IoT における Bluetooth の通信範囲に影響を与える要因は何ですか

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Bluetooth低エネルギー (なりました) 現在IoTの世界で広く議論されています. 私たちのほとんどは、Bluetooth とは何か、そしてそれが実際にどのように機能するかをよく理解していると考えて間違いありません。. すべての無線テクノロジーと同様に, BLE は特定のアプリケーションに他のアプリケーションよりも適しています. しかし、これらの目に見えない接続の糸がどこまで伸びるかを正確に決定するものは何ですか? IoT で Bluetooth または BLE の使用を検討している場合, ここでは、Bluetooth の範囲に影響を与える主な要因と、それを拡張するためのいくつかの方法のリストを示します。.

Bluetoothの通信範囲とは

要因について説明する前に, が何を意味するのかを定義すると役に立つでしょう “範囲” Bluetooth技術で. Bluetooth の範囲は、2 つの Bluetooth 対応デバイスが確実にデータを交換できる最大距離です。. これは、多くの場合、IoT の世界で Bluetooth ヘッドフォンが電話機からどのくらい離れているか、または Bluetooth センサーがゲートウェイからどの程度離れているかを意味します。.

Bluetooth SIG によると、Bluetooth の通信範囲は次のとおりです。:

1キロ以上から1メートル未満まで.

あれは, 実用的な, Bluetooth デバイス間の信頼できる範囲は 1 キロメートル以上から 1 メートル未満です.

Bluetoothの通信距離が短い理由

Bluetooth の短距離はバグではありません, それは特徴です. それは、 2.4 送信電力が低いGHz帯でバッテリーを節約. これにより、設計により範囲が制限されます. Bluetooth はパーソナル エリア ネットワーク用です, あなたの周りのデバイスを接続する. この技術は周波数ホッピングスペクトル拡散を使用します (FHSS), これはクールですが、範囲が制限されます.

Bluetooth のような無線ベースのネットワークの特性を考慮する場合, 3 つの重要な要素が関係する:

  • 範囲
  • データ転送速度
  • 消費電力

しかしながら, 物理法則によって明確な制限が課されるため、3 つすべてに優先順位を付けるのは困難です. 例えば, Bluetooth は高いデータ転送速度を達成できますが、, これには多くの場合、消費電力の増加と航続距離の減少が伴います。.

主に2種類のBluetoothを取り扱っております。: Bluetooth クラシックと Bluetooth Low Energy (なりました). Bluetooth クラシックは、かなり高いデータ速度で全方向に送信します. 通常の射程距離は約10メートルです, 一方、BLE は、より高い電力で短いバーストで送信することで最大 100m まで到達できますが、データ レートは低くなります。.

ブルートゥース 5 および長距離モード

に 2016, ブルートゥース 5.0 お披露目されました, バージョンに基づいて構築する 4.2 ただし、通信速度は2倍になります. 新バージョンは屋内測位とIoT通信にさらに適しています. LE Coded PHY は、Bluetooth で導入された Bluetooth の長距離モードです。 5.0. 基本的に、通常の BLE デバイスの範囲を拡張します。 30-100 フィートから最大1キロメートルまで.

Bluetooth® ロングレンジモードでは、出力電力を上げずに通信範囲を拡大します。, 使用して “コード化された PHY” 前方誤り訂正符号を使用した場合 (FEC). これはデータ速度とトレードオフになります, に減らす 500 kbps または 125 kbps.

LE コード化 PHY は 2 つのデータ レートを提供します:

  • S2: 各ビットは 2 つのシンボルを使用します, データレートを半分の500kbpsに (1Mの半分). LE 1M PHYと比較して範囲が2倍.
  • S8: 各ビットは 8 つのシンボルを使用します, データレートを 125kbps に下げる (1M 割る 8). LE 1M PHYと比較して4倍の範囲.

コード化された PHY を使用すると、次のことを実現できます。 1 丘陵地ではキロメートルの範囲、集合住宅では数百メートル.

Bluetooth v2.1- v3.0 Bluetooth LE

v4.2

ブルートゥース 5 THE 2Mbps ブルートゥース 5 ザ

長距離の

範囲 最大100m 最大100m 最大50m 最大400m
最大範囲 (フリースペース) 約100m

(屋外)

約100m

(屋外)

約50m

(屋外)

約1,000m

(屋外)

IoT における Bluetooth 通信範囲に影響を与える主な要因

Bluetooth ネットワークの範囲は、単一の要素によってのみ定義されるのではなく、複数の要素の合計によって決まります。. これらには技術的要因が含まれます, BLE ハードウェア デバイス, 信号伝送環境, コンプライアンス, 等々, 実際には、特定の距離を越えてデータを送信する Bluetooth ネットワークの基本機能を定義します。.

テクニカル f俳優

  • 送信電力

送信電力は、おそらく通信範囲に影響を与える最も単純な要因です。. 簡単に言えば, 送信電力が高いほど, Bluetooth 信号はより遠くまで伝わります. しかしながら, 送信電力を最大に設定するほど単純ではありません.

IoTアプリケーションで, 特にバッテリー駆動の BLE デバイスを使用している場合, 消費電力は重大な懸念事項です. 送信電力が高いほど、バッテリーの消耗が早くなることがよくあります.

  • 受信感度

送信電力は大きな注目を集めていますが、, 受信機の感度も同様に重要です. より感度の高い受信機は、弱い Bluetooth 信号を拾うことができます, 追加の電力を消費せずに効果的に航続距離を延長. チップ設計の進歩により、近年受信感度が大幅に向上しました.

  • アンテナの設計と配置

アンテナの設計は Bluetooth の範囲において重要な役割を果たします. 種類, サイズ, アンテナの方向は信号強度と指向性に大きく影響する可能性があります. コンパクトなBluetooth IoTデバイスに搭載, スペースの制約により、アンテナの選択肢が制限されることがよくあります. 通常, 外部アンテナ設計により、より良い範囲結果が得られる. 当社の新製品 MKGW7 USB ゲートウェイは、その優れた例です。.

  • Bluetoothのバージョンと機能

Bluetoothのバージョン IoT デバイスで使用されると通信範囲に大きな影響を与える可能性があります. ブルートゥース 5.0, で紹介された 2016, 射程距離能力に大幅な改善をもたらした.

Bluetooth 5.0の長距離機能, コード化された PHY を使用する, 以前のバージョンと比較して範囲を 4 倍にすることができます. しかしながら, これにはデータ速度の低下が伴います. 多くのIoTアプリケーション向け, このトレードオフにはそれだけの価値がある.

環境 f俳優

BLE デバイスが動作する環境は、Bluetooth の範囲に大きな影響を与えます. 使用される環境に応じて動作が異なります, 屋外から, 産業用, オフィスから自宅まで. Bluetooth SIG は、 推定範囲計算機 これにより、さまざまな環境における経路損失などの特定の基準に関連する推定範囲を取得できます。.

屋外, オープンスペースで, 最大数百メートルの範囲を取得できます. 建物内, コンクリート壁などの障害物, 金属製の物体, ノイズさえも無線信号の送信範囲を制限します。. 通常の使用において, 70 メートルは、屋内で 2 台の BLE デバイス間の到達可能な距離の信頼できる推定値です。.

理想的には, BLE 信号は、BLE ビーコン アンテナから大気中を通ってスマート レシーバーまで直線で伝わります。. しかしながら, BLEビーコンと受信側の間に障害物がある場合 (NLOS環境), BLE 信号は送信中にブロックされます, 障害物の種類に応じて減衰の程度が異なります。. この減衰は大気による減衰よりもはるかに強いです, これにより、BLE デバイスの有効伝送距離にさらに影響が生じます。.

規制およびコンプライアンスの要因

Bluetooth の通信範囲は技術仕様だけではありません – 規制とコンプライアンスもそれを形作る. 米国の FCC や欧州の ETSI などの当局は、Bluetooth 信号の強度と使用できる周波数に制限を設けています。. つまり、Bluetooth デバイスを製造する企業はこれらの規則に従う必要があり、その結果、デバイスの実用範囲に影響を与える可能性があります。. 他の無線技術と干渉せずに動作し、無線スペクトル内で他のユーザーと共存することを目的としています。.

4 IoT で Bluetooth 通信範囲を最適化する方法

BLE 範囲に影響を与える要因については説明しました。, IoT 導入を最適化するための戦略をいくつか見てみましょう:

信号を増幅する

Bluetooth の通信範囲を拡大する直接的な方法は、送信電力を増やすことです。. しかしながら, このアプローチはバッテリー寿命を大幅に短縮する可能性があるため、地域の規制制限とのバランスをとる必要があります。, 米国と. まで許可する +20 dBm と EU. それだけ +10 dBm. こうした課題にもかかわらず, 多くの場合、送信機の出力を高めることは他の方法よりも効率的です, レイテンシの向上, スループット, より簡単なセットアップ, 特に産業環境では, 3dB 増加すると、実質的に範囲が 2 倍になります。.

Bluetooth で長距離を使用する 5

ブルートゥース 5 LE Long Range/CODED PHY を導入し、前方誤り訂正を採用することで電力を増大させることなく通信距離を延長 (FEC), パケットを繰り返す 2 または 8 距離を超えたメッセージの信頼性を向上させるのにかかる時間. これにより、射程距離を最大で強化できます 4 タイムズ, ただし、スループットが低下し、消費電力が増加します。. これは、遠くの聴衆に向かって大声で叫ぶのではなく、言葉を繰り返すことに似ています。.

S2 および S8 コーディング スキームは、500kbps および 125kbps のデータ レートを提供します。. このテクニックを効果的にするには, 通信する両方の BLE デバイスが CODED PHY をサポートする必要がある; さもないと, メリットが実現されない可能性がある.

リピーターを活用する

リピーターを導入すると、メッセージを受信して​​再送信することで Bluetooth の範囲を拡張できます. これは、固定デバイスのネットワークで最も効果的に機能します, リピーターの配置を最適化できる場所. しかしながら, このアプローチはコストがかかり、複雑になる可能性があります, 追加のハードウェアが必要な場合, パワー, とインストール, すべてのデバイスがリピーターを信頼する必要があるため、セキュリティ上の懸念が生じます。. リピーターの管理には慎重な配置と構成が必要です, 交換した場合は再プロビジョニングが必要になる場合があります.

Bluetooth メッシュ ネットワークの利用

Bluetoothメッシュ ネットワークは、ネットワーク内のすべてのノードを活用することでカバレッジを大幅に拡大します。. この構成では, ネットワーク内の各デバイスは中継点として機能します. データパケットを受信します, 意図された受信者であるかどうかを判断する, そうでない場合は, 近くのデバイスに転送する. バッテリー駆動のノードは、低電力ノード機能を通じてエネルギーを節約できます。 “友人” モード, これにより、睡眠時間が長くなり、断続的にチェックインできるようになります. これは、複数の分散アンカーとゲートウェイが Bluetooth デバイスとクラウド サーバーに接続する広いエリアや建物に最適です。. マルチポイントツーマルチポイント BLE メッシュ テクノロジーにより、Bluetooth のネットワーク機能が大幅に強化されました, 高い信頼性と単一点障害の効果的な防止を提供します。.

MOKO のさまざまな BLE タグの統合に関する詳細な情報とガイダンスについては、, アンカー, およびゲートウェイをカスタマイズされた BLE メッシュ ソリューションに統合, Bluetooth の専門家に相談することをお勧めします。.

MOKOはどうですかBluetooth デバイスのパフォーマンス

Bluetooth 通信範囲の最適化は、単に遠くまで到達することではなく、よりスマートな通信を実現することです。, 真の価値をもたらす、より効率的な IoT ネットワーク. 大規模な資産を追跡しているかどうか 倉庫, 応答性の高いスマート ホーム システムの作成, またはコールドチェーン内の温度状態の監視, 信頼できる BLE デバイスを選択することが成功の鍵です.

MOKO SMART は、IoT プロジェクトを可能にする高度で信頼性の高い Bluetooth デバイスを提供することに専念しています。. 当社の幅広いラインナップの中から、 BLEビーコン 当社の効率的なゲートウェイとスマートセンサーへ, 当社はお客様のニーズに応える完全な BLE 製品チェーンを備えています.

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YK ファン
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YK は MOKOSMART's R の経験豊富なプロダクト マネージャーです&10年以上のスマートデバイス開発経験を持つD部門. 彼は PMP と NPDP の認定を受けており、機能横断的なチームをナビゲートする方法に関する知識をさらに深めています。. データ主導の洞察を活用して、次のようなサービスの立ち上げを成功させてきました。 40 コネクテッド製品. エレクトロニクス分野のバックグラウンドを持つ & エンジニアリング, YK は、複雑な技術的価値提案を、消費者向けアプリケーションと産業用アプリケーションの両方で使いやすい IoT ソリューションに変換することに優れています。.
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