Bluetooth de baja energía (CONVIRTIÓ) es ampliamente discutido en el mundo de IoT en este momento. Es seguro asumir que la mayoría de nosotros tenemos una buena comprensión de qué es Bluetooth y cómo funciona en la práctica.. Como todas las tecnologías inalámbricas, BLE es más adecuado para determinadas aplicaciones que para otras. Pero, ¿qué determina exactamente hasta dónde pueden extenderse estos hilos invisibles de conectividad?? Si está considerando usar Bluetooth o BLE en IoT, Aquí hay una lista de los principales factores que influyen en el alcance de Bluetooth junto con algunos métodos para ampliarlo..
¿Cuál es el alcance de Bluetooth?
Antes de discutir los factores, Sería útil definir qué entendemos por “rango” en tecnología Bluetooth. El alcance de Bluetooth es la distancia máxima a la que dos dispositivos habilitados para Bluetooth pueden intercambiar datos de manera confiable. Esto a menudo se traduce en qué tan lejos pueden estar sus auriculares Bluetooth de un teléfono o cuán extendidos sus sensores Bluetooth desde una puerta de enlace en el mundo de IoT..
El Bluetooth SIG dice que el alcance de Bluetooth es:
De más de un kilómetro a menos de un metro.
Es decir, lo practico, El alcance confiable entre dispositivos Bluetooth va de más de un kilómetro a menos de un metro..
Por qué el alcance de Bluetooth es corto
El corto alcance de Bluetooth no es un error, es una característica. Utiliza el 2.4 Banda GHz con baja potencia de transmisión para ahorrar batería. Esto limita su alcance por diseño.. Bluetooth está destinado a redes de área personal, conectando dispositivos a tu alrededor. La tecnología utiliza espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS), lo cual es genial pero también limita el alcance.
Al considerar las características de una red basada en radio como Bluetooth, Tres factores clave entran en juego.:
- Rango
- Velocidad de transferencia de datos
- El consumo de energía
sin embargo, Es un desafío priorizar los tres porque las leyes de la física imponen limitaciones claras.. Por ejemplo, mientras que Bluetooth puede alcanzar altas velocidades de transferencia de datos, Esto a menudo conlleva un mayor consumo de energía y una autonomía reducida..
Nos ocupamos principalmente de dos tipos de Bluetooth.: Bluetooth clásico y Bluetooth de bajo consumo (CONVIRTIÓ). Bluetooth Classic transmite en todas direcciones a una velocidad de datos bastante alta. Suele tener unos 10 m de alcance., mientras que BLE puede alcanzar hasta 100 m transmitiendo en ráfagas cortas a mayor potencia pero con velocidades de datos más bajas.
Bluetooth 5 y modo de largo alcance
En 2016, Bluetooth 5.0 fue develado, basándose en la versión 4.2 pero duplicando su velocidad de transmisión. La nueva versión es más adecuada para posicionamiento en interiores y comunicaciones IoT. LE Coded PHY es el modo de largo alcance de Bluetooth que se introdujo en Bluetooth 5.0. Básicamente amplía la gama de dispositivos BLE normales desde 30-100 pies hasta un kilómetro.
El modo Bluetooth® de largo alcance aumenta el alcance sin aumentar la potencia de salida, usando “PHY codificada” con códigos de corrección de errores hacia adelante (FEC). Esto se compensa con la velocidad de datos., reduciéndolo a 500 kbps o 125 kbps.
El PHY codificado LE ofrece dos velocidades de datos:
- T2: Cada bit utiliza dos símbolos., reducir a la mitad la velocidad de datos a 500 kbps (la mitad de 1M). El alcance se duplica en comparación con LE 1M PHY.
- T8: Cada bit utiliza ocho símbolos., reduciendo la velocidad de datos a 125 kbps (1m dividido por 8). El alcance se cuadriplica en comparación con LE 1M PHY.
El uso de PHY codificado puede lograr hasta 1 Alcance de kilómetros en terreno montañoso y varios cientos de metros en edificios de apartamentos..
| Bluetooth v2.1- v3.0 | Bluetooth LE
v4.2 |
Bluetooth 5 LE 2 Mbps | Bluetooth 5 EL
De largo alcance |
|
| Rango | hasta 100m | hasta 100m | Hasta 50 m | Hasta 400m |
| Rango máximo (Espacio libre) | Alrededor de 100 m
(al aire libre) |
Alrededor de 100 m
(al aire libre) |
Alrededor de 50 m
(al aire libre) |
Alrededor de 1.000 m
(al aire libre) |
Factores clave que afectan el alcance de Bluetooth en IoT
El alcance de una red Bluetooth no está definido únicamente por un único factor, sino que es un total de varios factores.. Estos incluyen factores técnicos., Dispositivos de hardware BLE, entorno de transmisión de señal, cumplimiento, y así, que definen en realidad la capacidad básica de una red Bluetooth para transmitir datos a través de ciertas distancias.
Técnico Factores
- Potencia del transmisor
La potencia de transmisión es quizás el factor más sencillo que afecta el alcance.. Simplemente pon, cuanto mayor sea la potencia de transmisión, cuanto más lejos pueda viajar la señal Bluetooth. sin embargo, No es tan simple como configurar la potencia de transmisión al máximo..
En aplicaciones de IoT, particularmente aquellos que usan dispositivos BLE que funcionan con baterías, El consumo de energía es una preocupación crítica.. Una mayor potencia de transmisión a menudo significa un agotamiento más rápido de la batería.
- Sensibilidad del receptor
Si bien la potencia de transmisión recibe mucha atención, La sensibilidad del receptor es igualmente importante.. Un receptor más sensible puede captar señales Bluetooth más débiles, aumento efectivo del alcance sin consumo de energía adicional. Los avances en el diseño de chips han mejorado significativamente la sensibilidad del receptor en los últimos años..
- Diseño y colocación de antenas.
El diseño de la antena juega un papel crucial en el alcance de Bluetooth. el tipo, Talla, y la orientación de la antena pueden afectar significativamente la intensidad y la direccionalidad de la señal. En dispositivos Bluetooth IoT compactos, Las limitaciones de espacio a menudo limitan las opciones de antena.. Por lo general, El diseño de antena externa puede tener mejores resultados de alcance.. Nuestra nueva puerta de enlace USB MKGW7 es un excelente ejemplo.
- Versiones y características de Bluetooth
los versión de Bluetooth utilizado en sus dispositivos IoT puede afectar significativamente el alcance. Bluetooth 5.0, introducido en 2016, trajo importantes mejoras a las capacidades de alcance.
Función de largo alcance de Bluetooth 5.0, que utiliza PHY codificada, Puede cuadruplicar la autonomía en comparación con versiones anteriores.. sin embargo, esto tiene el costo de una velocidad de datos reducida. Para muchas aplicaciones de IoT, esta compensación vale la pena.
Ambiental Factores
El entorno en el que operan sus dispositivos BLE tiene un impacto enorme en el alcance de Bluetooth. Se comportarán de manera diferente según los entornos en los que se utilicen., desde el exterior, industrial, y oficina a casa. El Bluetooth SIG ofrece una calculadora de rango estimado a través del cual se puede obtener un rango estimado relacionado con ciertos criterios, como la pérdida de trayectoria en diversos entornos.
Al aire libre, en un espacio abierto, puede obtener un alcance de hasta unos pocos cientos de metros. Dentro de los edificios, obstáculos como muros de hormigón, objetos metalicos, e incluso el ruido limitará el rango de transmisión de la señal de radio.. En uso normal, 70 metros es una estimación confiable del alcance alcanzable entre dos dispositivos BLE en interiores.
Idealmente, una señal BLE viaja en línea recta desde la antena de la baliza BLE a través de la atmósfera hasta los receptores inteligentes. sin embargo, cuando hay una obstrucción entre la baliza BLE y el extremo receptor (entorno NLOS), La señal BLE se bloqueará durante la transmisión., lo que lleva a diversos grados de atenuación según el tipo de obstrucción. Esta atenuación es mucho más fuerte que la provocada por la atmósfera., afectando así aún más el rango de transmisión efectivo de los dispositivos BLE.
Factores regulatorios y de cumplimiento.
El alcance de Bluetooth no se trata solo de especificaciones técnicas – Las regulaciones y el cumplimiento también lo moldean.. Autoridades como la FCC en EE. UU. y ETSI en Europa establecen límites sobre la intensidad de las señales Bluetooth y qué frecuencias pueden utilizar.. Esto significa que las empresas que fabrican dispositivos Bluetooth deben cumplir con estas reglas, lo que a su vez puede afectar el alcance práctico de los dispositivos.. Su objetivo es operar sin interferencias con otras tecnologías inalámbricas y coexistir con otros usuarios en el espectro radioeléctrico..
4 Métodos para optimizar el alcance de Bluetooth en IoT
Ahora que hemos cubierto los factores que influyen en el alcance de BLE, veamos algunas estrategias para optimizar sus implementaciones de IoT:
Amplificando la señal
Una forma directa de ampliar el alcance de Bluetooth es aumentando la potencia de transmisión. sin embargo, Este enfoque puede reducir significativamente la vida útil de la batería y debe equilibrarse con los límites regulatorios regionales., con los estados unidos. permitiendo hasta +20 dBm y la UE. solamente +10 dBm. A pesar de estos desafíos, Aumentar la potencia del transmisor suele ser más eficiente que otros métodos., ofreciendo una mejor latencia, rendimiento, y configuraciones más simples, especialmente en entornos industriales, donde un aumento de 3 dB puede duplicar efectivamente el rango.
Uso de largo alcance en Bluetooth 5
Bluetooth 5 introdujo LE Long Range/CODED PHY para ampliar el alcance sin aumentar la potencia mediante el empleo de la corrección de errores hacia adelante (FEC), que repite paquetes 2 o 8 tiempos para mejorar la confiabilidad de los mensajes a distancia. Esto puede mejorar el alcance hasta 4 veces, aunque reduce el rendimiento y aumenta el consumo de energía. Es análogo a repetir palabras para una audiencia distante en lugar de gritar más fuerte..
Los esquemas de codificación S2 y S8 ofrecen velocidades de datos de 500 kbps y 125 kbps.. Para que esta técnica sea efectiva, ambos dispositivos BLE que se comunican deben admitir PHY CODIFICADA; de otra manera, los beneficios pueden no realizarse.
Aprovechando un repetidor
La introducción de repetidores puede ampliar el alcance de Bluetooth al captar y retransmitir mensajes. Esto funciona mejor en redes de dispositivos estacionarios., donde se puede optimizar la ubicación del repetidor. sin embargo, este enfoque puede ser costoso y complejo, Requiere hardware adicional, poder, e instalación, e introduce preocupaciones de seguridad ya que todos los dispositivos deben confiar en el repetidor. La gestión de repetidores implica una cuidadosa colocación y configuración., y es posible que necesiten reaprovisionarse si se reemplazan.
Utilizando la red Bluetooth Mesh
Malla Bluetooth Las redes amplían significativamente la cobertura aprovechando todos los nodos de una red.. En esta configuración, Cada dispositivo en la red actúa como un punto de retransmisión.. Reciben paquetes de datos, determinar si es el destinatario previsto, y si no, reenviarlos a dispositivos cercanos. Los nodos que funcionan con baterías pueden ahorrar energía a través de la función de nodo de bajo consumo y “amigo” modo, lo que les permite dormir más y registrarse de forma intermitente. Esto es ideal para áreas grandes o edificios donde múltiples anclajes y puertas de enlace distribuidos conectan dispositivos Bluetooth y servidores en la nube.. La tecnología de malla BLE multipunto a multipunto ha mejorado sustancialmente las capacidades de red de Bluetooth., ofreciendo alta confiabilidad y prevención efectiva de puntos únicos de falla.
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