Bluetooth Low Energy (WURDEN) wird derzeit in der IoT-Welt viel diskutiert. Man kann davon ausgehen, dass die meisten von uns ein gutes Verständnis davon haben, was Bluetooth ist und wie es praktisch funktioniert. Wie alle drahtlosen Technologien, BLE eignet sich für bestimmte Anwendungen besser als für andere. Aber was genau bestimmt, wie weit sich diese unsichtbaren Verbindungsfäden erstrecken können?? Wenn Sie erwägen, Bluetooth oder BLE im IoT zu verwenden, Hier finden Sie eine Liste der Hauptfaktoren, die die Bluetooth-Reichweite beeinflussen, sowie einige Methoden zu deren Erweiterung.
Was ist die Bluetooth-Reichweite?
Bevor wir die Faktoren besprechen, Es wäre nützlich zu definieren, was wir damit meinen “Reichweite” in Bluetooth-Technologie. Die Bluetooth-Reichweite ist die maximale Entfernung, über die zwei Bluetooth-fähige Geräte zuverlässig Daten austauschen können. Dies bedeutet oft, wie weit Ihre Bluetooth-Kopfhörer von einem Telefon entfernt sein dürfen oder wie weit Ihre Bluetooth-Sensoren von einem Gateway in der IoT-Welt entfernt sind.
Die Bluetooth-SIG gibt an, dass die Bluetooth-Reichweite beträgt:
Von mehr als einem Kilometer bis weniger als einem Meter.
Das ist, das Praktische, Die zuverlässige Reichweite zwischen Bluetooth-Geräten beträgt über einen Kilometer bis hin zu weniger als einem Meter.
Warum die Bluetooth-Reichweite gering ist
Die geringe Reichweite von Bluetooth ist kein Fehler, Es ist eine Funktion. Es nutzt die 2.4 GHz-Band mit geringer Sendeleistung, um Batterie zu sparen. Dadurch wird die Reichweite konstruktionsbedingt eingeschränkt. Bluetooth ist für persönliche Netzwerke gedacht, Verbinden Sie Geräte direkt in Ihrer Nähe. Die Technologie nutzt Frequenzsprung-Spreizspektrum (FHSS), Das ist cool, schränkt aber auch die Reichweite ein.
Wenn man die Eigenschaften eines funkbasierten Netzwerks wie Bluetooth berücksichtigt, Drei Schlüsselfaktoren spielen eine Rolle:
- Angebot
- Datenübertragungsgeschwindigkeit
- Energieverbrauch
jedoch, Es ist schwierig, alle drei Prioritäten zu setzen, da die Gesetze der Physik klare Grenzen setzen. Beispielsweise, während Bluetooth hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten erreichen kann, Dies geht oft mit einem erhöhten Stromverbrauch und einer verringerten Reichweite einher.
Wir beschäftigen uns hauptsächlich mit zwei Arten von Bluetooth: Bluetooth Classic und Bluetooth Low Energy (WURDEN). Bluetooth Classic überträgt in alle Richtungen mit einer recht hohen Datenrate. Die Reichweite beträgt typischerweise etwa 10 m, während BLE bis zu 100 m erreichen kann, indem es in kurzen Bursts mit höherer Leistung, aber niedrigeren Datenraten sendet.
Bluetooth 5 und Langstreckenmodus
Im 2016, Bluetooth 5.0 wurde enthüllt, Aufbauend auf Version 4.2 sondern eine Verdoppelung der Übertragungsgeschwindigkeit. Die neue Version eignet sich besser für die Indoor-Ortung und IoT-Kommunikation. LE-codiertes PHY ist der Langstreckenmodus von Bluetooth, der in Bluetooth eingeführt wurde 5.0. Es erweitert im Grunde das Angebot an regulären BLE-Geräten 30-100 Fuß bis zu einem Kilometer.
Der Bluetooth® Long Range-Modus erhöht die Reichweite, ohne die Ausgangsleistung zu erhöhen, verwenden “Codierte PHY” mit Forward-Fehlerkorrekturcodes (FEC). Dies hängt von der Datenrate ab, es reduzieren auf 500 kbps oder 125 kbps.
Der LE Coded PHY bietet zwei Datenraten:
- S2: Jedes Bit verwendet zwei Symbole, Halbierung der Datenrate auf 500 kbps (die Hälfte von 1M). Die Reichweite verdoppelt sich im Vergleich zu LE 1M PHY.
- S8: Jedes Bit verwendet acht Symbole, Reduzierung der Datenrate auf 125 kbit/s (1M dividiert durch 8). Die Reichweite vervierfacht sich im Vergleich zum LE 1M PHY.
Durch die Verwendung von codiertem PHY können bis zu erreicht werden 1 km Reichweite in hügeligem Gelände und mehrere hundert Meter in Mehrfamilienhäusern.
| Bluetooth v2.1- v3.0 | Bluetooth LE
v4.2 |
Bluetooth 5 LE 2 Mbit/s | Bluetooth 5 DIE
Langstrecken |
|
| Angebot | Bis zu 100m | Bis zu 100m | Bis zu 50m | Bis zu 400m |
| Maximale Reichweite (Freier Speicherplatz) | Etwa 100 m
(draußen) |
Etwa 100 m
(draußen) |
Etwa 50 m
(draußen) |
Etwa 1.000 m
(draußen) |
Schlüsselfaktoren, die die Bluetooth-Reichweite im IoT beeinflussen
Die Reichweite eines Bluetooth-Netzwerks wird nicht nur durch einen einzelnen Faktor definiert, sondern ist die Summe mehrerer Faktoren. Dazu zählen technische Faktoren, BLE-Hardwaregeräte, Signalübertragungsumgebung, Einhaltung, und so weiter, die in Wirklichkeit die grundlegende Fähigkeit eines Bluetooth-Netzwerks definieren, Daten über bestimmte Entfernungen zu übertragen.
Technisch fSchauspieler
- Sendeleistung
Die Sendeleistung ist vielleicht der einfachste Faktor, der die Reichweite beeinflusst. Einfach gesagt, desto höher ist die Sendeleistung, desto weiter kann das Bluetooth-Signal übertragen werden. jedoch, Es ist nicht so einfach, die Sendeleistung auf Maximum zu stellen.
In IoT-Anwendungen, insbesondere diejenigen, die batteriebetriebene BLE-Geräte verwenden, Der Stromverbrauch ist ein kritisches Anliegen. Eine höhere Sendeleistung bedeutet oft eine schnellere Batterieentladung.
- Empfangsempfindlichkeit
Während die Sendeleistung viel Aufmerksamkeit erhält, Ebenso wichtig ist die Empfindlichkeit des Empfängers. Ein empfindlicherer Empfänger kann schwächere Bluetooth-Signale empfangen, Effektive Erhöhung der Reichweite ohne zusätzlichen Stromverbrauch. Fortschritte im Chipdesign haben in den letzten Jahren die Empfängerempfindlichkeit deutlich verbessert.
- Antennendesign und -platzierung
Das Antennendesign spielt eine entscheidende Rolle für die Bluetooth-Reichweite. Der Typ, Größe, und Ausrichtung der Antenne können die Signalstärke und -richtung erheblich beeinflussen. In kompakten Bluetooth-IoT-Geräten, Platzbeschränkungen schränken oft die Antennenoptionen ein. In der Regel, Das Design einer externen Antenne kann zu besseren Reichweitenergebnissen führen. Unser neues USB-Gateway MKGW7 ist ein hervorragendes Beispiel.
- Bluetooth-Versionen und -Funktionen
Das Version von Bluetooth Die in Ihren IoT-Geräten verwendeten Geräte können die Reichweite erheblich beeinträchtigen. Bluetooth 5.0, eingeführt 2016, brachte wesentliche Verbesserungen der Reichweitenfähigkeiten.
Die Long Range-Funktion von Bluetooth 5.0, welches codierte PHY verwendet, kann die Reichweite im Vergleich zu früheren Versionen vervierfachen. jedoch, Dies geht mit einer geringeren Datenrate einher. Für viele IoT-Anwendungen, Dieser Kompromiss lohnt sich.
Umwelt fSchauspieler
Die Umgebung, in der Ihre BLE-Geräte betrieben werden, hat einen massiven Einfluss auf die Bluetooth-Reichweite. Sie verhalten sich je nach Umgebung, in der sie verwendet werden, unterschiedlich, von außen, industriell, und vom Büro nach Hause. Die Bluetooth SIG bietet eine Rechner für die geschätzte Reichweite Dadurch kann man eine geschätzte Reichweite in Bezug auf bestimmte Kriterien wie Pfadverlust in verschiedenen Umgebungen erhalten.
Draußen, in einem offenen Raum, Sie können eine Reichweite von bis zu einigen hundert Metern erreichen. Innerhalb von Gebäuden, Hindernisse wie Betonwände, metallische Gegenstände, und selbst Rauschen schränkt die Übertragungsreichweite des Funksignals ein. Im normalen Gebrauch, 70 Meter ist eine zuverlässige Schätzung der erreichbaren Reichweite zwischen zwei BLE-Geräten in Innenräumen.
Im Idealfall, Ein BLE-Signal wandert geradlinig von der BLE-Beacon-Antenne durch die Atmosphäre zu den Smart Receivern. jedoch, wenn es ein Hindernis zwischen dem BLE-Beacon und dem Empfangsende gibt (NLOS-Umgebung), Das BLE-Signal wird während der Übertragung blockiert, Dies führt je nach Art der Obstruktion zu unterschiedlich starken Dämpfungen. Diese Dämpfung ist viel stärker als die durch die Atmosphäre verursachte, Dadurch wird die effektive Übertragungsreichweite von BLE-Geräten weiter beeinträchtigt.
Regulatorische und Compliance-Faktoren
Bei der Bluetooth-Reichweite geht es nicht nur um technische Daten – Auch Vorschriften und Compliance prägen es. Behörden wie die FCC in den USA und ETSI in Europa legen Grenzwerte dafür fest, wie stark Bluetooth-Signale sein dürfen und welche Frequenzen sie verwenden dürfen. Dies bedeutet, dass Unternehmen, die Bluetooth-Geräte herstellen, diese Regeln einhalten müssen, was sich wiederum auf die praktische Reichweite der Geräte auswirken kann. Es soll störungsfrei mit anderen drahtlosen Technologien betrieben werden und mit anderen Nutzern im Funkspektrum koexistieren.
4 Methoden zur Optimierung der Bluetooth-Reichweite im IoT
Nachdem wir nun die Faktoren behandelt haben, die die BLE-Reichweite beeinflussen, Schauen wir uns einige Strategien zur Optimierung Ihrer IoT-Bereitstellungen an:
Das Signal verstärken
Eine direkte Möglichkeit zur Erweiterung der Bluetooth-Reichweite ist die Erhöhung der Sendeleistung. jedoch, Dieser Ansatz kann die Batterielebensdauer erheblich verkürzen und muss gegen regionale gesetzliche Grenzwerte abgewogen werden, mit den USA. bis zu zulassen +20 dBm und die E.U. nur +10 dBm. Trotz dieser Herausforderungen, Die Erhöhung der Sendeleistung ist oft effizienter als andere Methoden, bietet eine bessere Latenz, Durchsatz, und einfachere Setups, insbesondere in industriellen Umgebungen, wobei eine Erhöhung um 3 dB die Reichweite effektiv verdoppeln kann.
Verwenden von Long-Range in Bluetooth 5
Bluetooth 5 führte LE Long Range/CODED PHY ein, um die Reichweite ohne Leistungssteigerung durch den Einsatz der Vorwärtsfehlerkorrektur zu vergrößern (FEC), welches Pakete wiederholt 2 oder 8 Zeiten, um die Nachrichtenzuverlässigkeit über Entfernungen zu verbessern. Dadurch kann die Reichweite um bis zu erhöht werden 4 mal, Dies verringert jedoch den Durchsatz und erhöht den Stromverbrauch. Es ist vergleichbar damit, Worte für ein entferntes Publikum zu wiederholen, anstatt lauter zu schreien.
Die Kodierungsschemata S2 und S8 bieten Datenraten von 500 kbit/s und 125 kbit/s. Damit diese Technik effektiv ist, Beide kommunizierenden BLE-Geräte müssen CODED PHY unterstützen; Andernfalls, Die Vorteile werden möglicherweise nicht realisiert.
Nutzung eines Repeaters
Durch die Einführung von Repeatern kann die Bluetooth-Reichweite durch das Empfangen und erneute Übertragen von Nachrichten erweitert werden. Dies funktioniert am besten in stationären Gerätenetzwerken, wo die Platzierung der Repeater optimiert werden kann. jedoch, Dieser Ansatz kann kostspielig und komplex sein, erfordert zusätzliche Hardware, Leistung, und Installation, und bringt Sicherheitsbedenken mit sich, da alle Geräte dem Repeater vertrauen müssen. Die Verwaltung von Repeatern erfordert eine sorgfältige Platzierung und Konfiguration, und sie müssen möglicherweise erneut bereitgestellt werden, wenn sie ersetzt werden.
Nutzung von Bluetooth Mesh-Netzwerken
Bluetooth-Netz Netzwerke erweitern die Abdeckung erheblich, indem sie alle Knoten in einem Netzwerk nutzen. In dieser Konfiguration, Jedes Gerät im Netzwerk fungiert als Relaispunkt. Sie empfangen Datenpakete, Stellen Sie fest, ob es sich um den vorgesehenen Empfänger handelt, und wenn nicht, Leiten Sie sie an Geräte in der Nähe weiter. Batteriebetriebene Knoten können durch die Low Power Node-Funktion Energie sparen “Freund” Modus, Dadurch können sie länger schlafen und zeitweise einchecken. Dies ist ideal für große Bereiche oder Gebäude, in denen mehrere verteilte Anker und Gateways Bluetooth-Geräte und Cloud-Server verbinden. Die Multipunkt-zu-Mehrpunkt-BLE-Mesh-Technologie hat die Netzwerkfähigkeiten von Bluetooth erheblich verbessert, Bietet hohe Zuverlässigkeit und wirksame Vermeidung von Single Points of Failure.
Ausführliche Informationen und Anleitungen zur Integration der BLE-Tags von MOKO, Anker, und Gateways zu maßgeschneiderten BLE-Mesh-Lösungen, Wir empfehlen Ihnen, mit unseren Bluetooth-Experten zu sprechen.
Wie funktioniert MOKO’s Bluetooth-Geräte funktionieren
Bei der Optimierung der Bluetooth-Reichweite geht es nicht nur darum, weiter zu reichen – es geht auch darum, intelligenter zu arbeiten, effizientere IoT-Netzwerke, die echten Mehrwert bieten. Egal, ob Sie Vermögenswerte im großen Stil verfolgen Lagerhaus, Erstellen eines reaktionsfähigen Smart-Home-Systems, oder Überwachung der Temperaturbedingungen in einer Kühlkette, Die Wahl zuverlässiger BLE-Geräte ist der Schlüssel zu Ihrem Erfolg.
MOKO SMART widmet sich der Bereitstellung fortschrittlicher und zuverlässiger Bluetooth-Geräte, die IoT-Projekte ermöglichen. Aus unserem breiten Sortiment BLE-Leuchtfeuer zu unseren effizienten Gateways und smarten Sensoren, Wir verfügen über eine komplette BLE-Produktkette, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden.
