc wymaga zewnętrznego wzmacniacza, a więc nowej konstrukcji RF, pomiaru emisji i nowego budżetu energii stacji na ogniwach. Moc jest parametrem P1, więc zmiana dotyczy wszystkich stacji. Większa moc zwiększa też zasięg zakłóceń dla sąsiadów i nie usuwa ukrytych nadajników. CC1120, S2-LP, warunki pasma.

Energia stacji poziomu 1

Założenia modelu:

• szyna 3,3 V zasilana przez przetwornicę o sprawności 0,85 przy 6 V z ogniw i 0,80 przy 12,8 V (sprawność obejmuje prąd spoczynkowy przetwornicy);
• odbiornik zawsze włączony, 22 mA (wartość dla CC1120; S2-LP pobiera mniej), oraz generator kwarcowy z kompensacją temperatury (TCXO) radia, 2 mA;
• nadawanie z mocą 13 dBm, 45 mA, przez 7,7% czasu, czyli przy ciągłym przekazywaniu ruchu na granicy długu ciszy;
• szyna 5 V ekranu z pamięcią 0,5 mA; FRAM, przyciski i nadzór 0,5 mA;
• podświetlenie ekranu 15 mA przez 30 min na dobę;
• dioda alarmu 5 mA przez 1% czasu i brzęczyk 20 mA przez 0,25% czasu;
• obwody wejściowe, osobno dla źródła: przy ogniwach TPS3710, LTC2955 i dzielniki ADC (razem około 0,017 mA; dioda Schottky’ego toru ogniw nie pobiera prądu, a jej spadek 0,35 V zwiększa moc z ogniw o około 6%), przy 12 V LM74800, zatrzask podnapięciowy (UV), TPS3710, LTC2955 i dzielniki (razem około 0,44 mA);
• mikrokontroler średnio 3 mA (nRF52840) albo 30, 45 lub 60 mA (ESP32-S3 z wyłączonym Wi-Fi; realny prąd aktywny wynosi 40–60 mA, a 30 mA wymaga lekkiego uśpienia);
• rezerwa 20%.

To założenia katalogowe, nie pomiar.

Komplet czterech ogniw litowych AA przyjęto jako 4 × 4,5 Wh z wykorzystaniem 80%, co uwzględnia napięcie odcięcia i niską temperaturę. Ogniwa litowe Li-FeS2 znoszą lata przechowywania i pracę do −20 °C, więc nadają się do zestawu trzymanego w magazynie organizatora sieci. Ogniwa alkaliczne i NiMH tracą w temperaturze od −10 do −20 °C około 50–80% pojemności. Dlatego W23 i próba w −10 °C dotyczą wyłącznie ogniw Li-FeS2, a pozostałe ogniwa służą tylko awaryjnie. Progi napięcia ocenia się na filtrowanej średniej z okresów samego odbioru, bo impulsy TX chwilowo obniżają napięcie zimnych ogniw.

Stacja pilotażowa z SX1262. Odbiornik SX1262 pobiera według katalogu 4,6 mA zamiast 22 mA dla CC1120. Katalogowa czułość −124 dBm dotyczy jednak trybu odbioru ze wzmocnieniem, który pobiera 5,3 mA; profil pilotażu używa tego trybu, a różnica 0,7 mA mieści się w niepewności szacunku. Przy tych samych pozostałych założeniach, w tym sprawności przetwornicy R02, choć stacja pilotażowa ma tor z gotowych modułów o nieznanej sprawności i prądzie spoczynkowym, komplet ogniw AA daje: nRF52840 około 200 h, ESP32-S3 przy średnio 30, 45 i 60 mA poboru MCU około 70, 52 i 41 h. ESP32-S3 spełnia więc W23 do średnio około 45 mA poboru MCU. Liczby te są tylko szacunkiem; o W23 rozstrzyga pomiar wskazanego toru zasilania stacji pilotażowej (minimum pilotażu).

W23 (≥48 h na ogniwach) dopuszcza w modelu średnio najwyżej około 61 mA z szyny 3,3 V. nRF52840 spełnia je z zapasem. Z odbiornikiem CC1120 (P1) ESP32-S3 spełnia je tylko przy średnim poborze MCU około 30 mA, czyli przy lekkim uśpieniu z odbiornikiem stale włączonym; przy prądzie aktywnym 45–60 mA daje 33–39 h; z odbiornikiem SX1262 spełnia je do około 45 mA (wyżej). Celem dla wykonania B jest średnio ≤60 mA z szyny 3,3 V w pracy przekaźnika. Warunek odbioru (T6) to ≥48 h w 20 °C i ≥40 h w −10 °C na ogniwach Li-FeS2; współczynnik 0,8 modelu sprawdza się pomiarem energii w obu temperaturach. Pomiar poboru w RX i TX rozstrzyga D14. Gdyby W23 nie zostało spełnione, możliwa jest przyszła wersja P1 z dłuższą preambułą, pozwalającą na nasłuch z próbkowaniem (odbiornik włączany okresowo) (specyfikacja radia).

Dla porównania: wariant 0.4, w którym przekaźnik był laptopem z rnsd, potrzebował 788–2312 Wh na dobę. Stacja poziomu 1 zużywa w modelu od około 75 do 610 razy mniej energii, zależnie od wykonania i źródła zasilania. To zmienia planowanie sieci. Przekaźnik można postawić na dachu lub wyższym piętrze na ogniwach albo jednym akumulatorze i odwiedzać co kilka dni, a nie co dobę.

Energia poziomu 3: dwa niezależne zasoby

Model opisuje archiwalny własny blok zasilania (D05 zamknięte); przy wdrożeniu 1840 Wh na dobę to wymagana pojemność kupionej stacji zasilania, a podział na pule A/B i C pokazuje, ile energii zużywa każda funkcja. Pula A/B zasila laptopa i router. Pobór samej stacji jest w niej pomijalny. Założenia modelu: 35 W AC dla laptopa i routera, sprawność 0,85, 8 W poboru własnego przetwornicy i 1,7 W strat diod. Moc pobierana wynosi 35/0,85 + 8 + 1,7 = 50,88 W. Laptop i router zużywają około 1221 Wh na dobę, a z rezerwą 20% – około 1465 Wh.

Poziom 3 zużywa razem z ładowaniem telefonów około 1840 Wh na dobę na schronienie (6–7 akumulatorów 60 Ah przy założonym wykorzystaniu 50%). Planuje się go tylko tam, gdzie zapewnione są ładowanie i transport akumulatorów. Przy wdrożeniu domyślnym źródłem jest kupiona stacja zasilania z ładowarką USB z deklaracją zgodności UE (rozdział 04).

Ładowanie telefonów wymaga 50 × 5 Wh przy sprawności 0,8, czyli 312,5 Wh ze źródeł ładowarki, a z rezerwą 375 Wh. 5 Wh na osobę to częściowe doładowanie, a nie pełne ładowanie każdego telefonu. Osiem portów daje maksymalnie 60 W na wyjściu. Pobór własny ładowarki i straty przewodów trzeba zmierzyć.

Przy założeniu 12 V, 60 Ah i 50% wykorzystania jeden akumulator daje 360 Wh. Jest to model, nie ocena sprawności dowolnego akumulatora samochodowego. W nieogrzewanym schronieniu pojemność akumulatora kwasowo-ołowiowego spada: w 0 °C o około 20%, w −10 °C jeszcze bardziej. Zimą liczbę akumulatorów trzeba więc zwiększyć albo trzymać je w cieplejszym pomieszczeniu.

Przy sztywnym przydzieleniu osobnych akumulatorów do obu pul zaokrąglenia dają 7 sztuk modelowych, mimo łącznego ekwiwalentu 6. Wspólny zapas można przydzielać kolejno, jeśli istnieje plan i znana jest pozostała energia. Litery A/B/C oznaczają wejścia, nie obietnicę pracy dobowej z trzech akumulatorów. Nie należy zakładać, że akumulator rozruchowy ma modelową pojemność ani że jego rozładowanie nie wpłynie na użycie pojazdu.

Wpływ mocy znalezionego komputera na energię puli A/B (te same straty i rezerwa):

Dobór oszczędnego hosta i pomiar poboru mają większy wpływ na zapas niż sama moc radia. Nie należy gwarantować 24 h pracy dla dowolnego PC. Gdy energii brakuje, wyłącza się laptop i router, a stacja poziomu 1 pracuje dalej z ogniw lub osobnego źródła 12 V. Gniazdo zapalniczki ogranicza prąd i możliwą moc AC. Nominalne 150 W wymaga odpowiednich zacisków oraz przewodów. Każde pojedyncze źródło A lub B musi samodzielnie utrzymać dozwolone obciążenie.

Przekaźnik bez schronienia to sama stacja poziomu 1: 3,8–10,7 Wh na dobę z rezerwą w modelu z odbiornikiem CC1120 (ze SX1262 mniej: 1,7–8,5 Wh z ogniw) (z ogniw 3,8–10,6 Wh, z 12 V 4,0–10,7 Wh). Miejsce przekaźnika może nie mieć opiekuna. Jeśli jest jedyną drogą schronienia do stanowiska odbiorczego, ma pierwszeństwo w energii (rozdział 02). Wymaga osobnego planu wymiany ogniw lub akumulatora i osoby odpowiedzialnej, ale nie wymiany źródeł co dobę. Budżet schronienia go nie obejmuje.

Przekaźnik stały pracuje stale z zasilacza buforowego 13,8 V z akumulatorem (wyrób z deklaracją UE, jak w systemach alarmowych), zasilanego z sieci budynku, przez wejście 12 V stacji. Po zaniku 230 V działa z akumulatora bufora. Przy założonym wykorzystaniu 50% pojemności akumulator 12 V 7 Ah wystarcza w modelu z odbiornikiem CC1120 (ze SX1262 dłużej) na około 255 h (nRF52840) albo 94 h (ESP32-S3, 60 mA), a 17 Ah na około 620 h albo 228 h. Wynik zależy od własnego poboru zasilacza buforowego, który trzeba doliczyć z jego karty katalogowej, i od temperatury akumulatora.

Wykonanie, koszt i wielkość serii

Wykaz części stacji (BOM) jest listą kandydatów, nie ofertą produkcyjną. Należy rozdzielić koszt jednego zestawu, znalezionych zasobów i uruchomienia projektu. Przetwornica z transformatorem, zabezpieczenia, przewody i obudowy mogą kosztować więcej niż sama elektronika radiowa. Ekran, przyciski, koszyk ogniw, FRAM i obudowa stacji dodają w szacunku 30–60 € do kosztu elektroniki; wymaga to wyceny. Większym nakładem jest oprogramowanie układowe stosu, kolejki i interfejsu.

Wycena prototypu i serii 100 sztuk powinna obejmować ten sam zakres: kompletację elementów, płytki drukowane (PCB) i montaż stacji, ekran i przyciski, ogniwa, obudowę, antenę, wiązki i bezpieczniki, pamięć USB, kontrolę każdej sztuki oraz straty produkcyjne. Osobno wycenia się projekt i kwalifikację drugiego wykonania (W14, decyzja po pilotażu), oprzyrządowanie, badania oraz poprawki po próbach. Cenę netto i brutto, transport i założenia walutowe podaje się oddzielnie. O wycenę identycznego zakresu należy poprosić co najmniej dwóch niezależnych wykonawców.

Niekomercyjny cel nie usuwa kosztu części ani badań. Koszt jednostkowy po kwalifikacji nie jest kosztem pierwszego działającego zestawu. Przed ofertami i pełnymi projektami wykonawczymi dokładna kwota byłaby pozorną precyzją. Dlatego W24 ma na razie wartości robocze z szacunku BOM: stacja bez anteny ≤200 € brutto przy serii 100 sztuk, antena z montażem stałym ≤250 € brutto. Zatwierdza je opiekun repozytorium przed decyzją o własnej płytce stacji, a później zastępują je ceny z ofert.

Koszt projektu przed pilotażem. WICI jest otwartym projektem społecznościowym, a nie programem z budżetem na kwalifikację wyrobu. Dlatego przed pilotażem projekt nie płaci za własną płytkę, dwa tory RF, badania zgodności ani własne zasilanie 230 V. Koszt pilotażu to głównie 6–8 stacji pilotażowych z gotowych części, anteny, ogniwa, dwa komputery stanowiska i praca nad oprogramowaniem. Wycenę stacji pilotażowej robi się z wykazu gotowych części przed zamówieniem. Wydatki wydania (płytka, drugie wykonanie, pełna ocena zgodności) planuje się dopiero na podstawie wyników pilotażu; ustalenie podstawy prób terenowych (D20) jest przed pilotażem.