Kombination der Leistungsfähigkeit von Bluetooth Low Energy und Mobilfunk-LPWA für groß angelegte IoT-Implementierungen

Tarun Thomas George von Cavli Wireless

Die 2009 eingeführte Bluetooth Low-Energy (BLE)-Technologie bildet die Grundlage für die Zukunft von Anwendungen im Internet der Dinge (IoT), die sich hauptsächlich auf Anwendungen mit minimalem Stromverbrauch konzentrieren.

Im Jahr 2017 kündigte Bluetooth SIG das Bluetooth Mesh an, das mehrere BLE-Funktionen standardisiert, wobei das Endziel darin bestand, das menschliche Potenzial im heutigen digitalen Zeitalter auf jede erdenkliche Weise zu verstärken, sagt Tarun Thomas George, Mitbegründer und COO von Cavli Wireless

Die Entwicklung der Bluetooth-Technologie

Am Anfang wurde diese Technologie allgemein für Audiodatenstreaming und Dateiübertragung verwendet, aber sie hat sich in den letzten 20 Jahren ausgereift. Gegenwärtig sind Bluetooth-Geräte aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken und finden sich in Lautsprechern, Kopfhörern, Smartphones, Smart-TVs, Smartwatches usw. wieder.

Darüber hinaus wird die Bluetooth-Technologie ständig verbessert, hat sich also weiterentwickelt und gilt als eine der wichtigsten Säulen der drahtlosen Kommunikation für das Internet der Dinge (IoT).

Bluetooth ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie für Kurzstrecken-, Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungen, die im nicht lizenzierten Industrie-, Wissenschafts- und Medizin-(ISM)-bezeichneten 2,4-GHz-Frequenzband (RF) für eine einfache Nutzung arbeitet.

Es wurde innerhalb des IEEE 802.15.1-Protokolls standardisiert, hält die Standards jedoch nicht mehr aufrecht, sondern wird von der Bluetooth Special Interests Group (SIG) entwickelt und verwaltet, einer 35.000-köpfigen Unternehmensgruppe aus verschiedenen Bereichen der Telekommunikation, Computer, Netzwerk und Unterhaltungselektronik.

BLE-Technologie für das Internet der Dinge

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Um den Marktanforderungen gerecht zu werden, verändern sich die drahtlosen Technologien permanent weiter. Bluetooth Low Energy (BLE) wurde von Bluetooth 4.0 eingeführt und wurde entwickelt, um die IoT-Nutzungsanforderungen zu erfüllen. Im Vergleich zu herkömmlichen, klassischen Bluetooth-Leistungen ist BLE für kurze Datenübertragungen von verschiedenen Arten von Sensoren optimiert.

Es bietet eine große Reichweite, geringere Latenz und Stromverbrauch, einen höheren Durchsatz (bis zu 2 Mbit/s) und eine anpassungsfähigere IP-Zugriffs- und Mesh-Netzwerkunterstützung im Vergleich zu früheren Generationen der Bluetooth-Protokolle. Im Bereich Industrial IoT und Medical IoT sind stromsparende Geräte das Rückgrat des Systems und BLE ist für diese Anwendungen am besten geeignet.

Die BLE-Technologie ist in viele Arten von IoT-Geräten eingebettet, die für Heim, Wellness, Sport, Spiele und Automatisierung, Medizin- und Industrieelektronik geeignet sind. Da die Abwärtskompatibilität mit BLE gewährleistet ist, unterstützen im Großen und Ganzen alle neuen Geräte, die BLE unterstützen, auch das klassische Bluetooth und umgekehrt.

Mesh-Netzwerke in BLE

Mesh-Networking-Funktionen sind für IoT-Anwendungsfälle außerordentlich wichtig. Ganz im Gegensatz zur traditionellen Bluetooth-Topologie, bei der alle Bluetooth-Geräte mit einem zentralen Hub oder dem Master-Knoten verbunden sind. In BLE-Netzwerken ermöglicht die Mesh-Topologie die gegenseitige Kommunikation zwischen allen Knoten – Geräten innerhalb der Reichweite.

Zusammen mit der Unterstützung einer nahezu unbegrenzten Anzahl von Netzteilnehmern in einem einzigen BLE-Netz erweitert dieses Feature die Netzabdeckung, erhöht die Robustheit und schützt gleichzeitig das Netz vor dem Single Point of Failure.

Wie Bluetooth und mobiles LPWAN optimal zusammenarbeiten können

Bluetooth Low Energy-Geräte bieten mehrere Vorteile für den Einsatz von IoT-Geräten mit geringem Stromverbrauch für eine Vielzahl von Anwendungsfällen und Anwendungen, aber seine Mängel wie der geringe Betriebsbereich und der niedrige Datendurchsatz beschränken seine Anwendungen daher nur auf Geräte mit geringer Reichweite.

Um ein System von IoT-Geräten aufzubauen, das in der Lage ist, die Defizite der einzelnen verwendeten Kommunikationstechnologien zu überwinden, ist es praktischer, verschiedene Technologien zu kombinieren, um die Nachteile der anderen zu decken und gleichzeitig die Vorteile jeder einzelnen für ein vielseitigeres Endsystem hinzuzufügen. von Geräten.

Die zellulare IoT-Konnektivität ist aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile wie große Reichweite, hoher Datendurchsatz, Sicherheitsfunktionen, einfache Bereitstellung und mehr eine der beliebtesten Technologien für die IoT-Branche. Es überwindet die Nachteile der BLE-Technologie.

In einem IoT-System, in dem sowohl Mobilfunk-Konnektivität als auch BLE eingesetzt werden, können die BLE-Geräte als primäres Kommunikationsnetzwerk fungieren, das es Geräten ermöglicht, in einer Mesh-Netzwerktopologie miteinander zu kommunizieren und gleichzeitig mit nahegelegenen klassischen Bluetooth-Geräten wie einem Bluetooth-fähiges Telefon und reduziert gleichzeitig die Kosten pro Gerät für Hardware- und Netzwerkgebühren.

Der Enddatenstrom kann mit einem Mobilfunk-Gateway an das Internet gesendet werden, das als Gateway-Modem zwischen den BLE-Knoten und dem Internet fungiert.

Ein effektiver Anwendungsfall für die Verwendung von BLE in Verbindung mit Mobilfunk-LPWAN ist Smart Metering. In einem Szenario, in dem mehrere Smart-Meter-Knoten an einem Ort bereitgestellt werden, kann eine effiziente Lösung geschaffen werden, indem ein Mesh-Netzwerk zwischen den verschiedenen Smart-Meter-Knoten erstellt wird, wobei jeder Knoten mit der BLE-Technologie verbunden ist.

Wenn alle Knotengeräte mit dem BLE-Mesh-Netzwerk verbunden sind, kann ein Gateway-Gerät mit zellularer LPWAN-Konnektivität als letztes Meile-Konnektivitätsgerät platziert werden, das die Daten vom Mesh-Netzwerk empfängt und an die Cloud weiterleitet. In diesem Szenario ist nur ein Gerät erforderlich, um sich aktiv mit dem Mobilfunknetz zu verbinden und mit der Cloud zu kommunizieren, was eine effizientere Netzwerkinfrastruktur ermöglicht.

Diese technische Symbiose vereint die Vorteile beider Funktechnologien und bietet eine modulare, skalierbare und anpassungsfähige Netzwerklösung, die für die IoT-Konnektivität erforderlich ist. Es bildet ein hybrides Kernnetzwerk, das aufgrund der BLE-Technologieunterstützung mit Mesh-Topologieleistung unterstützt wird. Gleichzeitig erweitert die Mobilfunkkonnektivität die verfügbare Netzabdeckung zusätzlich und überwindet typische BLE-Mesh-Netzwerkherausforderungen wie geringe Reichweite

Schlussfolgerung

Um die nächste Generation von IoT-Lösungen zu ermöglichen, müssen Unternehmen verschiedene Konnektivitätsoptionen in Betracht ziehen, sogar hybride Konnektivität, um die Netzwerkeffizienz zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Die Bluetooth-Low-Energy-Technologie ist eine vielversprechende Konnektivitätsoption für IoT-Geräte mit kurzer Reichweite, die neben Konnektivitätsoptionen mit großer Reichweite und hohem Durchsatz wie zellularem LPWAN betrieben werden kann. und kostengünstig.

Eine synergetische Beziehung zwischen BLE-Technologien und Cellular LPWAN ist eine der Möglichkeiten, die IoT-Enabler in Zukunft nutzen werden, um Anwendungsszenarien zu ermöglichen, die bisher nicht realisierbar waren.

Der Autor ist Tarun Thomas George, Mitbegründer und COO von Cavli Wireless.