The Internet of Things holds great promises for the future. In the smart cities of tomorrow, wireless connectivity of everyday objects is deemed essential in ensuring efficient and sustainable use of vital, yet limited resources such as water, electricity and food. However, radio communication at the required scale does not come easily. Bandwidth is yet another limited resource that must be used efficiently so that wireless infrastructure for different IoT applications can coexist. Keeping up with the digitalization of modern society is difficult for wireless researchers and developers. The Software-Defined Radio (SDR) is a technology that allows swift prototyping and development of wireless systems by moving traditional hardware-based radio building blocks into the software domain. For developers looking to be on the bleeding edge of wireless technology, and thus keep up with the rapid digitalization, the SDR is a must. Many SDR systems consist of a radio peripheral that handles tasks such as amplification, AD/DA-conversion and resampling that are common to all wireless communication systems. The application-specific work is done in software at the baseband or an intermediate frequency by a host PC connected to the peripheral. That may include PHY-related processing such as the use of a specific modulation scheme as well as higher-layer tasks such as switching. While this setup does provide great flexibility and ease-of-use, it is not without its drawbacks. Many communication protocols specify a so-called round-trip time and devices wishing to adhere to the protocol must be able to respond to any transmission within that time. The link between the host and the peripheral is a major cause of latency and limits the use of many software-defined radio systems to proof-of-concept implementations and early prototyping since it prevents the round-trip time from being fulfilled. Overcoming the latency in the link would allow the flexibility of SDRs to be brought into field applications.This thesis aims to offload the link between the host PC and the radio peripheral in a typical SDR system. Selected parts IEEE 802.15.4, a wireless standard designed for IoT applications, were implemented by using unused programmable logic aboard the peripheral as a co-processor in order to reduce the amount of data that gets sent on the link. Frame success rate and round-trip time measurements were made and compared to measurements from a reference design without any co-processing in the radio peripheral. The co-processing greatly reduced traffic on the link while achieving a similar frame success rate as the reference design. In terms of round-trip time, the co-processing actually caused the latency to increase. Furthermore, the measurements from the coprocessing system showed a counter-intuitive behavior where the round-trip time decreased as the rate of the generated test frames increased. This unusual behavior is most likely due to internal buffer mechanisms of the operating system on the host PC. Further investigation is required in order to bring down the response time to a level more suitable for field applications. / Sakernas Internet, The Internet of Things (IoT), utlovar stora saker inom en snar framtid. I morgondagens smarta städer är trådlös uppkoppling av vardagliga ting en viktig komponent för effektiv och hållbar användning av begränsade resurser såsom vatten, elektricitet och mat. Desvärre är radiokommunikation i den skala som krävs en tuff utmaning. Bandbredd är ytterligare en begränsad resurs som måste användas effektivt så att trådlös infrastruktur för olika IoTapplikationer kan samexistera. Att hänga med i takten för det moderna samhällets digitalisering är svårt för forskare och utvecklare inom trådlösa system. Den mjukvarudefinierade radion, Software-Defined Radio (SDR), är en teknik som möjliggör smidig utveckling av trådlösa system. Grunden i tekniken är att flytta traditionella hårdvarubaserade byggblock för radio in i mjukvarudomänen. För utvecklare som vill befinna sig i framkanten för trådlösa system, och på så vis hålla takt med den snabba digitaliseringen, är SDR ett måste. Många SDR system består av en extern radiomodul som hanterar sådant som är gemensamt för de flesta trådlösa system, exempelvis förstärkning, AD/DA-omvandling och omsampling. Applikationsspecifik funktionalitet sköts av mjukvara i basbandet eller på en mellanfrekvens där mjukvaran körs på en PC. Ett SDR-system bestående av en PC med en extern radiomodul ger användaren stor flexibilitet men det har sina brister. Många kommunikationsprotokoll anger en så kallad Round-Trip Time (RTT). Enheter som strävar efter att följa protokollet måste kunna svara på alla meddelanden inom den tiden som angetts som RTT. Länken mellan PC:n och radiomodulen är en stor bidragare till fördröjningar och begränsar användandet av SDR till konceptuella tester och tidiga prototyper efter som fördröjningarna oftar innebär ett brott mot protokollets RTT. Om problemet med fördröjningar kan undvikas skulle SDR kunna användas i fältapplikationer med all den flexibilitet som SDR innebär och därmed bli ett kraftfullt utvecklingsverktyg för forskare och utvecklare inom området.Det här arbetet avser att avlasta länken mellan PC:n och radiomodulen i ett typiskt SDR system. Utvalda delar av IEEE 802.15.4, en standard för trådlös kommunikation inom IoT, implementerades med hjälp av programmerbar logik på USRP:n så att de flesta samplingarna konsumeras innan länken. Antalet framgångsrikt mottagna ramar samt RTT mättes och jämfördes med en referensdesign där samtliga beräkningar hanteras av PC:n. Användandet av den programmerbara logiken ledde till mycket reducerade datamängder på länken utan nämnvärd förändring i antalet framgångsrikt mottagna ramar jämfört med referensdesignen. Dock, vart fördröjningarna i systemet större när den programmerbara logiken användes. Dessutom visade systemet ett oväntat beteende där fördröjningen minskade under när trycket från den trådlösa trafiken ökade. Detta märkliga beteende beror högst troligt på interna buffermekanismer i operativsystemet i PC:n. Fortsatt utredning krävs innan fördröjningarna kan reduceras till en nivå som passar för fältapplikationer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-269176 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Fernandez, Leon |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2019:727 |
Page generated in 0.0027 seconds