Bluetooth Low Energy (PASSOU A SER) é amplamente discutido no mundo IoT agora. É seguro presumir que a maioria de nós tem uma boa compreensão do que é o Bluetooth e como ele funciona na prática.. Como todas as tecnologias sem fio, BLE é mais adequado para certas aplicações do que outras. Mas o que exatamente determina até onde esses fios invisíveis de conectividade podem se estender?? Se você está pensando em usar Bluetooth ou BLE na IoT, aqui está uma lista dos principais fatores que influenciam o alcance do Bluetooth, juntamente com alguns métodos para estendê-lo.
O que é o alcance do Bluetooth
Antes de discutir os fatores, seria útil definir o que queremos dizer com “alcance” na tecnologia Bluetooth. O alcance do Bluetooth é a distância máxima na qual dois dispositivos habilitados para Bluetooth podem trocar dados de maneira confiável. Isso geralmente se traduz em quão longe seus fones de ouvido Bluetooth podem estar de um telefone ou como espalhar seus sensores Bluetooth de um gateway no mundo IoT.
O Bluetooth SIG diz que o alcance do Bluetooth é:
De mais de um quilômetro a menos de um metro.
Isso é, o prático, o alcance confiável entre dispositivos Bluetooth é de mais de um quilômetro até menos de um metro.
Por que o alcance do Bluetooth é curto
O curto alcance do Bluetooth não é um bug, é um recurso. Ele usa o 2.4 Banda GHz com baixa potência de transmissão para economizar bateria. Isso limita seu alcance por design. Bluetooth é destinado a redes de área pessoal, conectando dispositivos ao seu redor. A tecnologia usa espectro espalhado por salto de frequência (FHSS), o que é legal, mas também limita o alcance.
Ao considerar as características de uma rede baseada em rádio como Bluetooth, três fatores principais entram em jogo:
- Alcance
- Velocidade de transferência de dados
- Consumo de energia
Contudo, é um desafio priorizar todos os três porque as leis da física impõem limitações claras. Por exemplo, enquanto o Bluetooth pode atingir altas velocidades de transferência de dados, isso geralmente vem com maior consumo de energia e um alcance reduzido.
Lidamos principalmente com dois tipos de Bluetooth: Bluetooth clássico e Bluetooth de baixa energia (PASSOU A SER). O Bluetooth Classic transmite em todas as direções a uma taxa de dados bastante alta. Normalmente tem cerca de 10m de alcance, enquanto o BLE pode atingir até 100 m transmitindo em rajadas curtas com maior potência, mas taxas de dados mais baixas.
Bluetooth 5 e modo de longo alcance
No 2016, Bluetooth 5.0 foi revelado, construindo na versão 4.2 mas dobrando sua velocidade de transmissão. A nova versão é mais adequada para posicionamento interno e comunicações IoT. LE Coded PHY é o modo de longo alcance do Bluetooth que foi introduzido no Bluetooth 5.0. Basicamente, amplia a gama de dispositivos BLE regulares de 30-100 pés a até um quilômetro.
O modo Bluetooth® Long Range aumenta o alcance sem aumentar a potência de saída, usando “PHY codificado” com códigos de correção de erros de encaminhamento (FEC). Isso compensa com a taxa de dados, reduzindo-o a 500 kbps ou 125 kbps.
O LE Coded PHY oferece duas taxas de dados:
- S2: Cada bit usa dois símbolos, reduzindo pela metade a taxa de dados para 500 kbps (metade de 1 milhão). O alcance dobra em comparação com LE 1M PHY.
- S8: Cada bit usa oito símbolos, reduzindo a taxa de dados para 125 kbps (1M dividido por 8). Alcance quadruplica em comparação com LE 1M PHY.
O uso de PHY codificado pode alcançar até 1 Alcance de km em terrenos montanhosos e várias centenas de metros em prédios de apartamentos.
| Bluetooth v2.1- v3.0 | Bluetooth LE
v4.2 |
Bluetooth 5 LE 2Mbps | Bluetooth 5 A
Longo alcance |
|
| Alcance | até 100m | até 100m | Até 50m | Até 400m |
| Max Range (Espaço Livre) | Cerca de 100m
(ao ar livre) |
Cerca de 100m
(ao ar livre) |
Cerca de 50m
(ao ar livre) |
Cerca de 1.000 m
(ao ar livre) |
Principais fatores que afetam o alcance do Bluetooth na IoT
O alcance de uma rede Bluetooth não é definido apenas por um único fator, mas sim por um total de vários fatores. Isso inclui fatores técnicos, Dispositivos de hardware BLE, ambiente de transmissão de sinal, conformidade, e assim por diante, que definem na realidade a capacidade básica de uma rede Bluetooth para transmitir dados através de certas distâncias.
Técnico fatores
- Potência do transmissor
A potência de transmissão é talvez o fator mais direto que afeta o alcance. Basta colocar, quanto maior a potência de transmissão, mais longe o sinal Bluetooth pode viajar. Contudo, não é tão simples quanto definir a potência de transmissão ao máximo.
Em aplicativos IoT, especialmente aqueles que usam dispositivos BLE alimentados por bateria, o consumo de energia é uma preocupação crítica. Maior potência de transmissão geralmente significa consumo mais rápido da bateria.
- Sensibilidade do receptor
Embora a potência de transmissão receba muita atenção, a sensibilidade do receptor é igualmente importante. Um receptor mais sensível pode captar sinais Bluetooth mais fracos, aumentando efetivamente o alcance sem consumo adicional de energia. Os avanços no design do chip melhoraram significativamente a sensibilidade do receptor nos últimos anos.
- Projeto e posicionamento da antena
O design da antena desempenha um papel crucial no alcance do Bluetooth. O tipo, Tamanho, e a orientação da antena podem afetar significativamente a intensidade e a direcionalidade do sinal. Em dispositivos Bluetooth IoT compactos, restrições de espaço geralmente limitam as opções de antena. Geralmente, o design da antena externa pode ter melhores resultados de alcance. Nosso novo gateway USB MKGW7 é um excelente exemplo.
- Versões e recursos do Bluetooth
o versão do Bluetooth usado em seus dispositivos IoT pode impactar significativamente o alcance. Bluetooth 5.0, introduzido em 2016, trouxe grandes melhorias nas capacidades de alcance.
Recurso de longo alcance do Bluetooth 5.0, que usa PHY codificado, pode quadruplicar o alcance em comparação com versões anteriores. Contudo, isso ocorre ao custo de uma taxa de dados reduzida. Para muitas aplicações IoT, essa troca vale a pena.
Ambiental fatores
O ambiente em que seus dispositivos BLE operam tem um impacto enorme no alcance do Bluetooth. Eles se comportarão de maneira diferente dependendo dos ambientes em que são usados, do exterior, industrial, e escritório para casa. O Bluetooth SIG oferece uma calculadora de alcance estimado através do qual se pode obter um intervalo estimado relacionado a certos critérios, como perda de caminho em vários ambientes.
Ao ar livre, em um espaço aberto, você pode obter um alcance de até algumas centenas de metros. Dentro de edifícios, obstáculos como paredes de concreto, objetos metálicos, e até mesmo o ruído limitará o alcance de transmissão do sinal de rádio. Em uso normal, 70 metros é uma estimativa confiável do alcance alcançável entre dois dispositivos BLE em ambientes internos.
Idealmente, um sinal BLE viaja em linha reta da antena do farol BLE através da atmosfera até os receptores inteligentes. Contudo, quando há uma obstrução entre o farol BLE e a extremidade receptora (Ambiente NLOS), o sinal BLE será bloqueado durante a transmissão, levando a vários graus de atenuação dependendo do tipo de obstrução. Esta atenuação é muito mais forte do que a causada pela atmosfera, afetando assim ainda mais o alcance de transmissão efetivo de dispositivos BLE.
Fatores regulatórios e de conformidade
O alcance do Bluetooth não envolve apenas especificações técnicas – regulamentos e conformidade também o moldam. Autoridades como a FCC nos EUA e o ETSI na Europa estabelecem limites sobre a intensidade dos sinais Bluetooth e quais frequências podem usar. Isto significa que as empresas que fabricam dispositivos Bluetooth têm de cumprir estas regras que, por sua vez, podem afetar o alcance prático dos dispositivos.. Destina-se a operar sem interferência com outras tecnologias sem fio e coexistir com outros usuários no espectro de rádio.
4 métodos para otimizar o alcance do Bluetooth na IoT
Agora que cobrimos os fatores que influenciam o alcance do BLE, vejamos algumas estratégias para otimizar suas implantações de IoT:
Amplificando o Sinal
Uma maneira direta de estender o alcance do Bluetooth é aumentar a potência de transmissão. Contudo, esta abordagem pode reduzir significativamente a vida útil da bateria e deve ser equilibrada com os limites regulamentares regionais, com os EUA. permitindo até +20 dBm e a UE. só +10 dBm. Apesar desses desafios, aumentar a potência do transmissor costuma ser mais eficiente do que outros métodos, oferecendo melhor latência, Taxa de transferência, e configurações mais simples, especialmente em ambientes industriais, onde um aumento de 3dB pode efetivamente dobrar o alcance.
Usando Longo Alcance em Bluetooth 5
Bluetooth 5 introduziu LE Long Range/CODED PHY para estender o alcance sem aumentar a potência, empregando correção de erros direta (FEC), que repete pacotes 2 ou 8 vezes para melhorar a confiabilidade das mensagens em distâncias. Isto pode aumentar o alcance em até 4 vezes, embora reduza o rendimento e aumente o consumo de energia. É análogo a repetir palavras para um público distante em vez de gritar mais alto.
Os esquemas de codificação S2 e S8 oferecem taxas de dados de 500kbps e 125kbps. Para que esta técnica seja eficaz, ambos os dispositivos BLE de comunicação devem suportar CODED PHY; de outra forma, os benefícios podem não ser realizados.
Aproveitando um repetidor
A introdução de repetidores pode ampliar o alcance do Bluetooth, captando e retransmitindo mensagens. Isso funciona melhor em redes de dispositivos estacionários, onde o posicionamento do repetidor pode ser otimizado. Contudo, esta abordagem pode ser cara e complexa, exigindo hardware adicional, poder, e instalação, e introduz preocupações de segurança, pois todos os dispositivos devem confiar no repetidor. O gerenciamento de repetidores envolve posicionamento e configuração cuidadosos, e eles podem precisar de reprovisionamento se substituídos.
Utilizando rede Bluetooth Mesh
Bluetooth Mesh as redes ampliam significativamente a cobertura, aproveitando todos os nós de uma rede. Nesta configuração, cada dispositivo na rede atua como um ponto de retransmissão. Eles recebem pacotes de dados, determinar se eles são o destinatário pretendido, e se não, encaminhá-los para dispositivos próximos. Os nós alimentados por bateria podem economizar energia por meio do recurso Low Power Node e “amigo” modo, o que lhes permite dormir mais e fazer check-in de forma intermitente. Isto é ideal para grandes áreas ou edifícios onde múltiplas âncoras e gateways distribuídos conectam dispositivos Bluetooth e servidores em nuvem. A tecnologia mesh BLE multiponto a multiponto melhorou substancialmente as capacidades de rede do Bluetooth, oferecendo alta confiabilidade e prevenção eficaz de pontos únicos de falha.
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Como funciona o MOKO's Os dispositivos Bluetooth funcionam
Otimizar o alcance do Bluetooth não é apenas ir mais longe – trata-se de criar dispositivos mais inteligentes, redes IoT mais eficientes que agregam valor real. Esteja você rastreando ativos em um grande armazém, criando um sistema doméstico inteligente responsivo, ou monitorar as condições de temperatura em uma cadeia de frio, escolher dispositivos BLE confiáveis é a chave para o seu sucesso.
MOKO SMART dedica-se a oferecer dispositivos Bluetooth avançados e confiáveis que tornarão possíveis projetos de IoT. Da nossa ampla gama de Balizas BLE aos nossos gateways eficientes e sensores inteligentes, temos uma cadeia completa de produtos BLE para atender às suas necessidades.
