O Bluetooth 3.0 é adequado para uma rede de múltiplos escravos de mestre único?

Eu tenho uma placa do registrador de dados com um SIM808 . Possui capacidade Bluetooth 3.0 do SIM808. A própria placa implementa um sistema de gerenciamento de bateria, capaz de realizar medições de peso, umidade e temperatura e também pode detectar deslocamentos do dispositivo. Todos os dados coletados são transferidos pela conexão GPRS para um servidor remoto.

O dispositivo em si pode ser instalado em colméias, mas não seria rentável ter um cartão SIM para centenas de colmeias. Portanto, isso funcionará apenas como mestre , que possui recursos de registro de dados, além do recurso GPRS.

Portanto, estou planejando implementar placas escravas sem os módulos SIM808. Portanto, em vez do SIM808, é necessária uma unidade de comunicação sem fio simples para permitir a comunicação local sem fio entre as colmeias.

O mestre consultaria todos os escravos em busca de dados e depois transferiria tudo via GPRS.

Deve ficar assim, apenas com cem colmeias:

Agora, as possibilidades de comunicação sem fio local:

Bluetooth, como eu disse, o dispositivo mestre já tem Bluetooth 3.0. Mas não tenho muita certeza de que o Bluetooth seja o caminho certo para consultar cem escravos por 1 kBs de dados.
O dispositivo mestre possui um barramento I2C, para que eu possa conectar o ZigBee compatível com I2C ou outro módulo de RF que também possa ser adicionado às placas escravas.

Dados coletáveis de escravos não excederão 1 kB / consulta.

Portanto, em geral, posso permanecer no Bluetooth ou devo adicionar o ZigBee, por exemplo, aos meus dispositivos ou existem outras opções?

Mais alguns detalhes:

o alcance é de no máximo 30 metros
Além disso, como os dispositivos são alimentados por bateria, uma solução com baixo consumo de energia seria boa
o mestre executaria uma consulta a cada 15 minutos

O objetivo principal é tornar o mestre capaz de consultar os escravos de forma eficiente, e isso deve ser feito sem modificar o PCB do mestre . As duas possibilidades são o Bluetooth 3.0, que já está disponível para o mestre, ou outras tecnologias que eu posso conectar à placa mestre através do barramento I2C do MCU integrado. (Eu não insisto em usar o Bluetooth, foi o ponto de partida porque eu já tinha um BT 3.0 pelo SIM808.)

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
fonte

Tenho um pensamento distante de que o bluetooth pode suportar apenas 16 escravos de uma só vez. Fora isso, parece bom (e um bom problema de design da IoT no mundo real). Você já considerou o alcance?

— Sean Houlihane

Parece que o limite é 7, mas não é um problema de bloqueio. superuser.com/questions/332767/...

— Sean Houlihane

O alcance (e a previsão para o futuro) seria a minha principal preocupação com o Bluetooth. Se você decidir mudar as coisas no futuro ou implantar mais colmeias, poderá encontrar problemas rapidamente. Se eu estivesse construindo isso, acho que optaria por um telefone Android barato como hub e um ESP8266 em cada seção. Isso mudaria todas as suas comunicações locais para WiFi e forneceria peças altamente substituíveis, caso você precise atualizar.

— goobering 17/01

O Bluetooth parece uma solução ruim neste caso - o problema simplesmente grita rede de malha para mim (o ZigBee provavelmente funcionaria bem). Se o alcance necessário for de 30 m, você poderá observar um uso sério de energia (consulte a tabela aqui ). Com 100mW de uso, você deve observar meras horas ou dias de duração da bateria, suspeito, dependendo da frequência da transmissão. Em que tipo de bateria você está pensando exatamente?

— Aurora0001

O BTLE provavelmente seria um ajuste melhor do que o BT clássico para nós que precisam ser alimentados por bateria a longo prazo, mas 30 metros serão um trecho de confiabilidade para ambos. Dependendo da quantidade de dados que você precisa enviar, você pode considerar o LoRa, possivelmente com um gateway no estilo Thing Network, seja seu ou se já houver um no intervalo.

— Chris Stratton

Respostas:

Como alternativa, pode valer a pena considerar o Hart (transdutor remoto endereçável por estrada) sem fio . Esta é uma tecnologia de rede em malha Smart de 2,4 GHz (banda de frequência sem licença) que usa o padrão 802.15.4. A WHart usa a tecnologia de espectro espalhado de seqüência direta e precisa de pelo menos três componentes principais. Ou seja, dispositivos sem fio, gateway e gerenciador de rede.

_{Clique na imagem para obter uma versão maior da imagem.}

Além disso, dependendo da rede, podem ser adicionados gerenciadores de segurança, adaptadores e terminais portáteis.

A rede de poeira oferece uma opção SOC e alguns deles possuem interface I2C. Anexar abaixo é um link para algumas das folhas de dados. Infelizmente, meu conhecimento sobre essa tecnologia é bastante limitado e, portanto, requer mais pesquisas.

Referências

— Mahendra Gunawardena
fonte

Do ponto de vista do uso de energia, o Bluetooth 3.0 não parece uma opção viável, dadas as suas restrições.

Vamos supor que você deseja transmitir dados por 2 segundos a cada minuto e depois dormir pelo resto do tempo. Dado os seus requisitos de alcance de 30 metros, você provavelmente precisará usar um rádio Bluetooth classe 1 :

Classe 1, principalmente para casos de uso industrial, [tem um alcance de] até 100 metros (300 pés). O Bluetooth Marketing qualifica que o alcance da Classe 1 é na maioria dos casos de 20 a 30 metros (66 a 98 pés)

Eu imaginaria que o alcance mais baixo ocorreria em situações em que não havia um caminho claro para as transmissões de rádio e, talvez, em ambientes de rádio desafiadores. Lá fora, eu imaginaria que isso é menos um problema.

Portanto, supondo que o exposto acima seja verdadeiro: você estará transmitindo por 1/30 de uma hora, a aproximadamente 100mW durante a fase de transmissão.

Portanto, por hora, você consumirá aproximadamente 0,00333 Wh de energia. Para comparação, uma bateria AA alcalina de 'longa vida' armazena cerca de 2,6 Wh de energia . Portanto, sua bateria duraria cerca de 30 dias com o Bluetooth 3.0 , o que não é muito ruim, mas poderia ser muito melhor.

Esses cálculos são todos muito difíceis, mas devem estar no estádio se as suposições estiverem corretas. O EE Times sugere que 5% do tempo de transmissão está no topo, e minha estimativa de 2 segundos / minuto é de aproximadamente 3,33%.

O Bluetooth Low Energy (BLE) pode ser mais viável; esta página sugere uma potência de 10mW para uma faixa de 77m, o que daria uma duração de bateria mais próxima de 1 ano (325 dias, mais precisamente!). No entanto, isso exigiria novo hardware, o que é reconhecidamente uma desvantagem.

Como mencionei em um comentário, esse tipo de configuração parece perfeito para uma rede em malha e isso deve reduzir significativamente os requisitos de alcance, pois você não precisará transmitir 30 metros para o hub, apenas 2 ou 3 metros para a próxima colméia. . Nesse caso, você provavelmente poderia usar um rádio muito menos potente, o que economizaria a vida da bateria.

Pode valer a pena considerar um dos protocolos de malha, como o ZigBee ou o novo protocolo BLE Mesh , que serviria bem ao seu caso de uso.

— Aurora0001
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Conforme seu comentário acima, assim que li a descrição, era óbvio que uma rede de malha era a resposta. Embora o OP tenha perguntado sobre a BT, e as respostas estejam relacionadas à BT, pode ser que ele não saiba sobre redes de malha. Eu acho que devemos explicar mais e empurrá-lo nessa direção. Isso também seria informativo para futuros leitores. @Bence, comece a ler em en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg diz que restabelece Monica

@ Makaw Eu não uso, mas o SIM808 oferece o BT 3.0, foi por isso que perguntei primeiro sobre o BT. Eu sei um pouco sobre redes de malha (o ZigBee mencionado inicialmente na pergunta), mas se o Bluetooth pudesse ter resolvido o problema, não teria investido em outro módulo. Mas parece que o BT 3.0 não é o caminho para isso. Por isso, gostaria de receber uma resposta detalhada sobre redes mesh ou ZigBee, especialmente.

— Bence Kaulics

@ Mogg Eu deixei esse comentário principalmente porque não é algo que eu possa responder particularmente bem, então deixei de fora para outra pessoa abordar mais adequadamente. Se você (ou outra pessoa) pudesse abordar a parte da rede mesh mais diretamente, eu seria feliz em votar!

— Aurora0001

Documentei alguns aspectos dos aspectos de baixa energia do BLE como resposta a Qual é a diferença entre Bluetooth Low Energy e Bluetooth BR / EDR no modo Park? . Aqui está uma sugestão.

Parece que um SIM808 tem uma interface serial. Por isso, sugiro integrar o módulo SIM808 com um BLE Classe 1 de modo duplo, como o KC-5170 . Eu acho que você poderia usar um modo único BLE também.

Interface serial SIM808

Interface serial KC5170

O Configure acima é um dispositivo mestre, com dispositivos de modo único BLE Classe 1 como dispositivos escravos.

Sugiro usar um módulo BLE Classe 1 único, como o BR-LE4.0-S2A . Eu acredito que uma quantidade ilimitada de escravos pode ser conectada ao mestre (precisa de conformação)

Abaixo também está o diagrama de blocos simplificado do modo duplo e único BLE.

Gráfico de consumo de energia BLE

Sugiro a leitura de referências para detalhes adicionais.

Atualização (22/01/2017) : Com base nas informações fornecidas, não tenho certeza de que os GPIOs disponíveis, os bits de SPI podem ser outra opção para conectar-se ao módulo BLE baseado em SPI. Um tutorial de big bang de base I2C está anexado para sua referência.

Outra opção é usar o BLE SOC, como o TI CC2640 , que suporta I2C. O compromisso é que o dispositivo é um dispositivo de classe 2.

_{Clique na imagem para obter uma versão maior da imagem.}

Referências

— Mahendra Gunawardena
fonte

Este BLE proposto acima do BT 3.0 (o que parece razoável), mas não aborda a questão de um protocolo de malha seria melhor (eu acho que é semelhante, então o custo e a familiaridade podem ser o fator decisivo).

— Sean Houlihane

Esclareça em cada figura e imagine qual é a fonte, em vez de apenas adicionar uma lista de referências na parte inferior.

— Helmar

A placa principal já está fabricada. Para que eu possa usar o BT 3.0 ou algo que possa ser conectado via I2C, essas são as possibilidades já mencionadas para mim.

— Bence Kaulics

@ Helmar, expliquei isso com mais detalhes aqui . Desculpe, não tenho tempo livre para duplicar esforços para um esforço voluntário. Mas a pesquisa foi feita e as referências vinculadas aos interessados. Sinto muito, não há mais tempo livre.

— Mahendra Gunawardena

@SeanHoulihane Tudo o que fiz foi compartilhar algumas das minhas pesquisas principalmente sobre consumo de energia, para ajudar o OP a tomar uma decisão. Na engenharia, existem muitos fatores técnicos e não técnicos que contribuem para a mudança. Também acho que a TI tem um módulo que você pode carregar na pilha Zigbee ou BLE que é algo a considerar ao criar o HW.

— Mahendra Gunawardena