Пераадоленне праблем кіравання пікселямі на частаце 2,4 ГГц для святлодыёдных бранзалетаў

Каманда LongstarGifts

У LongstarGifts мы зараз распрацоўваем сістэму кіравання на ўзроўні пікселяў з частатой 2,4 ГГц для нашых DMX-сумяшчальных святлодыёдных бранзалетаў, прызначаных для выкарыстання на буйных жывых мерапрыемствах. Канцэпцыя амбіцыйная: разглядаць кожнага гледача як піксель на велізарным экране, што дазваляе сінхранізаваць каляровую анімацыю, паведамленні і дынамічныя светлавыя ўзоры па ўсёй публіцы.

У гэтым пасце блога апісваецца асноўная архітэктура нашай сістэмы, праблемы, з якімі мы сутыкнуліся, асабліва ў галіне перашкод сігналу і сумяшчальнасці пратаколаў, а таксама запрашаем інжынераў, якія маюць вопыт у галіне радыёчастотнай сувязі і mesh-сеткаў, падзяліцца сваімі меркаваннямі або прапановамі.

Канцэпцыя архітэктуры і дызайну сістэмы

Наша сістэма выкарыстоўвае гібрыдную архітэктуру «зоркавая тапалогія + зональная трансляцыя». Цэнтральны кантролер выкарыстоўвае радыёчастотныя модулі 2,4 ГГц для бесправадной трансляцыі каманд кіравання на тысячы святлодыёдных бранзалетаў. Кожны бранзалет мае ўнікальны ідэнтыфікатар і папярэдне загружаныя паслядоўнасці асвятлення. Калі ён атрымлівае каманду, якая адпавядае яго групавому ідэнтыфікатару, ён актывуе адпаведны светлавы шаблон.

Каб дасягнуць паўнавартасных эфектаў, такіх як хвалевая анімацыя, градыенты на аснове секцый або сінхранізаваныя з музыкай імпульсы, натоўп падзяляецца на зоны (напрыклад, па зоне сядзення, каляровай групе або функцыі). Гэтыя зоны атрымліваюць мэтанакіраваныя кіруючыя сігналы праз асобныя каналы, што дазваляе дакладнае адлюстраванне і сінхранізацыю на ўзроўні пікселяў.

Частата 2,4 ГГц была абраная з-за яе глабальнай даступнасці, нізкага спажывання энергіі і шырокага пакрыцця, але патрабуе надзейных механізмаў сінхранізацыі і апрацоўкі памылак. Мы ўкараняем каманды з часовымі адзнакамі і сінхранізацыю сэрцабіцця, каб гарантаваць, што кожны бранзалет выконвае эфекты сінхронна.

Прыклады выкарыстання: асвятленне натоўпу

Наша сістэма распрацавана для выкарыстання ў месцах з высокай інтэнсіўнасцю, такіх як канцэрты, спартыўныя арэны і фестывалі. У такіх умовах кожны святлодыёдны бранзалет становіцца святлодыёдным пікселем, ператвараючы гледачоў у аніміраваны святлодыёдны экран.

Гэта не гіпатэтычны сцэнар — такія сусветныя артысты, як Coldplay і Taylor Swift, выкарыстоўвалі падобныя светлавыя эфекты для натоўпу ў сваіх сусветных турнэ, забяспечваючы велізарную эмацыйную актыўнасць і незабыўнае візуальнае ўздзеянне. Сінхранізаванае святло можа адпавядаць рытму, ствараць скаардынаваныя паведамленні або рэагаваць у рэжыме рэальнага часу на жывыя выступы, прымушаючы кожнага ўдзельніка адчуваць сябе часткай шоу.

Асноўныя тэхнічныя праблемы

1. Перашкоды сігналу 2,4 ГГц

Спектр 2,4 ГГц вядомы сваёй перапоўненасцю. Ён выкарыстоўваецца адной прапускной здольнасцю з Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee і мноствам іншых бесправадных прылад. На любым канцэрце ці стадыёне радыёхвалі запоўненыя перашкодамі ад смартфонаў гледачоў, маршрутызатараў месца правядзення і аўдыёсістэм Bluetooth.

Гэта стварае рызыку сутыкнення сігналаў, страты каманд або затрымкі, якія могуць сапсаваць жаданы сінхранізаваны эфект.

2. Сумяшчальнасць пратаколаў

У адрозненне ад стандартызаваных спажывецкіх тавараў, карыстальніцкія святлодыёдныя бранзалеты і кантролеры часта выкарыстоўваюць запатэнтаваныя камунікацыйныя стэкі. Гэта прыводзіць да фрагментацыі пратаколаў — розныя прылады могуць не разумець адна адну, і інтэграцыя сістэм кіравання іншых вытворцаў становіцца складанай.

Больш за тое, пры ахопе вялікіх натоўпаў людзьмі некалькімі базавымі станцыямі сур'ёзнымі праблемамі могуць стаць міжканальныя перашкоды, канфлікты адрасоў і перакрыццё каманд, асабліва калі тысячы прылад павінны рэагаваць узгоднена, у рэжыме рэальнага часу і працаваць ад батарэі.

Што мы паспрабавалі да гэтага часу

Каб паменшыць перашкоды, мы пратэставалі пераключэнне частаты (FHSS) і сегментацыю каналаў, прызначаючы розныя базавыя станцыі неперасякальным каналам па ўсёй пляцоўцы. Кожны кантролер перадае каманды рэзервова, з праверкай CRC на надзейнасць.

Што датычыцца прылад, то ў бранзалетах выкарыстоўваюцца маламагутныя радыёмодулі, якія перыядычна ўключаюцца, правяраюць наяўнасць каманд і выконваюць загадзя загружаныя светлавыя эфекты толькі пры супадзенні ідэнтыфікатара групы. Для сінхранізацыі часу мы ўбудавалі ў каманды часовыя меткі і індэксы кадраў, каб гарантаваць, што кожная прылада адлюстроўвае эфекты ў патрэбны момант, незалежна ад таго, калі яна атрымала каманду.

У ранніх выпрабаваннях адзін кантролер 2,4 ГГц мог ахопліваць радыус у некалькі сотняў метраў. Размясціўшы другасныя перадатчыкі на процілеглых баках пляцоўкі, мы палепшылі надзейнасць сігналу і закрылі сляпыя зоны. З больш чым 1000 бранзалетамі, якія працуюць адначасова, мы дасягнулі базавага поспеху ў выкананні градыентаў і простых анімацый.

Аднак зараз мы аптымізуем логіку размеркавання зон і адаптыўныя стратэгіі паўторнай перадачы, каб палепшыць стабільнасць у рэальных умовах.

———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————-

Заклік да супрацоўніцтва

Па меры ўдасканалення нашай сістэмы кіравання пікселямі для масавага разгортвання мы звяртаемся да тэхнічнай супольнасці. Калі ў вас ёсць вопыт у:

• Распрацоўка радыёчастотнага пратакола 2,4 ГГц

• Стратэгіі памяншэння перашкод

• Лёгкія, маламагутныя бесправадныя сеткавыя сістэмы тыпу «mesh» або «star»

• Сінхранізацыя часу ў размеркаваных сістэмах асвятлення

— мы хацелі б пачуць ад вас.

Гэта не проста рашэнне для асвятлення — гэта механізм захапляльнага вопыту ў рэжыме рэальнага часу, які злучае тысячы людзей з дапамогай тэхналогій.

Давайце разам пабудуем нешта геніяльнае.

— Каманда LongstarGifts