Die Synergie von mobilem IoT und Bluetooth LE

Cellular IoT (CIoT) ist ein Thema, das die Mitarbeiter von Embedded.com in den letzten Jahren ausführlich behandelt haben, mit Artikeln, die die Leser über den Einstieg in die Arbeit mit LTE-M und NB-IoT sowie Kommentaren darüber informierten, wie schnell die Die Akzeptanzkurve wird für das zellulare IoT sein. Der letztgenannte Artikel zitiert eine Prognose, dass es in den nächsten fünf Jahren fünf Milliarden CIoT-Geräte geben wird – eine erstaunliche Zahl, wenn man bedenkt, wie lange Mobilfunk eine Nischen-Konnektivitätstechnologie für IoT-Implementierungen war. Die Veröffentlichung von Low-Power-Versionen der Mobilfunkspezifikation änderte all dies und ebnete den Weg für das Wachstum, das in diesem Ericsson-Forschungsbericht vorhergesagt wurde.

Die Allgegenwart der Zellinfrastruktur und die außergewöhnlichen Energieeffizienzqualitäten der LTE-M- und NB-IoT-Spezifikationen für das zellulare IoT mit geringem Stromverbrauch machen sie zu überzeugenden Optionen für Produktingenieure. Aber das meiste, was bisher zu diesem Thema geschrieben wurde, betrachtet LTE-M und NB-IoT in einem Vakuum, um es mit anderen drahtlosen Technologien zu vergleichen und zu kontrastieren. Ich bin der festen Überzeugung, dass die Vorteile der beiden CIoT-Spezifikationen noch überzeugender sind, wenn man LTE-M und NB-IoT mit anderen Technologien kombiniert.

In diesem Artikel werde ich speziell erörtern, warum Ingenieure die Kombination von LTE-M und NB-IoT mit Bluetooth Low Energy (LE) in Betracht ziehen sollten, um eine Kombination von Technologien zu schaffen, deren Wirkung größer ist als die Summe der Teile.

Bevor ich jedoch darauf eintauche, schauen wir uns die Qualitäten von LTE-M und NB-IoT an, die sie für diese Art von Geräten und Netzwerken so begehrenswert machen. Im Gegensatz zur ständig eingeschalteten, batteriefressenden Architektur der Mobilfunkversion, die von Telefonen und Tablets verwendet wird, wurden LTE-M und NB-IoT sehr gezielt für den Einsatz in IoT-Implementierungen entwickelt, mit Batterieverbrauchsfunktionen, die ihnen eine projizierte Batterie verleihen Lebensdauer von 10 Jahren oder mehr. Und die Nutzung von Mobilfunknetzen für die Datenübertragung bedeutet, dass überall dort, wo LTE-Dienste verfügbar sind, eine Infrastruktur für CIoT vorhanden ist. Für diejenigen unter Ihnen, die tiefer in diese Vorteile und Fähigkeiten eintauchen möchten, lesen Sie dieses Whitepaper, das ich gemeinsam mit einem Kollegen hier bei Laird Connectivity verfasst habe.

Technologien kombinieren

Die zellulare IoT-Technologie allein hat eine lange Liste von Vorteilen, aber der wichtigste Punkt, den ich den Produktingenieuren, die diesen Artikel lesen, ansprechen möchte, ist, dass CIoT in Kombination mit Bluetooth noch leistungsfähiger, flexibler und überzeugender ist. Um zu veranschaulichen, wie die Technologien gepaart werden könnten, denken Sie an Mobilfunk-Gateways, die die Allgegenwart der Zellinfrastruktur nutzen, die mit Bluetooth-fähigen Geräten verbunden ist, die die Batterieeffizienz, Zuverlässigkeit und andere wünschenswerte Funktionen von Bluetooth nutzen. Dies ermöglicht energieeffizienten, kostengünstigen, batteriebetriebenen Bluetooth-Geräten die Nutzung einer nahezu allgegenwärtigen Mobilfunkinfrastruktur für die Datenübertragung – ein Szenario mit überzeugenden Anwendungsfällen in einer Vielzahl von Branchen, darunter zwei, die ich weiter unten bespreche.

Die Kombination von CIoT und Bluetooth hat jedoch noch weitere Vorteile. Die Kombination von Bluetooth mit CIoT ermöglicht es Ingenieuren, ihren Netzwerken Mesh-Funktionen hinzuzufügen und gleichzeitig Mobilfunkmasten als Backhaul-Infrastruktur zu nutzen. Die Kombination dieser beiden Technologien gibt Ingenieuren auch die Flexibilität, die Sensoren so zu gestalten, dass sie den niedrigsten Energieverbrauch für eine bestimmte Anwendung erzielen und gleichzeitig ein Aggregator-Gerät unterstützen, das mit der Cloud verbunden ist. Diese Kombination aus CIoT und Bluetooth ermöglicht es Ingenieuren auch, kreative Netzwerkimplementierungen mit Knopfzellen und lokalen drahtlosen Netzwerken auf der Ebene der entfernten Sensorknoten durchzuführen.

Anstatt jedoch eine trockene Diskussion über die Funktionen der kombinierten Technologien zu führen, denke ich, dass die Möglichkeiten bei der Diskussion von Anwendungsfällen noch deutlicher werden. Im Folgenden sind zwei Anwendungen aufgeführt, die ohne die Kombination von stromsparenden Mobilfunk- und Bluetooth-Technologien nicht möglich oder praktisch wären. Meine Hoffnung ist, dass dies nicht nur veranschaulicht, wie wirkungsvoll die beiden Technologien in Kombination sein können, sondern bei den Lesern auch zusätzliche Ideen für Anwendungsfälle anregen, die über das hinausgehen, was ich hier skizziert habe.

Fernversorgung

Der erste Anwendungsfall, den ich besprechen werde, betrifft die Fernüberwachung von Patienten und Telemedizin, die während der COVID-19-Pandemie zu einem wichtigen Bindeglied zwischen Patienten und Ärzten geworden sind. Arztpraxen haben in diesem Jahr verstärkt Patientenfernüberwachungsgeräte eingesetzt, um Patientendaten zu sammeln, die normalerweise in der Arztpraxis erfasst würden. Die Verwendung dieser drahtlosen Geräte – einschließlich Blutdruckmonitoren, Waagen und Schrittzählern – ermöglicht es Ärzten, die Gesundheitsdaten der Patienten genau zu überwachen, ohne dass die Patienten einen persönlichen Termin haben müssen.

Für Patienten mit Mobilitätseinschränkungen oder Patienten mit hohem COVID-19-Risiko ermöglicht dies Ärzten eine effektive Telemedizin für Patienten mit denselben Informationen, die ihnen bei einem persönlichen Termin zur Verfügung stehen würden. Die Bluetooth-fähigen Geräte werden zusammen mit einem einfach einzurichtenden Mobilfunk-Gateway an den Patienten nach Hause geliefert. Die Daten der Gesundheitsgeräte werden per Bluetooth-Signal an das Gateway gesendet, das die Gesundheitsinformationen über eine ubiquitäre Mobilfunkverbindung über eine sichere, HIPAA-konforme Verbindung an das IT-System der Arztpraxis übermittelt. Ärzte und Pflegepersonal greifen dann auf die Informationen zu, um die medizinischen Entscheidungen, die sie über den Patienten treffen, und die Gespräche, die sie über Telemedizintermine führen, zu leiten. CIoT und Bluetooth machen diese Anwendung mit Bluetooth-fähigen Gesundheitsgeräten mit langer Batterielebensdauer und zuverlässiger Konnektivität im Haus des Patienten sowie sicherer Datenübertragung an die Arztpraxis über die mobilfunkfähigen Gateways möglich.

Kühlkettenüberwachung

Ein weiterer Anwendungsfall, der die Leistungsfähigkeit dieser kombinierten Technologien veranschaulicht, ist die Überwachung der Kühlkette, die entscheidend für die Gewährleistung der Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln auf ihrem Weg von den landwirtschaftlichen Betrieben auf den Tisch ist. Eine Kombination aus zellularem IoT und Bluetooth-fähigen Sensoren kann verwendet werden, um die Lebensmitteltemperatur auf jeder Stufe der Lieferkette zu überwachen. Bluetooth-Funksensoren, die an Lebensmittel- oder Fleisch- oder Milchlieferungen angebracht sind, können die Temperatur vom Lebensmittelverarbeitungszentrum über den Transportprozess in Lieferwagen bis hin zu Zielen wie Restaurants und Supermärkten überwachen – und liefern jedes Mal Daten, wenn sich die Sensoren mit Mobilfunk-Gateways verbinden. Die kostengünstigen Bluetooth-Sensoren in Kombination mit strategisch platzierten Mobilfunk-Gateways sorgen dafür, dass Lebensmittel in den entsprechenden Temperaturbereichen bleiben, was mit anderen drahtlosen Technologien nicht möglich oder nicht so kostengünstig wäre.

Als Nachwort zu den beiden oben genannten Anwendungsfällen sollte ich auch erwähnen, dass das zelluläre IoT auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der sehr präzisen Kühlkettenumgebung spielen könnte, die für die Verteilung von COVID-19-Impfstoffen nicht nur im Inland in den USA, sondern auch weltweit erforderlich ist wo die Supply-Chain-Logistik oft noch komplexer ist. Die weltweite Allgegenwart der Mobilfunkinfrastruktur bietet eine globale Plattform für die drahtlose Temperaturüberwachung neben den anderen drahtlosen Technologien, die für die Standortverfolgung verwendet werden. Diese Kombination von Technologien kann die wirksame Verabreichung temperaturempfindlicher Impfstoffe gewährleisten, nicht nur für die weltweite Verabreichung zugelassener COVID-19-Impfstoffe, sondern auch für eine Vielzahl anderer Impfstoffe, die auf die Verbesserung der öffentlichen Gesundheit weltweit abzielen.

Diese Anwendungsfälle kratzen nur an der Oberfläche der Anwendungen in mehreren Branchen, die möglich sind, wenn Bluetooth die stromsparende Mobilfunktechnologie ergänzt.