يُناقش حاليًا على نطاق واسع تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) في عالم إنترنت الأشياء. من البديهي أن معظمنا لديه فهم جيد لماهية البلوتوث وكيفية عمله عمليًا. وكما هو الحال مع جميع التقنيات اللاسلكية، تُناسب تقنية البلوتوث منخفض الطاقة تطبيقات معينة أكثر من غيرها. ولكن ما الذي يُحدد بدقة مدى امتداد هذه الخيوط غير المرئية من الاتصال؟ إذا كنت تُفكر في استخدام البلوتوث أو تقنية البلوتوث منخفض الطاقة في إنترنت الأشياء، فإليك قائمة بالعوامل الرئيسية التي تؤثر على مدى تغطية البلوتوث، بالإضافة إلى بعض الطرق لتوسيعه.
قبل مناقشة هذه العوامل، من المفيد تعريف مفهوم "المدى" في تقنية البلوتوث. مدى البلوتوث هو أقصى مسافة يمكن لجهازين يدعمانه تبادل البيانات بشكل موثوق. غالبًا ما يُترجم هذا إلى مدى بُعد سماعات الرأس التي تدعم البلوتوث عن الهاتف، أو مدى بُعد مستشعرات البلوتوث عن بوابة إنترنت الأشياء.
تقول Bluetooth SIG أن نطاق Bluetooth هو:
من أكثر من كيلومتر إلى أقل من متر.
وهذا يعني أن المدى العملي والموثوق بين أجهزة البلوتوث يتراوح بين أكثر من كيلومتر واحد إلى أقل من متر.
إن قصر مدى البلوتوث ليس عيبًا، بل ميزة. فهو يستخدم نطاق 2.4 جيجاهرتز ذي طاقة إرسال منخفضة لتوفير طاقة البطارية. وهذا يحدّ من مداه بطبيعته. صُمّم البلوتوث لشبكات المناطق الشخصية، حيث يربط الأجهزة المحيطة بك مباشرةً. تستخدم هذه التقنية طيف انتشار القفز الترددي (FHSS)، وهو أمر رائع ولكنه يحدّ من مداه أيضًا.
عند النظر في خصائص شبكة تعتمد على الراديو مثل البلوتوث، هناك ثلاثة عوامل رئيسية تلعب دورًا:
مع ذلك، يصعب تحديد أولوية هذه التقنيات الثلاث، لأن قوانين الفيزياء تفرض قيودًا واضحة. على سبيل المثال، بينما يمكن للبلوتوث تحقيق سرعات نقل بيانات عالية، إلا أن هذا غالبًا ما يصاحبه زيادة في استهلاك الطاقة ونطاق تغطية محدود.
نحن نتعامل بشكل أساسي مع نوعين من البلوتوث: بلوتوث الكلاسيكي وبلوتوث منخفض الطاقة (BLE). ينقل بلوتوث كلاسيك البيانات في جميع الاتجاهات بمعدل بيانات مرتفع. يبلغ مداه عادةً حوالي 10 أمتار، بينما يصل نطاق BLE إلى 100 متر عن طريق الإرسال في دفعات قصيرة بقوة أعلى وبمعدلات بيانات أقل.
في عام ٢٠١٦، كُشف النقاب عن تقنية بلوتوث ٥.٠، التي بُنيت على الإصدار ٤.٢، لكنها ضاعفت سرعة نقلها. تُعدّ هذه النسخة الجديدة أكثر ملاءمةً لتحديد المواقع في الأماكن المغلقة واتصالات إنترنت الأشياء. يُعدّ وضع LE Coded PHY وضعًا طويل المدى للبلوتوث، والذي أُطلق في إصدار بلوتوث ٥.٠. ويمتدّ نطاق أجهزة BLE العادية من ٣٠ إلى ١٠٠ قدم إلى كيلومتر واحد.
يزيد وضع Bluetooth® طويل المدى من المدى دون زيادة طاقة الخرج، باستخدام "PHY المُرمَّز" مع رموز تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC). يُقلِّل هذا من سرعة البيانات إلى 500 أو 125 كيلوبت في الثانية.
يوفر LE Coded PHY معدلين للبيانات:
يمكن استخدام PHY المشفر للوصول إلى مدى يصل إلى 1 كم في التضاريس الجبلية ومئات الأمتار في المباني السكنية.
| بلوتوث الإصدار 2.1 - الإصدار 3.0 | بلوتوث جنيه v4.2 | بلوتوث 5 LE 2 ميجابت في الثانية | بلوتوث 5 LE طويلة المدى | |
| المدى | حتى 100m | حتى 100m | حتى 50m | حتى 400m |
| أقصى مدى (مساحة حرة) | حول شنومشم (في الهواء الطلق) | حول شنومشم (في الهواء الطلق) | حول شنومشم (في الهواء الطلق) | حول شنومشم (في الهواء الطلق) |
لا يُحدَّد مدى شبكة البلوتوث بعامل واحد فحسب، بل هو مجموع عدة عوامل. تشمل هذه العوامل التقنية، وأجهزة البلوتوث منخفضة الطاقة (BLE)، وبيئة نقل الإشارة، والتوافق، وغيرها، والتي تُحدِّد في الواقع القدرة الأساسية لشبكة البلوتوث على نقل البيانات عبر مسافات مُحدَّدة.
ربما تكون طاقة الإرسال العامل الأكثر وضوحًا في التأثير على المدى. ببساطة، كلما زادت طاقة الإرسال، زادت مسافة إشارة البلوتوث. مع ذلك، ليس الأمر ببساطة ضبط طاقة الإرسال على الحد الأقصى.
في تطبيقات إنترنت الأشياء، وخاصةً تلك التي تستخدم أجهزة BLE التي تعمل بالبطاريات، يُعد استهلاك الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. فارتفاع طاقة الإرسال غالبًا ما يعني استنزافًا أسرع للبطارية.
بينما تحظى طاقة الإرسال باهتمام كبير، فإن حساسية جهاز الاستقبال لا تقل أهمية. يستطيع جهاز الاستقبال الأكثر حساسية التقاط إشارات بلوتوث أضعف، مما يزيد نطاقه بفعالية دون استهلاك طاقة إضافي. وقد أدى التطور في تصميم الرقاقات إلى تحسين حساسية جهاز الاستقبال بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة.
يلعب تصميم الهوائي دورًا حاسمًا في مدى تغطية البلوتوث. يؤثر نوع وحجم واتجاه الهوائي بشكل كبير على قوة الإشارة واتجاهها. في أجهزة إنترنت الأشياء المدمجة بتقنية البلوتوث، غالبًا ما تحد المساحة من خيارات الهوائي. عادةً ما يُحسّن تصميم الهوائي الخارجي نطاق التغطية. بوابة MKGW7 USB الجديدة مثال ممتاز على ذلك.
استخدم نسخة البلوتوث يمكن أن تؤثر تقنية Bluetooth 5.0 المستخدمة في أجهزة إنترنت الأشياء بشكل كبير على مدى التغطية. وقد أدى إطلاق تقنية Bluetooth 2016 في عام XNUMX إلى تحسينات كبيرة في قدرات التغطية.
يمكن لميزة المدى الطويل في بلوتوث 5.0، التي تستخدم بنية PHY مُرمّزة، أن تُضاعف المدى أربع مرات مُقارنةً بالإصدارات السابقة. ومع ذلك، يأتي هذا على حساب انخفاض مُعدّل البيانات. بالنسبة للعديد من تطبيقات إنترنت الأشياء، يُعدّ هذا التنازل مُجديًا.
تؤثر البيئة التي تعمل فيها أجهزة BLE بشكل كبير على نطاق البلوتوث. ستختلف طريقة عملها باختلاف البيئات المستخدمة، من الأماكن الخارجية والصناعية والمكتبية إلى المنزلية. توفر Bluetooth SIG حاسبة المدى المقدر من خلالها يمكن الحصول على نطاق تقديري يتعلق بمعايير معينة مثل فقدان المسار في بيئات مختلفة.
في الهواء الطلق، في مكان مفتوح، يمكنك الحصول على مدى يصل إلى بضع مئات من الأمتار. أما داخل المباني، فالعوائق كالجدران الخرسانية والأجسام المعدنية، وحتى الضوضاء، تحد من مدى إرسال إشارة الراديو. في الاستخدام العادي، يُعد 70 مترًا تقديرًا دقيقًا للمدى الممكن تحقيقه بين جهازي بلوتوث منخفض الطاقة (BLE) داخل المنزل.
في الوضع الأمثل، تنتقل إشارة BLE في خط مستقيم من هوائي منارة BLE عبر الغلاف الجوي إلى أجهزة الاستقبال الذكية. ومع ذلك، عند وجود عائق بين منارة BLE والطرف المستقبل (بيئة NLOS)، تُحجب إشارة BLE أثناء الإرسال، مما يؤدي إلى درجات متفاوتة من التوهين تبعًا لنوع العائق. هذا التوهين أقوى بكثير من التوهين الناتج عن الغلاف الجوي، مما يؤثر بشكل أكبر على مدى الإرسال الفعال لأجهزة BLE.
لا يقتصر مدى تقنية البلوتوث على المواصفات التقنية فحسب، بل تُشكله أيضًا اللوائح والامتثال. تضع هيئات مثل لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في الولايات المتحدة والمعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) في أوروبا حدودًا لقوة إشارات البلوتوث والترددات المسموح بها. هذا يعني أن الشركات المُصنّعة لأجهزة البلوتوث مُلزمة بالالتزام بهذه القواعد، مما قد يؤثر بدوره على المدى العملي للأجهزة. صُممت هذه التقنية لضمان عدم التداخل مع التقنيات اللاسلكية الأخرى والتوافق مع المستخدمين الآخرين في الطيف الراديوي.
الآن بعد أن قمنا بتغطية العوامل المؤثرة على نطاق BLE، دعنا نلقي نظرة على بعض الاستراتيجيات لتحسين عمليات نشر إنترنت الأشياء لديك:
تضخيم الإشارة
من الطرق المباشرة لتوسيع نطاق البلوتوث زيادة طاقة الإرسال. مع ذلك، قد يُقلل هذا النهج من عمر البطارية بشكل كبير، ويجب موازنته مع الحدود التنظيمية الإقليمية، حيث تسمح الولايات المتحدة بما يصل إلى +20 ديسيبل ميلي واط، بينما يسمح الاتحاد الأوروبي فقط بـ +10 ديسيبل ميلي واط. على الرغم من هذه التحديات، غالبًا ما تكون زيادة طاقة جهاز الإرسال أكثر كفاءة من الطرق الأخرى، حيث توفر زمن وصول ومعدل نقل بيانات أفضل وإعدادات أبسط، خاصةً في البيئات الصناعية، حيث يمكن لزيادة قدرها 3 ديسيبل مضاعفة النطاق بفعالية.
استخدام المدى الطويل في البلوتوث 5
قدّمت تقنية بلوتوث 5 تقنية LE Long Range/CODED PHY لتوسيع النطاق دون زيادة الطاقة، وذلك باستخدام تقنية تصحيح الخطأ الأمامي (FEC)، التي تُكرّر الحزم مرتين أو ثمان مرات لتحسين موثوقية الرسائل عبر المسافات. يُمكن أن يُحسّن هذا النطاق بما يصل إلى 2 مرات، مع أنه يُقلّل من الإنتاجية ويزيد من استهلاك الطاقة. يُشبه هذا تكرار الكلمات لجمهور بعيد بدلاً من الصراخ بصوت أعلى.
يوفر نظاما التشفير S2 وS8 معدلات بيانات تبلغ 500 كيلوبت في الثانية و125 كيلوبت في الثانية. ولفعالية هذه التقنية، يجب أن يدعم كلا جهازي BLE المتصلين تقنية CODED PHY؛ وإلا، فقد لا تتحقق الفوائد المرجوة.
الاستفادة من المكرر
يُمكن أن يُوسّع استخدام مُكرّرات الإشارة نطاقَ البلوتوث من خلال التقاط الرسائل وإعادة إرسالها. يُحقق هذا أفضل النتائج في شبكات الأجهزة الثابتة، حيث يُمكن تحسين وضع المُكرّر. مع ذلك، قد يكون هذا النهج مُكلفًا ومُعقّدًا، ويتطلب أجهزةً وطاقةً وتركيبًا إضافيًا، ويُثير مخاوف أمنية نظرًا لضرورة ثقة جميع الأجهزة بالمُكرّر. تتطلب إدارة المُكرّرات وضعًا وتكوينًا دقيقين، وقد تحتاج إلى إعادة تجهيز في حال استبدالها.
استخدام شبكات Bluetooth Mesh
شبكة بلوتوث تُوسّع الشبكات نطاق التغطية بشكل كبير بالاستفادة من جميع عُقد الشبكة. في هذا التكوين، يعمل كل جهاز في الشبكة كنقطة ترحيل. يستقبل هذا الجهاز حزم البيانات، ويُحدد ما إذا كان هو المُستقبِل المُستهدف، وإذا لم يكن كذلك، يُعيد توجيهها إلى الأجهزة القريبة. تُوفّر العُقد التي تعمل بالبطارية الطاقة من خلال ميزة "عُقدة الطاقة المنخفضة" ووضع "الصديق"، مما يسمح لها بالبقاء في وضع السكون لفترة أطول وتسجيل الوصول بشكل متقطع. يُعدّ هذا مثاليًا للمساحات الكبيرة أو المباني حيث تتصل أجهزة البلوتوث وخوادم السحابة بمرسيات وبوابات مُوزّعة متعددة. لقد حسّنت تقنية BLE Mesh من نقاط متعددة إلى نقاط متعددة قدرات شبكات البلوتوث بشكل كبير، مما يوفر موثوقية عالية ومنعًا فعالًا لنقاط الفشل الفردية.
للحصول على معلومات وإرشادات متعمقة حول دمج مجموعة MOKO من علامات BLE والمراسي والبوابات في حلول BLE mesh المصممة خصيصًا، نشجعك على التحدث إلى خبراء Bluetooth لدينا.
تحسين نطاق البلوتوث لا يقتصر على الوصول إلى مدى أبعد فحسب، بل يشمل أيضًا إنشاء شبكات إنترنت أشياء أكثر ذكاءً وكفاءةً تُقدم قيمة حقيقية. سواء كنت تتبع أصولًا في نطاق واسع المستودعسواء كنت تقوم بإنشاء نظام منزلي ذكي سريع الاستجابة، أو مراقبة ظروف درجة الحرارة في سلسلة التبريد، فإن اختيار أجهزة BLE الموثوقة هو مفتاح نجاحك.
تُكرّس شركة موكو سمارت جهودها لتوفير أجهزة بلوتوث متطورة وموثوقة تُمكّن مشاريع إنترنت الأشياء من تحقيق أهدافها. من مجموعتنا الواسعة منارات BLE بفضل بواباتنا الفعالة وأجهزة الاستشعار الذكية، لدينا سلسلة منتجات BLE كاملة لتلبية احتياجاتك.
يُعد المحرك المكون الأساسي داخل الآلة، ويؤثر بشكل مباشر على قوة التشغيل و...
على مدى العقود الماضية، لم تتوقف وتيرة ابتكارات إنترنت الأشياء عن إبهارنا. لقد...
في قطاع الخدمات اللوجستية، تُعد سلامة المنتجات المنقولة ووضوحها أمراً بالغ الأهمية...
لأكثر من عقد من الزمان، اعتمدت المستودعات على حلول نظام تحديد المواقع في الوقت الحقيقي (RTLS) من أجل...
تُعدّ السلامة ذات أهمية بالغة في أماكن العمل. ويُستخدم هذا المصطلح عادةً في بيئات العمل القاسية و...
عندما يتعلق الأمر ببوابات البلوتوث، فإن الأمر كله يدور حول توصيل الأجهزة الطرفية التي تعمل بتقنية البلوتوث بـ...