Rubyプロジェクト-新しいLTEルーター：内部の内容と開発方法

こんにちは

私の仕事は、Yota Devicesでの製品開発です。 新しいLTEルーターをリリースしました。このルーターでは、すべてを細部にまで磨きました。 Ironはロシアで開発され、低レベルのソフトウェア（Qualcomm SDKの上）、台湾のメーカーとのボード、アンテナはフィンランドの部門です（当社のエンジニアはほとんどのNokia携帯電話用にアンテナを作りました）。







開発がどのように行われたかを知りたいと思うでしょう。 デバイスの説明から始めます。 まず、これは4G、3G、または2G信号を受信して​​Wi-Fiを配信するルーターです。 次に、Ruby（いわゆるデバイス）をUSBに挿入して、使い慣れたLTEモデムとして動作させることができます。 第三に、ルーターは外部電源なしで動作します。 内部にはバッテリーがあり、車、公園、田舎で作業したり、歩いているときにバックパックからインターネットを簡単に配布したりできます。



注意、猫の通行の下 -多くの写真



以前は、バッテリーは過去の世代のLTEモデムとルーターの最も問題のあるモジュールでした。 通常、充電は2〜3時間続きましたが、これは完全に耐えられません。ほとんどの最新のラップトップ、すべてのタブレット、携帯電話は、バッテリーで長時間動作します。 したがって、私たちの主で最も難しいタスクは、新しいデバイスのパワーを最適化することでした。



しかし、私は自分より少し先を行っています。 栄養問題については少し後で説明しますが、とりあえずRubyがどのように見えるか見てみましょう。





^{写真では、新しいデバイス-Ruby-と今日の別のリリース}



ルータは、ケーブルと説明書が付いた頑丈なハードボックスに入っています。 インストール順序は使用順序に対応します。最初に、デバイス自体が取得して接続します。 ほとんどの場合、残りはもう必要ありません。 しかし、突然何かを読みたい場合は、次の層は命令です。 その下にケーブルがあります-マイクロUSBを使用する必要がある場合。







これは、デバイスがUSBでスタックしているように見える方法です。 現在、ネットワーク接続はゼロであり、充電が始まったばかりです。







USBコネクターは当社独自のものであり、以下の場合を残しています。







これは、組み立てられたデバイスでどのように見えるかです：







そして、ケースを開いた状態で（下）。 私たちはすべてのささいなことを解決するのが大好きなので、コネクタにはいくつかの機能があります。 まず、SIMカードスロットを隠します。 第二に、コネクタは耐久性のある金属でできているため、素手で外しても機能しません。作業には大きなペンチと5分間が必要です。 デザインを開発したとき、誰かがコネクタで遊んで、3年間1日20回開閉することを想像しました。 第三に、コネクタの端には小さな突起があり、USBポートにデバイスを上下逆さまに貼り付けることはできません。 そして、4番目に、上部のプラスチックストリップは、シャーシへの偶発的な接地から保護します（まれですが、実際の場合）。







コネクタが完全に閉じている場合、マイクロUSB入力が開きます。ここで、ケーブルを接続して充電したり、モデムに直接アクセスしたりすることもできます。







最後から、表示（充電、接続数、ネットワークタイプを表示）のあるディスプレイと3ポジションスイッチ。







中間の位置では、ハイブリッドスリープに類似したデバイスはユーザーにとって「オフ」です。 左にシフトします。パスワードを以前に設定したWi-Fiネットワークを1つ取得します。すべてが使い慣れたルーターのようです。 同時に、青い点が表示されます-これはモードを思い出させるだけでなく、リセットもします。







右に移動します-デバイスはプライベートネットワークを作成（またはサポートを継続）し、パスワードなしで（別のSSIDを使用して）友達のネットワークを開きます。



今、私たちは中に登ります。







これから完全に取り外すケースは耐久性のあるプラスチックでできており、その上には小さな傷を防ぐためのUVコーティングが施されています。 ケースのないデバイスは次のとおりです。







そして、ここに別のケースとエンドプレートがあります。 彼女も取り組む必要がありました。 最初は、強力な構造用プラスチックをバーに使用したかったのです。 しかし、プロトタイプでは、彼らはデバイスを組み立てることができず、すぐに手に完全な感覚を作り出すことができると確信していました。 中国の一部の携帯電話のように、それは判明しました-あなたはねじれようとしますが、きしみます。 そこで材料を交換し、今ではバーはガラス繊維入りのポリアミドで作られています。 それは手袋のような場所に落ちます。







スイッチも非常に巧妙に内部に配置されています。 私たちは長い間、何千ものスイッチに耐える回路を選択してきました。 わかった。







分解したデバイスに戻ります。 SIMカードスロットは次のとおりです。







側面にはアンテナがあります。 ところで、アンテナの開発は別の話です。 Rubyでは、フィンランドのオフィスで最高の国内のラジオ技術者とエンジニアが世界中の携帯電話用のラジオ電子機器を製造していた経験を利用して、独自に考えました。 一般に、受信と送信の信頼性ははるかに高くなりました。 はい、デバイスは空間内のどの位置の信号でも同様に機能します。放射パターンはほぼ平坦です。







ケースのさまざまな部分のさまざまな範囲のアンテナ。 Rubyは利用可能な最速のフィードを選択します。



4Gと3G / 2Gを切り替えると、蓋のインジケーターの色がグラデーションで変化し、非常にきれいに見えます。 下の写真は、カバーのインジケータとバッテリー上部の接続部を照らすLEDを示しています。 黒いフィルムの背後にあるLED自体：

パラメータ

寸法 97 x 66 x 13ミリメートル。

Qualcomm MDM 9215 チップセット 。

表示 -デバイスの前面にある分割されたE-Inkとライトガイド。

通信 ：Wi-Fi-802.11b / g / n、LTE：800（B20）、1800（B3）、2100（B1）、2600 FDD（B7-ロシア連邦のみB7 / B20）および2600 TDD（B38）、UMTS ：900/2100 Mhz、GSM：QuadBand（800/900/1800 / 1900MHz）。

バッテリー（2100 mAh）-10時間のビデオストリーミング、20時間の定期的なサーフィン、60時間のスタンバイ時間、または39日間のハイブリッドスリープアナログ。

バッテリーテスト

多くの場合、メーカーは、すべてが完璧な実験室での合成試験のバッテリー性能を述べています。 実生活に興味があったので、モスクワの普通のオフィスでテストしました。



-最初のラウンド。

iPhone 5を使用して、画面の明るさを70％に設定し、Bluetoothをオフにしましたが、3GとWi-Fiをオンのままにしました。 RubyとiPhoneは両方とも完全に充電および安定化された後、充電から同時に削除されました。 Rubyをオンにし、Wi-Fi経由で接続されたiPhoneを使用して、YouTubeからHDビデオを起動して待機しました。 マラソンの最初の8時間後、スマートフォンは降伏しましたが、その時点でRubyには充電の12％がまだあり、これはさらに2時間の作業に十分でした。



ログを確認したところ、ビデオをキャッシュできるため、ルーターのダウンロードが不完全であることがわかりました。これにより、大きなフラグメントをすばやくダウンロードでき、数分間は実際に外部チャンネルを使用しません。 これは標準のビデオ消費プロファイルですが、高負荷のルーターの動作を確認したかったのです。 そこで、第2ラウンドを開始しました。



-第2ラウンド。

私たちはHDでライブブロードキャストを行い（常時接続が必要で、ネットワークに大きな負荷がかかる）、画面の対角が13インチのMacBook Proで視聴し始めました。 ラップトップは3時間半後に降伏し、ルーターの充電量は53％のままでした。 MacBookをコンセントに接続し、ルーターの充電を「終了」しました-8時間続きました。



-第3ラウンド。

リングの次はHuawei E5776でした。 2台のiPhoneを彼とRubyに接続しました。最初にSkypeを介して相互に呼び出し、次にマップ、Facebook、ブラウザーなどを調べました。 一般的に、彼らは人々がカフェや車で通常行うことをしました。 ファーウェイは3000ミリアンペアを使用して10時間30分で作業を終了しました。 Rubyは2100ミリアンペアを使用して15時間持続しました。これは、以下で説明する最適化の結果を非常に明確に示しています。Huaweiは70％効率的にエネルギーを消費しなかったと言えます。

私たちは食べ物で何をしましたか？

アーキテクチャのすべてのレベルを確認しました。

• ケースに画面があります。 彼の食物摂取を最小限に抑える必要がありました。 そのため、セグメント化されたEインク（ソビエトのゲームの祖先を漠然と連想させる「ちょっと待って！」）をセットアップしました。これは、他のモジュールと比べてエネルギーをほとんど消費せず、消費を無視できます。 同様に、すべてのLEDを使用して、最も経済的な消費オプションを選択しました。
• 次に、消費電力が適切に設定されていることを確認する必要がありました。 Qualcomm MDM 9215チップを独自のアセンブリのLinuxで使用します。これは、ネットワークで動作するための直接的な多くの変更に加えて、非常に思慮深い電源管理も備えているためです。
• 今、主な消費者は残っています-無線モジュール。 それらからの電力消費を削減するには、ネットワークが使用されていないときにそれらがオフになっていることを確認する必要があります。 接続を維持しながら、鉄をほぼ完全に「安楽死させる」ことができる多くのソリューションを開発し、特許を取得しています。 そして、これは省エネに大きな利益をもたらしました。 私の知る限り、このようなソリューションに類似するものはまだありません。これは、国内の開発者に誇りを持っている本当の理由です。 結論-ドライバーレベルでは、電力も選別されます。
• ユーザーレベルでは、別の重要なことを行うことにしました。 RubyがUSBポートに接続されるたびに、充電が開始されます。 これは、電源が接続された状態で自宅またはオフィスでデバイスを使用する場合、外出するまでにデバイスが完全に充電されることを意味します。

この場合、充電速度が重要です。 時々目を覚まし、10〜15分後に家を走り去り、歯を磨くだけです。 そのため、夕方にルーターを放電して、朝に不快な驚きにならないようにしたかったのです（電話で起こることがあります）。 このために、高品質のバッテリーに加えて、通常は高価なスマートフォンでのみ使用されるスマートコントローラーもRubyにインストールしました。



実際には、USB経由で充電する場合、通常、デバイスは500ミリアンペアを消費します。ソースがより多くの電力を供給する準備ができていても、コントローラーは充電電流を増加させません。 別の回路があります：充電は450 mAで始まり、電圧が測定されます。 次に、コントローラーは充電電流を100 mA増やし、電圧を再度測定します。 電圧が低下した瞬間に（たとえば、標準の1A充電で、これは900 mAから950 mAに切り替えると発生します）、コントローラーは安定した電圧で最後のステップにロールバックし、そこで停止します。 その結果、Rubyラップトップは1時間で最大70％充電されます。 私としては、ユーザーとして、これは、RubyがUSBに接続されている間、持ち上げてから10〜15分間、1時間以上のバッテリー寿命が得られることを意味します。



また、外部チャネル（4Gなど）に接続しているが、Wi-Fiネットワークにユーザーがいない場合、デバイスは「スリープ」状態になることも説明しました。 そのため、このモードでは、Rubyは静かにビーコンを送信し続け、ネットワークへの接続を許可します。同時に、最大数日間は完全なバッテリーで動作します。 デバイスの電源をオフにすると、デバイスは休止状態になります。すべての無線がオフになり、プロセッサはスリープ状態になりますが、メモリには引き続き電力が供給されます。 これは、以前のさまざまなLTEルーターのように、数分ではなく2〜3秒でデバイスの電源を入れて起動するために必要です。 このモードでは、デバイスは最大39日間充電せずに動作します。 その後、低充電で、コントローラーが電源をオフにし、実際の2-3％（ディスプレイ上-0％充電）のルーターは、約1、2年間、完全放電なしで横になります。



一般的には、やめる時が来ましたが、本当に良いデバイスを作りたかったのです。 そして、この段階で、私たちはこの質問に苦しめられました：ユーザーがまだ深い放電を達成したらどうなるでしょうか？ スマートコントローラーがバッテリーから非常に正確に測定値を取得できることは明らかです（結局、充電インジケーターがパーセントで必要です）。バッテリーが深い放電に近づくとデバイスをオフにすることができ、次のオンが外部電源でのみ発生することを確認できます。 しかし、これだけでも、深い放電が発生する可能性が排除されるわけではありません。 棚のどこかにあるデバイスを数か月間忘れたり、極地探検に連れて行ったり、核戦争で生き延びたりすることができます。 そして、そのような状況でも私のデバイスが私を失望させたくありません。 そのため、バッテリーコントローラーには別の緊急モードがあります：深い放電を検出すると、最初に電源が接続されたときに、トリクル充電-バッテリーを「引き出し」て再生できる最小充電電流の供給を開始します。 つまり、ルーターをさらに使用できます。



もちろん、Rubyを長時間動作させるだけでなく、充電を簡単かつ便利にすることも重要でした。 これを行うために、私たちはすべての可能な充電をすぐに取り除きました-デバイスは単に標準のUSBに接続するか、突然ビジーな場合、またはルーターをテーブルに置きたくない場合は、マイクロUSB経由で接続します。



デバイスに電力が供給されると、「自宅にいる」モードになり、約60メートルの直線でWi-Fiが配信されます。 外部電源がオフになると、デバイスは約5〜10メートルの直線でWi-Fiを配信します。 ちなみに、これも電源管理の一部です。

弟

それは簡単です。また、新しいアセンブリと新しいアンテナを備えた従来のモデム+ Wi-Fiもリリースしました。











そして、YotaのWebサイトにあるRubyと新しいモデムへのリンクがあります。 このオペレーターのルーターの商品名はYo​​ta Manyです（このオペレーターでは、デバイスは既にSIMカードで販売されているため、購入時にパスポートが必要です）。



ご質問にお答えさせていただきます。興味がある場合は、後で新しいデバイス用のアンテナをどのように作成したかをお伝えします。これはまったく別のIT探偵物語です。