Каковы факторы, влияющие на радиус действия Bluetooth в IoT?

Bluetooth Low Energy (СТАЛИ) сейчас широко обсуждается в мире IoT. Можно с уверенностью предположить, что большинство из нас хорошо понимают, что такое Bluetooth и как он практически работает.. Как и все беспроводные технологии, BLE лучше подходит для определенных приложений, чем для других.. Но что именно определяет, как далеко могут простираться эти невидимые нити связи?? Если вы планируете использовать Bluetooth или BLE в IoT, вот список основных факторов, влияющих на радиус действия Bluetooth, а также некоторые способы его расширения..

Какой диапазон Bluetooth

Прежде чем обсуждать факторы, было бы полезно определить, что мы подразумеваем под “диапазон” в технологии Bluetooth. Диапазон Bluetooth — это максимальное расстояние, на котором два устройства с поддержкой Bluetooth могут надежно обмениваться данными.. Это часто означает, насколько далеко ваши Bluetooth-наушники могут находиться от телефона или насколько разбросаны ваши Bluetooth-датчики от шлюза в мире Интернета вещей..

Bluetooth SIG сообщает, что диапазон Bluetooth:

От более километра до менее метра.

То есть, практический, надежный диапазон между устройствами Bluetooth составляет от одного километра до менее метра.

Почему радиус действия Bluetooth мал

Малый радиус действия Bluetooth не является ошибкой, это особенность. Он использует 2.4 Диапазон ГГц с низкой мощностью передачи для экономии заряда батареи. Это ограничивает его диапазон по конструкции.. Bluetooth предназначен для личных сетей., подключение устройств рядом с вами. Технология использует расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты. (ФХСС), это круто, но также ограничивает диапазон.

При рассмотрении характеристик радиосети, такой как Bluetooth, играют роль три ключевых фактора:

• Ассортимент
• Скорость передачи данных
• Потребляемая мощность

тем не мение, сложно расставить приоритеты для всех трех, поскольку законы физики накладывают четкие ограничения.. Например, в то время как Bluetooth может обеспечить высокую скорость передачи данных, это часто сопровождается повышенным энергопотреблением и уменьшением дальности действия..

В первую очередь мы имеем дело с двумя типами Bluetooth: Bluetooth Classic и Bluetooth с низким энергопотреблением (СТАЛИ). Bluetooth Classic передает данные во всех направлениях с довольно высокой скоростью.. Обычно он имеет радиус действия около 10 м., в то время как BLE может достигать расстояния до 100 м за счет передачи короткими пакетами с более высокой мощностью, но с более низкой скоростью передачи данных..

Bluetooth 5 и режим дальнего действия

В 2016, Bluetooth 5.0 был открыт, опираясь на версию 4.2 но удваивает скорость передачи. Новая версия лучше подходит для позиционирования внутри помещений и связи IoT.. LE Coded PHY — это режим Bluetooth с большой дальностью действия, который был представлен в Bluetooth. 5.0. По сути, он расширяет диапазон обычных устройств BLE с 30-100 футов до километра.

Режим Bluetooth® Long Range увеличивает дальность действия без увеличения выходной мощности., с использованием “Кодированный PHY” с кодами прямого исправления ошибок (FEC). Это компромисс со скоростью передачи данных, сокращая его до 500 кбит/с или 125 кбит.

PHY с кодировкой LE предлагает две скорости передачи данных.:

• С2: Каждый бит использует два символа, снижение скорости передачи данных вдвое до 500 кбит/с (половина 1 млн.). Дальность увеличена вдвое по сравнению с LE 1M PHY..
• S8: Каждый бит использует восемь символов, снижение скорости передачи данных до 125 кбит/с (1М разделить на 8). Дальность увеличена в четыре раза по сравнению с LE 1M PHY..

Использование кодированного PHY позволяет достичь 1 дальность действия км в холмистой местности и несколько сотен метров в многоквартирных домах..

Ключевые факторы, влияющие на дальность действия Bluetooth в IoT

Радиус действия сети Bluetooth определяется не одним фактором, а скорее совокупностью нескольких факторов.. К ним относятся технические факторы, Аппаратные устройства BLE, среда передачи сигнала, согласие, и так далее, которые фактически определяют базовую способность сети Bluetooth передавать данные на определенные расстояния..

Технический жактеры

• Мощность передатчика

Мощность передачи, пожалуй, самый простой фактор, влияющий на дальность действия.. Проще говоря, тем выше мощность передачи, чем дальше может распространяться сигнал Bluetooth. тем не мение, это не так просто, как выставить мощность передачи на максимум.

В приложениях Интернета вещей, особенно те, которые используют устройства BLE с батарейным питанием, энергопотребление является критической проблемой. Более высокая мощность передачи часто означает более быстрый разряд батареи.

• Чувствительность приемника

Хотя мощности передачи уделяется много внимания, чувствительность приемника не менее важна. Более чувствительный приемник может улавливать более слабые сигналы Bluetooth., эффективно увеличивает дальность действия без дополнительного энергопотребления. Достижения в конструкции чипов за последние годы значительно улучшили чувствительность приемников..

• Конструкция и размещение антенны

Конструкция антенны играет решающую роль в радиусе действия Bluetooth. Тип, размер, и ориентация антенны могут существенно повлиять на мощность и направленность сигнала.. В компактных устройствах Bluetooth IoT, ограниченное пространство часто ограничивает возможности антенны. Обычно, конструкция внешней антенны может дать лучшие результаты по дальности. Наш новый USB-шлюз MKGW7 является отличным примером.

• Версии и функции Bluetooth

В версия Bluetooth используемый в ваших устройствах IoT, может существенно повлиять на дальность действия. Bluetooth 5.0, введено в 2016, внесли значительные улучшения в возможности дальности.

Функция дальнего действия Bluetooth 5.0, который использует закодированный PHY, может увеличить дальность действия в четыре раза по сравнению с предыдущими версиями. тем не мение, это происходит за счет снижения скорости передачи данных. Для многих приложений Интернета вещей, этот компромисс того стоит.

Относящийся к окружающей среде жактеры

Среда, в которой работают ваши устройства BLE, оказывает огромное влияние на диапазон Bluetooth.. Они будут вести себя по-разному в зависимости от среды, в которой они используются., с улицы, промышленные, и офис домой. Bluetooth SIG предлагает Калькулятор предполагаемой дальности с помощью которого можно получить приблизительную дальность действия, связанную с определенными критериями, такими как потери на трассе в различных средах..

на открытом воздухе, на открытом пространстве, вы можете получить дальность действия до нескольких сотен метров. Внутри зданий, препятствия, такие как бетонные стены, металлические предметы, и даже шум ограничит дальность передачи радиосигнала. При обычном использовании, 70 метров — это надежная оценка достижимого расстояния между двумя устройствами BLE в помещении..

Идеально, Сигнал BLE проходит по прямой линии от антенны маяка BLE через атмосферу к интеллектуальным приемникам.. тем не мение, когда существует препятствие между маяком BLE и принимающей стороной (NLOS-среда), сигнал BLE будет заблокирован во время передачи, что приводит к разной степени ослабления в зависимости от типа обструкции. Это затухание намного сильнее, чем вызванное атмосферой., тем самым дополнительно влияя на эффективную дальность передачи устройств BLE..

Факторы регулирования и соответствия

Радиус действия Bluetooth — это не только технические характеристики – нормативные акты и соблюдение требований также формируют его. Такие органы, как FCC в США и ETSI в Европе, устанавливают ограничения на то, насколько сильными могут быть сигналы Bluetooth и какие частоты они могут использовать.. Это означает, что компании, производящие устройства Bluetooth, должны соблюдать эти правила, что, в свою очередь, может повлиять на практический диапазон устройств.. Он предназначен для работы без помех другим беспроводным технологиям и сосуществования с другими пользователями в радиоспектре..

4 методы оптимизации диапазона Bluetooth в IoT

Теперь, когда мы рассмотрели факторы, влияющие на диапазон BLE., давайте рассмотрим некоторые стратегии оптимизации развертывания Интернета вещей.:

Усиление сигнала

Прямой способ расширить радиус действия Bluetooth — увеличить мощность передачи.. тем не мение, этот подход может значительно сократить срок службы батареи и должен быть сбалансирован с региональными нормативными ограничениями., с США. позволяя до +20 дБм и ЕС. Только +10 дБм. Несмотря на эти проблемы, увеличение мощности передатчика часто более эффективно, чем другие методы, предлагая лучшую задержку, пропускная способность, и более простые настройки, особенно в промышленных условиях, где увеличение на 3 дБ может эффективно удвоить диапазон.

Использование дальнего действия в Bluetooth 5

Bluetooth 5 представила LE Long Range/CODED PHY для увеличения дальности без увеличения мощности за счет использования прямой коррекции ошибок. (FEC), который повторяет пакеты 2 или 8 раз для повышения надежности сообщений на расстоянии. Это может увеличить дальность действия до 4 раз, хотя это снижает пропускную способность и увеличивает энергопотребление. Это похоже на повторение слов для отдаленной аудитории вместо того, чтобы кричать громче..

Схемы кодирования S2 и S8 обеспечивают скорость передачи данных 500 кбит/с и 125 кбит/с.. Чтобы эта техника была эффективной, оба взаимодействующих устройства BLE должны поддерживать CODED PHY.; в противном случае, выгода может быть не реализована.

Использование повторителя

Внедрение ретрансляторов может расширить диапазон Bluetooth за счет приема и повторной передачи сообщений.. Лучше всего это работает в сетях стационарных устройств., где размещение репитера может быть оптимизировано. тем не мение, этот подход может быть дорогостоящим и сложным, требуется дополнительное оборудование, мощность, и установка, и создает проблемы безопасности, поскольку все устройства должны доверять ретранслятору. Управление репитерами предполагает тщательное размещение и настройку., и им может потребоваться повторная подготовка в случае замены.

Использование сети Bluetooth Mesh

Сеть Bluetooth сети значительно расширяют зону покрытия за счет использования всех узлов сети.. В этой конфигурации, каждое устройство в сети действует как точка ретрансляции. Они получают пакеты данных, определить, являются ли они предполагаемым получателем, а если нет, пересылать их на ближайшие устройства. Узлы с батарейным питанием могут экономить энергию благодаря функции узла низкого энергопотребления и “друг” Режим, что позволяет им спать дольше и проверять время от времени. Это идеально подходит для больших площадей или зданий, где несколько распределенных якорей и шлюзов соединяют устройства Bluetooth и облачные серверы.. Технология многоточечной связи BLE существенно расширила сетевые возможности Bluetooth., предлагая высокую надежность и эффективное предотвращение единых точек отказа.

Для получения подробной информации и рекомендаций по интеграции линейки BLE-тегов MOKO., якоря, и шлюзы к индивидуальным Mesh-решениям BLE, мы рекомендуем вам поговорить с нашими экспертами по Bluetooth.

Как работает МОКО»s Bluetooth-устройства выполняют

Оптимизация диапазона Bluetooth – это не просто расширение диапазона, а создание более умных, более эффективные сети Интернета вещей, которые приносят реальную пользу. Независимо от того, отслеживаете ли вы активы в большом склад, создание адаптивной системы умного дома, или мониторинг температурного режима в холодовой цепи, выбор надежных устройств BLE — ключ к вашему успеху.

MOKO SMART предлагает передовые и надежные устройства Bluetooth, которые сделают возможными проекты Интернета вещей.. Из нашего широкого ассортимента BLE маяки к нашим эффективным шлюзам и интеллектуальным датчикам, у нас есть полная цепочка продуктов BLE для удовлетворения ваших потребностей.