Радиус действия и надежность Bluetooth: мифы и факты

1. Статьи

Применение технологии Bluetooth становится все более и более распространенным явлением не только в умных домах, зданиях, но и на производственных предприятиях. Существует множество мифов о том, что беспроводная технология может и чего не может. На самом деле, возможности технологии выходят далеко за рамки её применения в бытовой электронике и позволяют использовать в широком спектре профессиональных решений в коммерческих и промышленных условиях. Давайте рассмотрим некоторые из распространенных мифов о Bluetooth, а также опровергающие их факты, о которых вы, возможно, не знали! 

Миф: Bluetooth — это технология малого радиуса действия 

Одно из самых распространенных заблуждений заключается в том, что Bluetooth подходит только для приложений малого радиуса действия. Это в значительной степени основано на происхождении технологии: более короткие диапазоны достаточны для хорошо определенных вариантов использования, например, передачи потокового аудио на гарнитуры и другие мобильные гаджеты. В результате, многие разработчики внедряют в свои продукты Bluetooth с поддержкой максимальной дальности действия от 10 до 30 метров, что оптимизирует потребление энергии небольшими батареями, используемыми в этих интеллектуальных устройствах.

Факт: сигналы Bluetooth могут распространяться на расстояние более одного километра

Эффективный и надежный диапазон взаимодействия между устройствами Bluetooth может превышать один километр, в зависимости от их реализации, и может даже поддерживать дистанционное управление беспилотными летательными аппаратами, находящимися вне зоны видимости. Широкий диапазон действия оптимально подходит для передачи данных, обеспечивая огромную гибкость для разработки и внедрения приложений Bluetooth в коммерческих и промышленных условиях.

Миф: помехи делают соединения Bluetooth ненадежными 

Помехи — одна из самых больших проблем для любой беспроводной технологии, когда речь идет о надежной передаче данных. Помехи возникают, когда несколько устройств одновременно пытаются передать пакеты данных в одном частотном диапазоне, в одной и той же области и в одно и то же время. Когда это происходит, могут возникать коллизии, потенциально приводящие к повреждению или потере пакетов. 

Факт: технология Bluetooth устраняет потенциальные помехи благодаря своей архитектуре

Технология Bluetooth сочетает в себе различные методы снижения вероятности коллизий и компенсации потери пакетов, включая использование небольших быстрых пакетов данных и адаптивную скачкообразную перестройку частоты.

Наличие коротких пакетов, которые быстро передаются по воздуху, означает, что они с меньшей вероятностью «столкнутся» с пакетами, отправляемыми другими соседними устройствами.  Пример из области ячеистых сетей: по сравнению с другими технологиями беспроводных сетей с низким энергопотреблением ячеистые пакеты Bluetooth обычно в два раза меньше и в четыре раза быстрее. 

При передаче данных Bluetooth использует метод, называемый «Псевдослучайная перестройка рабочей частоты» (FHSS), при котором несущая частота меняется в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной как отправителю, так и получателю для обеспечения устойчивости в условиях загруженных беспроводных сред. FHSS делит спектр на множество отдельных каналов (40 в случае Bluetooth Low Energy), а затем переключается между этими каналами при передаче пакетов. Кроме того, Bluetooth использует специальную форму FHSS, называемую адаптивной перестройкой частоты (AFH), которая позволяет устройствам динамически определять каналы, подверженные помехам, и больше нх ие использовать.

Миф: технология Bluetooth предназначена только для консьюмерских приложений 

Поскольку каждый год поставляется несколько миллиардов Bluetooth-совместимых гарнитур, динамиков, спортивных и фитнес-устройств, а также всевозможных потребительских электронных продуктов, понятно, что многие люди считают, что Bluetooth подходит только для потребительских приложений.  Однако ничто не может быть дальше от истины, поскольку Bluetooth в настоящее время является ведущей беспроводной технологией во всех сферах коммерческого и промышленного применения.

Факт: технология Bluetooth поддерживает коммерческий и промышленный секторы

Разработчики во всем мире внедряют технологию Bluetooth для связи своих беспроводных устройств и определения местоположения в самых сложных условиях. От сетевых систем управления освещением в коммерческих офисных зданиях до высокоточных систем отслеживания активов на складах и систем контроля состояния в заводских цехах. Bluetooth отвечает строгим требованиям масштабируемости, надежности и безопасности коммерческих и промышленных приложений.

Компания Energy Management Collaborative (EMC) в сотрудничестве с Silvair и McWong International реализовала крупнейшую в мире установку Bluetooth mesh для сетевого управления освещением в США. Что позволяет автоматически управлять освещением в 17-и этажном офисном здании площадью 470000 кв. м! 

Компания Digital Catapult в сотрудничестве с Quuppa и ThinkIN внедрила Bluetooth-систему определения местоположения в режиме реального времени для Dyer Engineering в Великобритании, которая обеспечивает высокоточное отслеживание более 1000 заводских активов, что значительно повышает производительность производства.

Компания BB внедрила систему мониторинга состояния Bluetooth на производственном предприятии Absolut в Швеции, что дало возможность прогнозировать потребности в техническом обслуживании борудования и согласовывать их с запланированными остановками производства.

Таким образом, благодаря реализации высокой скорости передачи данных, помехозащищенности и большому радиусу действия, распространение и применение технологии Bluetooth выходит далеко за гаджеты и домашнюю технику, помогая управлять большими индустриальными системами и производствами.

Оригинал статьи можно прочитать на сайте: www.iot-now.com

Понимание диапазона Bluetooth | Веб-сайт технологии Bluetooth®

Каков радиус действия технологии Bluetooth ^® ?

Больше километра.

Эффективный и надежный диапазон между устройствами Bluetooth составляет от более километра до менее метра.

Использовать Оценщик диапазона Bluetooth

Что определяет радиус действия Bluetooth?

Более длинный ответ на вопрос о радиусе действия Bluetooth ^® технология зависит от .

В отличие от других беспроводных технологий, технология Bluetooth предназначена для поддержки широкого диапазона достижимых диапазонов между двумя устройствами, предоставляя разработчикам невероятную гибкость для создания беспроводных решений, которые наилучшим образом соответствуют потребностям их целевого варианта использования.

Несколько ключевых факторов влияют на радиус действия надежного соединения Bluetooth, в том числе следующие:

Радиоспектр простирается от 30 Гц до 300 ГГц.

Технология Bluetooth® использует полосу спектра ISM 2,4 ГГц (от 2400 до 2483,5 МГц), что обеспечивает хороший баланс между радиусом действия и пропускной способностью. Кроме того, во всем мире доступен диапазон 2,4 ГГц, что делает его настоящим стандартом беспроводной связи с низким энергопотреблением.

Физический уровень (PHY) беспроводной технологии определяет схему модуляции и другие методы, используемые для передачи данных в определенном диапазоне радиочастот (РЧ). Это включает в себя количество доступных каналов, эффективность использования этих каналов, использование исправления ошибок, защищает от помех и многое другое. Если вы сравните радиочастотную коммуникацию с вербальной коммуникацией, вы можете думать, что PHY определяет скорость и ясность вашей речи.

Технология Bluetooth® предоставляет несколько вариантов PHY, каждый из которых имеет разные характеристики, определяющие эффективный диапазон и скорость передачи данных.

Чувствительность приемника — это мера минимальной мощности сигнала, которую приемник может интерпретировать. Другими словами, это самый низкий уровень мощности, при котором приемник может обнаружить радиосигнал, поддерживать соединение и при этом демодулировать данные. Воспринимайте чувствительность приемника как меру того, насколько хорошо вы слышите, или как самый тихий звук, который вы слышите 9.0021 и понимают.

Технология Bluetooth® указывает, что устройства должны обеспечивать минимальную чувствительность приемника от -70 дБм до -82 дБм, в зависимости от используемого физического уровня. Однако реализации Bluetooth обычно обеспечивают гораздо более высокие уровни чувствительности приемника. Например, средние реализации Bluetooth LE 125K (Coded) PHY обеспечивают чувствительность приемника -103 дБм.

Выбор уровня мощности передачи является конструктивным компромиссом между диапазоном и потребляемой мощностью. Чем выше мощность передачи, тем больше вероятность того, что сигнал будет слышен на больших расстояниях и тем больше будет эффективная дальность действия. Однако увеличение мощности передачи увеличивает энергопотребление вашего устройства. Думайте о мощности передачи как о громкости вашего голоса. Чем громче вы говорите, тем дальше кто-то может вас услышать, но тем больше энергии это отнимает.

Технология Bluetooth® поддерживает мощность передачи от -20 дБм (0,01 мВт) до +20 дБм (100 мВт).

Антенна преобразует электрическую энергию передатчика в электромагнитную энергию (или радиоволны) и наоборот для приемника. Расположение антенны, размер корпуса и конструкция могут сильно повлиять на эффективность передачи и приема сигнала. А типы и размеры антенн и их эффективность в преобразовании электрической энергии в электромагнитную и фокусировке направления энергии могут сильно различаться.

Эффективное усиление антенны относится как к передающей, так и к приемной антенне. Направленное влияние антенны похоже на разговор или прослушивание через конус, чтобы сфокусировать энергию звука.

Разработчики технологии Bluetooth® могут использовать различные варианты антенн. Проектирование антенны — это не только наука, но и искусство. Устройства Bluetooth обычно обеспечивают усиление антенны в диапазоне от –10 дБи до +10 дБи.

Потери на трассе — это уменьшение мощности сигнала, возникающее при распространении радиоволн по воздуху. Потери на пути или затухание на пути происходят естественным образом на расстоянии и зависят от среды, в которой передается сигнал. Препятствия между передатчиком и приемником могут ухудшить качество сигнала.

Аттенюаторы могут быть любыми: от влаги и осадков до стен, окон и других препятствий из стекла, дерева, металла или бетона, включая металлические башни или панели, отражающие и рассеивающие радиоволны. Хотя радиоволны могут проходить сквозь объекты, степень затухания и эффективных потерь на трассе зависит от типа и плотности препятствия. Подумайте о том, когда вы пытаетесь услышать кого-то в соседней комнате, и о разнице между громкостью и четкостью того, что вы слышите, если стена, которая вас разделяет, сделана из дерева по сравнению с бетоном.

Связанные ресурсы

Бумага

Использование Bluetooth в устройствах слежения за местоположением

Технология измерения дальности Bluetooth, которая использует расстояние между одним или несколькими устройствами через сигнал…

Узнать больше

• Участник SIG

Видео

Тренинг по разработке Bluetooth: работает с 2022

Роль Bluetooth играла и будет играть в эволюции IoT…

Смотри

• Член SIG

Практический пример

Penn Waste Inc. сводит к минимуму время простоя машин и повышает эффективность

Узнайте, как Dodge Industrial в партнерстве с Cassia Networks помогает Penn Waste Inc. сократить…

Узнать больше

• Член SIG

Новости Bluetooth

: миф против факта

Поскольку Bluetooth становится все более и более распространенным в умных домах, зданиях и на заводах,…

Узнать больше

Новости Bluetooth

Исследователи разработали стетоскоп с поддержкой Bluetooth и радиусом действия 50 футов, чтобы помочь практикующим врачам оставаться в безопасности

Узнать больше

Бумага

Четыре подхода к расширению диапазона Bluetooth

Технология Bluetooth находит широкое применение в приложениях IoT. Однако для этих реализаций часто требуется…

Узнать больше

• Член SIG

Практический пример

Разрушение индустрии восстановления с помощью Bluetooth

Когда Стивен Крамер узнал, насколько устаревшими стали операции по восстановлению воды в…

Узнать больше

• Член SIG

Бумага

Сравнение инфраструктуры RTLS: взвешивание Bluetooth и конкурентов

Решения для определения местоположения в реальном времени повышают ценность операторов по более низкой цене. …

Узнать больше

• Член SIG

Видео

Разговор об умных зданиях

От энергетики и урбанизации до демографии и здоровья основными силами, преобразующими наше общество, являются…

Смотри

• Член SIG

Новости Bluetooth

Роль Bluetooth в управлении мобильным доступом

Gartner предполагает, что к 2020 году 20% организаций будут использовать мобильные учетные данные для…

Узнать больше

Практический пример

Высококачественный Bluetooth-аудио на больших расстояниях в офисе L’Oreal

Компания L’Oreal искала новое решение и хотела протестировать беспроводные Bluetooth-гарнитуры…

Узнать больше

• Член SIG

вещей, которые вы должны знать о радиусе действия Bluetooth

• Ресурсы:
• Умный дом и автоматизация зданий
• Беспроводное подключение для Интернета вещей
• Промышленный Интернет вещей

Ресурсы ▼

Как и все технологии связи, Bluetooth лучше подходит для одних приложений, чем для других. Если вы планируете использовать Bluetooth, вот краткое описание основных факторов, определяющих эффективную дальность связи Bluetooth, а также некоторые способы улучшить его с помощью сети. Эта статья теперь обновлена ​​​​с добавлением производительности Bluetooth 5.

Полное руководство по Bluetooth с низким энергопотреблением

Сравнение Bluetooth Classic и Bluetooth с низким энергопотреблением

Изначально Bluetooth был разработан для обмена большими объемами данных на близком расстоянии в приложениях с непрерывной потоковой передачей данных. Устройства могут как отправлять, так и получать данные одновременно. Это идеально подходит для многих распространенных потребительских товаров, таких как компьютерные гарнитуры, где два устройства расположены близко друг к другу.

Когда Bluetooth LE (ранее называвшийся Bluetooth Smart) появился на рынке в 2011 году, ключевым преимуществом по сравнению с более ранними версиями было более низкое энергопотребление в том же диапазоне, но с меньшей пропускной способностью. Он предназначен для устройств, которым необходимо периодически обмениваться небольшими объемами данных, что продлевает срок службы батареи на месяцы или даже годы.

Диапазон Bluetooth для сравнения

• Подробнее: Важная информация о Bluetooth 5 

Дальность действия зависит от окружения, характеристик радиосвязи и антенн

На дальность действия Bluetooth влияет множество факторов, обычно:

• Выходная мощность передатчика
• Чувствительность приемника
• Физические препятствия на пути передачи
• Антенны

В то время как характеристики радиосвязи и антенны для данного устройства Bluetooth довольно статичны, окружение может сильно различаться. На улице, в чистом поле, можно получить дальность до ста метров. Но это редкая ситуация. В помещении такие препятствия, как бетонные стены, будут ослаблять радиосигнал, и эффективная дальность резко сократится. При обычном использовании десять метров — это хороший показатель того, что может быть достигнуто между двумя устройствами Bluetooth в помещении.

При разработке устройства Bluetooth вы можете увеличить его радиус действия, выбрав микросхему Bluetooth с наилучшей чувствительностью приемника и выходной мощностью, а также убедившись, что вы используете хорошую антенну.

Иногда вам может понадобиться использовать Bluetooth на расстоянии сотен или тысяч метров. В следующем разделе мы обсудим, как расширить радиус действия Bluetooth с помощью сетей.

Типичное использование Bluetooth и Bluetooth LE

Улучшения Bluetooth 5

Версия 5 спецификации Bluetooth содержит ряд улучшений, направленных на то, чтобы сделать низкоэнергетический компонент Bluetooth более гибким: скорость передачи данных или уменьшить среднее потребление тока за счет небольшого сокращения диапазона

Как увеличить радиус действия Bluetooth с помощью сети

Вы можете подключить устройства Bluetooth к нескольким распределенным шлюзам, подключенным к Интернету. Устройства Bluetooth могут связываться друг с другом и с онлайн-сервисами через эти шлюзы.

Это идеальное решение, если устройства разбросаны по большой территории. Каждый концентратор обычно может обрабатывать только несколько напрямую подключенных устройств, что является еще одним ограничением Bluetooth. Скорее всего, вы столкнетесь с ситуацией, когда вам потребуется управлять сотнями или даже тысячами устройств Bluetooth на относительно небольшой площади, например в офисном здании. Для этого вам необходимо использовать ячеистую сеть для подключения шлюза и локальных устройств Bluetooth.

• Читайте также: Что такое PAN, BAN, WAN и LPWAN [Инфографика]

Мощь ячеистых сетей

Количество устройств, которым требуется маломощная работа и связь с другими устройствами и онлайн-сервисами, ежедневно растет. Чтобы поддержать это, Bluetooth LE представил поддержку Mesh Networks.

Ячеистая сеть позволяет подключать большое количество устройств Bluetooth на более широкой территории. В этой ситуации все устройства или «узлы» в одной сетке могут взаимодействовать друг с другом либо напрямую, либо через один или несколько промежуточных узлов, если каждый узел находится достаточно близко, по крайней мере, к двум другим.

Таким образом, сеть не зависит от центрального шлюза для пропуска всего трафика.

Как и в Интернете, пакеты данных могут найти наиболее эффективный маршрут через любые узлы между отправителем и получателем.

В ячеистой сети вы также можете использовать «широковещательный» подход, когда все узлы в ячеистой сети получают одно и то же сообщение, а затем интерпретируют его и предпринимают соответствующие действия.

• Подробнее: Объяснение ячеистых сетей

Одним из примеров может быть интеллектуальная система освещения. Каждый переключатель или лампочка является узлом в ячеистой сети, использующей Bluetooth LE. Каждая лампочка настроена так, чтобы знать, в какой комнате она находится.

Сообщение передается от узла 1, выключателя света, через сетку. Подключенные лампочки в комнате 1 получают это сообщение, но они не будут реагировать на него, так как знают, что находятся не в комнате 2. Сообщение передается, и когда оно достигает лампочек в комнате 2, они включаются. Комната 2 может находиться в сотнях метров от комнаты 1, но все равно получит сообщение через другие узлы между ними. Таким образом, может быть тысяча или более комнат с управлением освещением из любого места с помощью сети Bluetooth LE.

• Подробнее: Что такое HomeKit?

Впервые опубликовано в июне 2016 г.
Обновлено 25 января 2023 г.

Темы: Bluetooth с низким энергопотреблением

Автор: Jon Gunnar Sponås

Джон Гуннар является менеджером группы технической поддержки Nordic Semiconductor. Он получил степень магистра в области электротехники и радиосвязи в NTNU в 1999, и работает в Nordic с 2001 года. В его обязанности входит предоставление клиентам Nordics технической поддержки мирового класса через онлайн-форумы и личные встречи.