Combinatie van de kracht van Bluetooth low energy en mobiele LPWA voor grootschalige IoT-implementaties

De evolutie van Bluetooth-technologie

In het begin werd deze technologie algemeen gebruikt voor het streamen van audiogegevens en bestandsoverdracht, maar is de afgelopen 20 jaar volwassen geworden. Op dit moment zijn Bluetooth-apparaten een onmisbaar onderdeel van ons leven geworden en zijn ze te vinden in luidsprekers, koptelefoons, smartphones, smart-tv's, smartwatches, enz.

Bovendien wordt Bluetooth-technologie voortdurend verbeterd, dus het is geëvolueerd en wordt erkend als een van de belangrijkste draadloze communicatiepijlers voor het internet der dingen (IoT).

Bluetooth is een draadloze communicatietechnologie voor korte-afstands-, point-to-point- en point-to-multipoint-transmissies, die werkt in de niet-gelicentieerde industriële, wetenschappelijke en medische (ISM) aangewezen 2,4 GHz-radiofrequentieband (RF) voor gebruiksgemak.

Het werd gestandaardiseerd binnen het IEEE 802.15.1-protocol, maar handhaaft niet langer de standaarden, maar wordt ontwikkeld en beheerd door de Bluetooth Special Interests Group (SIG), een 35.000 ledengroep uit verschillende gebieden van telecommunicatie, computergebruik, netwerken en consumentenelektronica.

BLE-technologie voor het internet der dingen

Toepassingen

Om aan de marktbehoeften te voldoen, blijven draadloze technologieën permanent transformeren. Bluetooth Low Energy (BLE) is geïntroduceerd vanuit Bluetooth 4.0 en is ontworpen om te voldoen aan de IoT-gebruiksbehoeften. Vergeleken met traditionele, klassieke Bluetooth-prestaties, is BLE geoptimaliseerd voor korte gegevensoverdrachten van verschillende soorten sensoren.

Het biedt een groot bereik, lagere latentie en stroomverbruik, hogere doorvoer (tot 2 Mbps) en meer aanpasbare IP-toegang en mesh-netwerkondersteuning in vergelijking met eerdere generaties van de Bluetooth-protocollen. Op het gebied van Industrial IoT en Medical IoT vormen apparaten met een laag vermogen de ruggengraat van het systeem en BLE is het meest geschikt voor die toepassingen.

BLE-technologie is ingebed in vele soorten IoT-apparaten die van toepassing zijn op thuis, wellness, sport, gaming en automatisering, medische en industriële elektronica. Omdat achterwaartse compatibiliteit wordt geleverd met BLE, ondersteunen over het algemeen alle nieuwe apparaten die BLE ondersteunen ook de klassieke Bluetooth en vice versa.

Mesh-netwerken in BLE

Mesh-netwerkfuncties zijn buitengewoon belangrijk voor IoT-gebruiksscenario's. In tegenstelling tot de traditionele Bluetooth-topologie, waarbij alle Bluetooth-apparaten zijn aangesloten op een centrale hub of de Masternode. In BLE-netwerken maakt Mesh-topologie de onderlinge communicatie mogelijk tussen alle knooppunten - apparaten binnen het bereik.

Samen met ondersteuning voor een bijna onbeperkt aantal netwerkabonnees in een enkel BLE-netwerk, vergroot deze functie de netwerkdekking, verhoogt de robuustheid en beschermt tegelijkertijd het netwerk tegen het single point of failure.

Hoe Bluetooth en mobiele LPWAN kunnen samenwerken voor maximale voordelen

Bluetooth Low Energy-apparaten bieden verschillende voordelen voor de inzet van IoT-apparaten met een laag vermogen voor een groot aantal gebruikssituaties en toepassingen, maar de tekortkomingen, zoals het lage werkbereik en de lage gegevensdoorvoer, beperken de toepassingen dus tot alleen korteafstandsapparaten.

Om een ​​systeem van IoT-apparaten te bouwen die in staat zijn om de tekortkomingen van de afzonderlijke gebruikte communicatietechnologieën te verhelpen, is het praktischer om verschillende technologieën te combineren om elkaars nadelen te dekken en tegelijkertijd de voordelen van elk van hen toe te voegen voor een veelzijdiger eindsysteem aantal apparaten.

Mobiele IoT-connectiviteit is een van de meest populaire technologieën voor de IoT-industrie vanwege de talrijke voordelen, zoals lange afstand, hoge gegevensdoorvoer, beveiligingsfuncties, eenvoudige implementatie en meer. Het overwint de nadelen van BLE-technologie.

In een IoT-systeem waar zowel mobiele connectiviteit als BLE worden ingezet, kunnen de BLE-apparaten fungeren als het primaire communicatienetwerk waardoor apparaten met elkaar kunnen praten in een mesh-netwerktopologie, terwijl ze ook kunnen communiceren met nabijgelegen klassieke Bluetooth-apparaten zoals een Bluetooth-telefoon en verlaagt tegelijkertijd de kosten per apparaat voor hardware- en netwerkkosten.

De eindgegevensstroom kan naar internet worden verzonden met een mobiele gateway die fungeert als gateway-modem tussen de BLE-knooppunten en internet.

Een effectief gebruiksvoorbeeld van het gebruik van BLE in combinatie met mobiele LPWAN is slimme meting. In een scenario waarin meerdere slimme-meterknooppunten in een plaats worden ingezet, kan een efficiënte oplossing worden gemaakt door een mesh-netwerk te creëren tussen de verschillende slimme-meterknooppunten waarbij elk knooppunt is verbonden met BLE-technologie.

Met alle node-apparaten die zijn verbonden met het BLE mesh-netwerk, kan een gateway-apparaat met mobiele LPWAN-connectiviteit worden geplaatst als het laatste-mile-connectiviteitsapparaat dat de gegevens van het mesh-netwerk ontvangt en doorstuurt naar de cloud. In dit scenario is er slechts één apparaat nodig om actief verbinding te maken met het mobiele netwerk en te communiceren met de cloud, wat een efficiëntere netwerkinfrastructuur mogelijk maakt.

Deze technische symbiose brengt de voordelen van beide draadloze technologieën samen en biedt een modulaire, schaalbare en aanpasbare netwerkoplossing die nodig is voor IoT-connectiviteit. Het vormt een hybride kernnetwerk, ondersteund met mesh-topologieprestaties dankzij de ondersteuning van BLE-technologie en tegelijkertijd vergroot mobiele connectiviteit bovendien de beschikbare netwerkdekking en overwint het typische BLE mesh-netwerkuitdagingen zoals low-range.

Conclusie

Om de volgende generatie IoT-oplossingen mogelijk te maken, zouden bedrijven verschillende connectiviteitskeuzes moeten overwegen, zelfs hybride connectiviteit voor meer netwerkefficiëntie en lagere kosten.

Bluetooth Low Energy-technologie is een veelbelovende connectiviteitsoptie op korte afstand voor IoT-apparaten met de mogelijkheid om te werken naast connectiviteitsopties met een groot bereik en hoge doorvoer, zoals cellulaire LPWAN, die een nieuwe grens opent van slimme apparaten die kleiner, energiezuiniger, en kostenbesparend.

Een synergetische relatie tussen BLE-technologieën en Cellular LPWAN is een van de manieren waarop IoT-enablers in de toekomst zullen profiteren om gebruiksscenario's mogelijk te maken die tot nu toe niet haalbaar waren.

De auteur is Tarun Thomas George, mede-oprichter en COO van Cavli Wireless.