Arbeitsgruppe Hardware Fonera power

Achtung dies ist ein WoW (Maintainer: Markus Kitttenberger)

---

Wegen ihrer Kleinheit und Billigkeit, ist wohl schon etlichen der Gedanke gekommen einen Solar/Akku betriebenen Knoten (egal ob nun Warnode oder nicht) basierend auf ner Fonera zu basteln.

IMO wichtigster Punkt ist hier effizienter Stromverbrauch, und da genau das sind die Foneras im Originalzustand ziemlich übel,..

Die alten 2100er Foneras

Haben 5V Eingangsspannung

ca. 3 bis 5W Leistungaufnahme

1 Linearwandler von 5 auf 3,35V (für LAN, Flash)

1 weiteren linearwandler von 3,3 auf 1,9V (für WLAN, Prozessor, Ram)

Die neuen 2200er Foneras

Haben 7,5V Netzteil, allerdings ca. 6..15V Eingangsspannung! (d.h diverse POE eigenbauten oder (mit-)versorgung mit linksysnetzteilen möglich)

ca 1.65 bis 2.5W Leistungsaufnahme

1 Schaltnetzteil von 4 bis 16V auf 3.35V (4V Eingangsspannung sind nur mit sehr "sauberer" Eingangsspannung erreichbar)

aber immer noch 1 Linearwandler von 3,3 auf 1,9V

also insgemsamt schon einiges besser, aber schon gut genug?

Undervolting 2200er Foneras

Versorgt man die Chips ner Fonera mit deutlich niedrigen aber sauberen Spannungen funktionieren sie auch, brauchen aber weitaus weniger Strom (-;

Grundsätzliches: austecken/deaktiveiren des lankabels (wenns nicht gebruacht wird) spart eingies an 3,3V Strom (zumindest wenns 100mbit hat!)

den flash chip selten/gar nicht zu verwenden spart auch,.. (also evt. alle Seiten des webservers ins /tmp beim booten spielen)

Testanmerkungen:

auch bei den idle tests war noch traffic für pings und telnet shell am wireless interface

W+L steht für Wireess + Lan aktiviert

ohne Wireless wurde gar nicht getestet (weils wohl ziemlich untypischer use case, allerdings spart es auch noch ca. 0,2Watt)

Spannung	WLAN IDLE	CPU Burn	Flash Burn	W+L IDLE	W+L CPU B.	W+L Flash B.
3,34V	0,28W	0,28W	0,42W	0,60W	0,60W	0,74W
1,91V	0,69W	0,89W	0,78W	0,69W	0,89W	0,78W
Total	0,97W	1,18W	1,20W	1,29W	1,49W	1,52W
3,30V	0,28W	0,28W	0,41W	0,59W	0,59W	0,72W
1,80V	0,61W	0,81W	0,72W	0,61W	0,81W	0,72W
Total	0,89W	1,09W	1,13W	1,21W	1,40W	1,45W
3,20V	0,27W	0,27W	0,38W	0,57W	0,57W	0,67W
1,60V	0,50W	0,64W	0,58W	0,50W	0,64W	0,58W
Total	0,76W	0,90W	0,96W	1,06W	1,21W	1,26W
3,10V	0,25W	0,25W	0,37W	0,54W	0,54W	0,66W
1,50V	0,43W	0,57W	0,50W	0,43W	0,47W	0,50W
Total	0,69W	0,82W	0,87W	0,97W	1,11W	1,15W
3,05V	0,24W	0,24W	0,35W	0,53W	0,53W	0,65W
1,45V	0,39W	0,52W	0,46W	0,39W	0,52W	0,46W
Total	0,65W	0,77W	0,83W	0,93W	1,05W	1,11W
3,00V	0,24W	0,24W	0,35W	0,52W	0,51W	0,64W
1,40V	0,36W	0,47W	0,42W	0,36W	0,47W	0,41W
Total	0,61W	0,72W	0,77W	0,89W	0,98W	1,05W
Referenz	1,65W	2,05W	2,03W	1,95W	2,45W	2,40W

Die Refernzmessung ist der Stromverbrauch der gleichen fonera mit ihren eigenem schaltnetzteil und linearwandler bei 7,5V Eingangsspannung (andere Spannunge liefern da im grunde idente Werte)

Bei all diesen Werten (ausser der Referenz) fehlen noch die verluste zur erzeugung der eingangsspannung (da noch kein alternatives/zusätzliches schaltnezteil entworfen ist), welche auch mit schaltnetzteilen aufgrund der niedrigen Spannungen wohl an die 20% anzusetzen sind,.

kennt wer schaltnetzteil (schaltplan/fixfertige) die grösser 90% Wirkungsgrad für 4..15V -> 1,4V haben?

Bei ca. 1.385V und 2.96V ist die hier getestete fonera dann garantiert abgekratzt,..

Inzwischen wurde auch auf einem link mit ca ETX 2 an einem ende eine undervoltted fonera betrieben, und es konnten keinerlei effekte bei normalen oder tieferen spannungen bemerkt werden, getestet wurden latenz, packetlosss, durchsatz, sendeleistung, mit unicast und broadcast traffic (keine layer 2 retries), bei fix eingetsllter wlan rate (11mbit b mode)

für g mode war der link etwas zu schlecht, und auch der standard rate selection algorithmus (als noch auto rate eingestellt war) lieferte sehr schlechte ergebnisse, (da es bei madwifi mehrere rate selection algos zur auswahl gibt werden die bei mnächsten mal auch probiert werden)

weiters sah es so aus das im b-modus der stromverbrauch deutlich höher lag als im g-modus, trotz niderger datenrate (allerdgins wurde im g modus ein kürzerer link getestet, eingestellte sendeleistung war allerdings die gleiche, jedoch sinkt diese bei den meisten wlan chips bei hoher wlan rate, um da wirklich zu wissen was los ist müssen wohl noch alle wlan raten durchgemessen werden,..)

bei indoor tests (1 Meter abstand (-;) konnte obiges verhlaten aber nicht nachgeweisen werden, es gab zwar kleine unterschiede im stromverbrauch je nach wlanmodus, aber eben nur sehr kleine (im Bereich von 0,1 Watt), dieser test muss also wohl mit einem echten lossy link gemacht werden,..

10mbit und LEDs

Weniger als ein Watt (in fast allen Betreibszuständen) ist zwar schon recht wenig, aber da geht noch was,..

Denn Bei 10mbit anstatt 100mbit, brauchen 2100er/2200er Foneras fast ein viertel Watt weniger im idle und sogar 20mW weniger Strom als bei keinem angesteckten Netzwerkkabel,..

d.h. da man selten am wlan mehr als 10mbit durchsatz erreicht (und 10mbit full duplex eingetlich nie), macht das ziemlich viel sinn (leider ist bis jetzt noch keine elgante software basierte einstellmöglichkeit auf 10baseT am fonera bekannt ??)

während 10mbit mittels hardware mod recht leicht zu ereichen sind, und man da dann auch gleich 10mbit auto-negotiation haben kann, was einem klaglosen betreib mit anderen geräten im auto mode erlaubt, (was sont nicht der fall ist wenn man eine seite fix per software auf was einstellt, da man hierbei idr autonegotiation mitabschaltet)

Denn 100mbit bedeuten 200mW mehr pro Gerät, und 10mbit full duplex sind vermutlich nie oder weniger als 2% der zeit das bottleneck auf einem fon in einem adhoc mesh,..

Weiter ist beim Vergleich zwischen den 2100 und 220 Foneras aufgefallen das diese stärkere Leistungsschwankungen auf 3,3V haben, und diese schwankungen mit dem blinken der LEDs synchron waren,..

Denn die 2100er Fons haben geringeren Vorwiederstand und brauchen somit bis zu 200mW (47Ohm Vorwiederstand) wenn alle 3 LEDs leuchten, während die LEDs bei 2200er Fons nur ein Vietel brauchen (270 Ohm), und dementsprchend dünkler sind,..

Ändert man die vorwiederstände, oder entfernt diese oder die leds, spart man nochmals biszu 200mW bei den 2100ern bzw. 50mW bei den 2200 Fons.

Alternativ ist seit kurzen bei den openwrt trunks auch schon ein gpio teiber inkludiert, mit dem man (zumindest nachgeprüfterwesie die power led) auch per software ansprechen/abschalten kann,..

Und im endeffekt ist der Stromverbruach zwischen 2100ern und 2200ern Fons eigentlich recht gleich, evt. braucht der 2100er sogar weniger da er nen Netzwerkchip hat der schon laut Datenblatt 2,5V (oder 3,3V) verträgt,..

Andererseits sind die AR2315 auf den alten Fons weniger undervoltable als die scheinbar neueren Auf den 2200, da müssten aber noch mehr fons undervoltet werden (als nur jeweils einer) um zu wissen ob das nicht nur individuelle unterschiede sind,..

Eigenes Netzteil

sollte einen idle betrieb von 0.7W mit 3.3..4.2 Eingangsspannnug ermoeglichen

gedacht fuer LiPo Akkus (die dabei nicht tiefentladen werden (min. 3,2V, d.h. noch ca. 10% restkapazitaet))

alternativ tuns 2 bleiakkus oder (3 oder) 4 NiMh&Nicd Akkus, da die maximale eingangsspannung 5,5V betraegt

dazu brauchts 2 eigene Wandler geplanterweise basierend auf LM3674 ICs [1]

Wirkungsgrad ca. 88% bei 1,4V und 94% bei 3V, gesamt ca. 90%

ein typischer handyakku mit 1Ah reicht also ca. 4h

und 1kg an z.b. notebookakkus (300wh) fuer knapp 2 wochen

fuers erste gibts vorrat an 600Wh um 20 cent/Wh, danach muss noch ne preiswerte akkuquelle aufgetrieben werden