Bluetooth® Smart в промышленной среде

Вы когда-нибудь слышали о Bluetooth® Smart? Это последнее добавление к спецификации Bluetooth®, в котором используется энергосберегающая технология Bluetooth®, чтобы дать возможность использовать Интернет вещей для устройств, которые годами работают на маленьких дисковых элементах питания. Вы можете спросить, как такое возможно? Энергосберегающий Bluetooth® был задуман как низкомощный, активизирующийся только время от времени для передачи небольших объёмов данных с достаточно высокой латентностью в пределах дальности не более пары метров. Идеальный вариант для датчиков! Именно так это начиналось в 2010 году.

Понадобилось один или два года, чтобы на рынке появились первые изделия в виде ремешков для измерения пульса и умных наручных часов. Затем появился смартфон — Apple® iPhone® 4S. Это был первый телефон на рынке, поддерживающий энергосберегающий стандарт Bluetooth®, и рынок тронулся с места. То, что каждый, кто носит с собой смартфон, мог подключиться ко всем видам продуктов энергосберегающим способом, было чем-то новым. Всем вдруг захотелось, чтобы их продукт был подключён к смартфону.

В качестве естественного развития событий пошёл разговор об Интернете вещей и связи через облако, чтобы смартфон можно было подключить к чему угодно, таким образом позволяя чему угодно подключаться к «чтению из облака». С наступлением этой разительной перемены стало возможным загружать в устройства обновления микропрограмм в полевых условиях, смартфоны смогли управлять игрушечными вертолетами, а беспроводные расширения могут заменять провода в жутких местах.

На этой стадии мы приближаемся к 2015 году и, что совершенно неожиданно, производители теперь используют Bluetooth® Smart (теперь это становится более распространенным названием для Bluetooth® low energy для связи большего радиуса действия, высокопроизводительных передач, а также трудных приложений ISM. Это совсем не то, для чего была предназначена технология Bluetooth® low energy. Однако Bluetooth® low energy теперь продвигается в высококачественные промышленные приложения, заменяя то, что использовалось целую вечность или хотя бы очень долго.

Настало время революции, время, чтобы технология Bluetooth® Smart показала себя в новых местах. Она проникает в новые неизученные сегменты рынка, начиная с неподатливых промышленных применений и причудливой бытовой техники и заканчивая супермодными системами маячков. Имеются уже развёрнутые решения для случаев применения, включающих как проводные, так и беспроводные технологии, которые могут быть заменены на Bluetooth® Smart. По мере того как новая технология эволюционирует и адаптируется к этим новым случаям применения, следует опасаться возможной приближающейся «войны» между стандартами. Будущее покажет, какая технология для чего подходит, и какая окажется более приспособленной. Однако мы уже можем поработать над некоторыми применениями, на которые это могло бы повлиять.

Возьмём для примера освещение, где на рынке господствует ZigBee® с умными лампочками, соединенными в сеть, подключённую к шлюзу Wi-Fi®. Технология Bluetooth® Smart может прямо сейчас выполнять топологии типа «звезда» с управлением осветительными лампочками с центрального пульта или со смартфона. Однако ZigBee® работает в ячеистой сетевой топологии, что означает, что информацию можно направлять через узлы, а радиус действия может быть расширен за пределы шлюза. Bluetooth® Mesh — это то, что также может решать эти проблемы в будущем, если будет разработан энергосберегающим образом (то есть без использования перегрузки и т. п.), а защита будет надежной, включая полное в этом отношении решение. А как насчет уже развернутых решений ZigBee®, станут ли они лишними? Совсем необязательно. Что если один узел в сети ZigBee® добавит Bluetooth® Smart? Или шлюз включит интерфейс Bluetooth® Smart?

Существуют другие случаи применения, то есть Межмашинное взаимодействие (M2M), замена кабелей, отслеживание основных ресурсов и контроль автоматики, которые могут извлечь пользу из Bluetooth® Smart в промышленной среде. Имеется множество технологий связи с прочным положением в промышленном пространстве, в частности, Ethernet, ZigBee®, Wi-Fi®, Sub-1 ГГц и т. д., и Bluetooth® Smart может легко дополнить эти технологии.

Шокирующее воздействие слабой избирательности радиочастот и блокировки

У корпорации Texas Instruments есть более чем пятнадцатилетний опыт работы с радиочастотными решениями низкой мощности. Со временем, работая рука об руку с заказчиками, стало известно, что необходимо для проектирования радиочастотных интегральных схем, хорошо работающих в промышленных условиях. Беспроводная связь должна быть надёжной и просто работать. Чтобы узнать больше о наших решениях 169-МГц, 315-МГц, 433-МГц, 470-МГц, 868-МГц, 915-МГц и 920-МГц, просмотрите страницу Sub-1 ГГц на сайте TI.

Недавно сотрудники TI протестировали своё новое радиочастотное решение с большим радиусом действия, чтобы сравнить его с хорошо известным на рынке конкурирующим продуктом. Оба решения имеют действительно великолепную дальность РЧ-передачи при их тестировании на тихом открытом пространстве, в сельской местности на 25-км дальность (тест выполнялся в Южной Африке). Однако многие промышленные радиочастотные решения развёртываются отнюдь не в сельской местности, а наоборот - в городской среде. Именно поэтому, последний тест на дальность выполнялся в деловом районе Осло в Норвегии.

Было установлено 2 радиочастотных канала (один с дальнодействующим узкополосным высокопроизводительным радиочастотным приёмопередатчиком CC1120, а другой — с его дальнодействующим широкополосным конкурентом, чтобы сравнить), что произойдёт с РЧ-каналом, когда мы введём в уравнение источник помех то есть электронный счётчик.

Результат искренне удивил. Широкополосное решение, в основном, прекращало работать, если источник помех находился в пределах радиуса 200 м. Это, по существу, означает, что электронный счётчик в соседнем здании может полностью заблокировать широкополосный РЧ-канал. Так почему же широкополосное решение не может принимать данные, а узкополосное решение совершенно в порядке?

У узкополосного решения есть два главных преимущества.

  1. Имеется больше РЧ-каналов, которые позволяют мирно сосуществовать большему числу систем.
  2. Широкополосные решения имеют более широкие фильтры приёма радиочастот, которые подхватывают больше радиочастотных помех, чем узкополосное решение. Следовательно, узкая полоса является наилучшим выбором для надёжных РЧ-решений в городских и промышленных зонах. Для всестороннего изучения этой темы смотрите [7].

Литература

  1. Why Bluetooth Smart is perfect for M2M.
  2. Connecting machinery to the IoT.
  3. How to use Bluetooth Smart in industrial lighting.
  4. How you can replace wires with Bluetooth Smart.
  5. Why Beacon is the next big thing in wireless.
  6. The key to using Bluetooth Smart in asset tracking by Joakim Lindh.
  7. Long-range RF communication: Why narrowband is the de facto standard