影响物联网蓝牙范围的因素有哪些

低功耗蓝牙 (博美) 目前在物联网领域被广泛讨论. 可以肯定的是，我们大多数人都很好地掌握了蓝牙是什么以及它的实际工作原理. 与所有无线技术一样, BLE 比其他应用更适合某些应用. 但究竟是什么决定了这些看不见的连接线可以延伸多远? 如果您正在考虑在 IoT 中使用蓝牙或 BLE, 以下列出了影响蓝牙范围的主要因素以及扩展蓝牙范围的一些方法.

蓝牙范围是多少

在讨论因素之前, 定义我们的意思是很有用的 “范围” 在蓝牙技术方面. 蓝牙范围是两个支持蓝牙的设备可以可靠地交换数据的最大距离. 这通常意味着您的蓝牙耳机距离手机有多远，或者蓝牙传感器与物联网世界中的网关的分布范围.

蓝牙 SIG 表示蓝牙范围是:

从一公里多到一米以内.

那是, 实用的, 蓝牙设备之间的可靠范围从一公里到不到一米.

为什么蓝牙范围短

蓝牙的短距离并不是一个缺陷, 这是一个功能. 它使用 2.4 GHz 频段低传输功率以节省电池. 这在设计上限制了它的范围. 蓝牙适用于个人区域网络, 连接您周围的设备. 该技术使用跳频扩频 (高速高速钢), 这很酷，但也限制了范围.

考虑蓝牙等基于无线电的网络的特性时, 三个关键因素发挥作用:

• 范围
• 数据传输速度
• 能量消耗

然而, 由于物理定律有明显的限制，因此很难优先考虑这三个因素. 例如, 而蓝牙可以实现高数据传输速度, 这通常会导致功耗增加和范围缩小.

我们主要处理两种类型的蓝牙: 经典蓝牙和低功耗蓝牙 (博美). 经典蓝牙以相当高的数据速率向各个方向传输. 它的范围通常约为 10m, 而 BLE 可以通过以较高功率但较低数据速率进行短突发传输来达到 100m.

蓝牙 5 和远程模式

在 2016, 蓝牙 5.0 被揭幕, 建立在版本之上 4.2 但传输速度加倍. 新版本更适合室内定位和物联网通信. LE Coded PHY 是蓝牙中引入的远程模式 5.0. 它基本上扩展了常规 BLE 设备的范围 30-100 英尺到一公里.

蓝牙®长距离模式可在不提高输出功率的情况下增加覆盖范围, 使用 “编码物理层” 具有前向纠错码 (前向纠错). 这与数据速率进行权衡, 将其减少到 500 kbps 或 125 千比特每秒.

LE 编码 PHY 提供两种数据速率:

• S2: 每个位使用两个符号, 将数据速率减半至 500kbps (1M的一半). 与 LE 1M PHY 相比，范围增加了一倍.
• S8: 每个比特使用八个符号, 将数据速率降低至 125kbps (1M 除以 8). 与 LE 1M PHY 相比，范围增加了四倍.

使用编码 PHY 可以实现高达 1 丘陵地带可达数公里，公寓楼可达数百米.

影响物联网蓝牙范围的关键因素

蓝牙网络的范围不仅仅是由单个因素定义的，而是由多个因素共同决定的. 其中包括技术因素, BLE 硬件设备, 信号传输环境, 遵守, 等等, 它实际上定义了蓝牙网络在一定距离内传输数据的基本能力.

技术的 F演员

• 发射机功率

发射功率可能是影响范围的最直接因素. 简单的说, 发射功率越高, 蓝牙信号传输的距离越远. 然而, 这并不像将发射功率设置为最大那么简单.

在物联网应用中, 特别是那些使用电池供电的 BLE 设备的设备, 功耗是一个关键问题. 更高的发射功率通常意味着更快的电池消耗.

• 接收灵敏度

虽然发射功率受到广泛关注, 接收器灵敏度同样重要. 更灵敏的接收器可以接收较弱的蓝牙信号, 有效增加射程且无需额外功耗. 近年来，芯片设计的进步显着提高了接收器灵敏度.

• 天线设计和放置

天线设计在蓝牙范围内起着至关重要的作用. 类型, 尺寸, 天线的方向和方向会显着影响信号强度和方向性. 在紧凑型蓝牙物联网设备中, 空间限制通常会限制天线的选择. 通常, 外置天线设计可以有更好的范围效果. 我们新推出的 MKGW7 USB 网关就是一个很好的例子.

• 蓝牙版本和功能

的 蓝牙版本 在物联网设备中使用会显着影响范围. 蓝牙 5.0, 引入于 2016, 航程能力有了重大改进.

蓝牙 5.0 的长距离功能, 使用编码 PHY, 与以前的版本相比，范围可以增加四倍. 然而, 这是以降低数据速率为代价的. 对于许多物联网应用, 这种权衡是非常值得的.

环境的 F演员

BLE 设备的运行环境对蓝牙范围有巨大影响. 根据使用环境的不同，它们的行为也会有所不同, 从室外, 产业, 以及从办公室到家. 蓝牙 SIG 提供了 估计范围计算器 通过它可以获得与某些标准相关的估计范围，例如各种环境中的路径损耗.

户外活动, 在一个空旷的地方, 您可以获得长达数百米的范围. 建筑物内部, 混凝土墙等障碍物, 金属物体, 甚至噪音也会限制无线电信号的传输范围. 正常使用时, 70 米是对室内两个 BLE 设备之间可达到的范围的可靠估计.

理想地, BLE 信号从 BLE 信标天线穿过大气层直线传播到智能接收器. 然而, 当BLE信标和接收端之间有障碍物时 (非视距环境), BLE信号在传输过程中会被阻塞, 根据障碍物的类型导致不同程度的衰减. 这种衰减比大气引起的衰减要强得多, 从而进一步影响BLE设备的有效传输范围.

监管和合规因素

蓝牙范围不仅仅与技术规格有关 – 法规和合规性也塑造了它. 美国 FCC 和欧洲 ETSI 等机构对蓝牙信号的强度以及可以使用的频率设置了限制. 这意味着制造蓝牙设备的公司必须遵守这些规则，这反过来又会影响设备的实际范围. 它的目的是在不干扰其他无线技术的情况下运行，并与无线电频谱中的其他用户共存.

4 优化物联网蓝牙范围的方法

现在我们已经介绍了影响 BLE 范围的因素, 让我们看看一些优化物联网部署的策略:

放大信号

扩大蓝牙范围的直接方法是增加发射功率. 然而, 这种方法会显着缩短电池寿命，并且必须与区域监管限制相平衡, 与美国. 允许最多 +20 dBm 和欧盟. 只要 +10 分贝. 尽管面临这些挑战, 提高发射机功率通常比其他方法更有效, 提供更好的延迟, 通量, 和更简单的设置, 特别是在工业环境中, 增加 3dB 可以有效地将范围加倍.

在蓝牙中使用远距离 5

蓝牙 5 推出 LE 长距离/编码 PHY，通过采用前向纠错来扩展范围，而无需提高功率 (前向纠错), 重复数据包 2 要么 8 提高远距离消息可靠性的时间. 这可以将范围扩大多达 4 次, 尽管它降低了吞吐量并增加了功耗. 这类似于对远处的观众重复单词而不是大声喊叫.

S2 和 S8 编码方案提供 500kbps 和 125kbps 的数据速率. 为了使这项技术有效, 两个通信 BLE 设备必须支持 CODED PHY; 除此以外, 带来的好处可能无法实现.

利用中继器

引入中继器可以通过拾取和重新传输消息来扩展蓝牙范围. 这在固定设备网络中效果最佳, 可以优化中继器放置的位置. 然而, 这种方法可能成本高昂且复杂, 需要额外的硬件, 功率, 和安装, 并引入安全问题，因为所有设备都必须信任中继器. 管理中继器涉及仔细的放置和配置, 如果更换，它们可能需要重新配置.

利用蓝牙网状网络

蓝牙网状 网络通过利用网络中的所有节点显着扩大覆盖范围. 在此配置中, 网络中的每个设备充当中继点. 他们接收数据包, 确定他们是否是预期的收件人, 如果没有, 将它们转发到附近的设备. 电池供电的节点可以通过低功耗节点功能节省能源， “朋友” 模式, 这让他们可以睡得更久并间歇性地签到. 这非常适合多个分布式锚点和网关连接蓝牙设备和云服务器的大区域或建筑物. 多点对多点BLE mesh技术大幅增强了蓝牙的组网能力, 提供高可靠性并有效防止单点故障.

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MOKO如何’s 蓝牙设备执行

优化蓝牙范围不仅仅是为了达到更远的距离，而是为了创造更智能的产品, 更高效的物联网网络可提供真正的价值. 无论您是在追踪大型资产 仓库, 创建响应式智能家居系统, 或监控冷链中的温度条件, 选择可靠的 BLE 设备是您成功的关键.

MOKO SMART 致力于提供先进、可靠的蓝牙设备，使物联网项目成为可能. 从我们广泛的 BLE信标 我们高效的网关和智能传感器, 我们拥有完整的BLE产品链来满足您的需求.