Ist Bluetooth 3.0 für ein Single-Master-Multiple-Slave-Netzwerk geeignet?

Ich habe eine Datenlogger- Karte mit einer SIM808 . Es verfügt über Bluetooth 3.0-Fähigkeit von der SIM808. Die Platine selbst verfügt über ein Batteriemanagementsystem, mit dem Gewichts-, Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen durchgeführt und Geräteverschiebungen erfasst werden können. Alle gesammelten Daten werden per GPRS-Verbindung an einen Remote-Server übertragen.

Das Gerät selbst kann in Bienenstöcken installiert werden, aber es wäre nicht kosteneffektiv, eine SIM-Karte für Hunderte von Bienenstöcken zu haben. Dies fungiert also nur als Master , der neben der GPRS-Funktion auch Datenprotokollierungsfunktionen besitzt.

Daher plane ich, Slave- Boards ohne die SIM808-Module zu implementieren . Anstelle des SIM808 wird daher eine einfache drahtlose Kommunikationseinheit benötigt, um eine lokale drahtlose Kommunikation zwischen den Hives zu ermöglichen.

Der Master würde alle Slaves nach ihren Daten abfragen und dann alles über GPRS übertragen.

Es sollte so aussehen, nur mit hundert Bienenstöcken:

Nun die Möglichkeiten zur lokalen drahtlosen Kommunikation:

Bluetooth, wie gesagt das Master-Gerät hat schon Bluetooth 3.0. Ich bin mir aber nicht ganz sicher, ob Bluetooth der richtige Weg ist, um bei hundert Slaves 1 kB Daten abzufragen.
Das Master-Gerät verfügt über einen I2C-Bus, sodass ich I2C-kompatibles ZigBee oder ein anderes HF-Modul anschließen kann, das auch zu den Slave-Boards hinzugefügt werden kann.

Von Slaves erfassbare Daten dürfen 1 kB / Abfrage nicht überschreiten.

Kann ich also insgesamt bei Bluetooth bleiben oder sollte ich ZigBee beispielsweise zu meinen Geräten hinzufügen oder gibt es andere Optionen?

Einige weitere Details:

Die Reichweite beträgt maximal 30 Meter
auch da die Geräte batteriebetrieben sind, wäre eine Lösung mit geringem Stromverbrauch gut
Der Master führte alle 15 Minuten eine Abfrage durch

Das Hauptziel besteht darin, dass der Master die Slaves effizient abfragen kann, und dies sollte ohne Änderung der Leiterplatte des Masters erfolgen . Die beiden Möglichkeiten sind Bluetooth 3.0, das bereits für den Master verfügbar ist, oder andere Technologien, die ich über den I2C-Bus der integrierten MCU mit der Masterplatine verbinden kann. (Ich bestehe nicht darauf, Bluetooth zu verwenden, es war der Ausgangspunkt, weil ich bereits ein BT 3.0 von der SIM808 hatte.)

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
quelle

Ich bin weit davon entfernt, dass Bluetooth nur 16 Slaves gleichzeitig unterstützen kann. Davon abgesehen scheint es in Ordnung zu sein (und ein gutes reales IoT-Designproblem). Haben Sie Reichweite berücksichtigt?

— Sean Houlihane

Scheint, das Limit ist 7, aber es ist kein Blockierungsproblem. superuser.com/questions/332767/…

— Sean Houlihane

Die Reichweite (und die Zukunftssicherheit der Reichweite) würde mich vor allem mit Bluetooth beschäftigen. Wenn Sie sich entscheiden, Dinge in der Zukunft zu verschieben oder mehr Bienenstöcke bereitzustellen, könnten Sie ziemlich schnell in Schwierigkeiten geraten. Wenn ich dies bauen würde, würde ich mich für ein el-cheapo Android-Handy als Hub und einen ESP8266 bei jedem Bienenstock entscheiden. Das würde alle Ihre lokalen Kommunikationsverbindungen auf WiFi verlagern und Sie mit austauschbaren Teilen versorgen, falls Sie jemals ein Upgrade benötigen sollten.

— Goobering

Bluetooth scheint in diesem Fall eine schlechte Lösung zu sein - das Problem scheint mir nur ein Mesh-Netzwerk zu sein (ZigBee würde wahrscheinlich gut funktionieren). Wenn die erforderliche Reichweite 30 m beträgt, liegt möglicherweise ein schwerwiegender Stromverbrauch vor (siehe Tabelle hier ). Bei einer Leistung von 100 mW würden Sie vermutlich nur Stunden oder Tage der Batterielebensdauer betrachten, abhängig von der Häufigkeit der Übertragung. An welche Art von Batterien denken Sie genau?

— Aurora0001

BTLE passt wahrscheinlich besser als klassisches BT für Knoten, die langfristig batteriebetrieben sein müssen, aber 30 Meter sind auch eine Strecke für Zuverlässigkeit. Abhängig davon, wie viele Daten Sie senden müssen, können Sie LoRa in Betracht ziehen, möglicherweise mit einem Gateway im Thing Network-Stil, entweder Ihrem eigenen oder falls bereits eines in Reichweite ist.

— Chris Stratton

Antworten:

Alternativ könnte es sich lohnen, einen drahtlosen Hart (Highway Addressable Remote Transducer) in Betracht zu ziehen . Hierbei handelt es sich um eine 2,4-GHz-Smart-Mesh-Netzwerktechnologie (lizenzfreies Frequenzband), die den 802.15.4-Standard verwendet. Verwenden Sie die Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Technologie und benötigen Sie mindestens drei Hauptkomponenten. Nämlich kabellose Geräte, Gateway und Netzwerkmanager.

_{Klicken Sie auf das Bild für eine größere Version des Bildes.}

Zusätzlich können je nach Netzwerk Sicherheitsmanager, Adapter und Handheld-Terminals hinzugefügt werden.

Dust Network bietet eine SOC-Option und einige von ihnen haben eine I2C-Schnittstelle. Unten finden Sie einen Link zu einem Teil des Datenblattes. Leider sind meine Kenntnisse über diese Technologie ziemlich begrenzt, so dass weitere Untersuchungen erforderlich sind.

Verweise

— Mahendra Gunawardena
quelle

Unter dem Gesichtspunkt des Energieverbrauchs erscheint Bluetooth 3.0 angesichts Ihrer Einschränkungen nicht als sinnvolle Wahl.

Nehmen wir an, Sie möchten jede Minute 2 Sekunden lang Daten übertragen und dann für den Rest der Zeit schlafen. Bei einer Reichweite von 30 Metern müssen Sie wahrscheinlich ein Bluetooth-Funkgerät der Klasse 1 verwenden :

Klasse 1, hauptsächlich für industrielle Zwecke, hat eine Reichweite von bis zu 100 Metern. Laut Bluetooth-Marketing liegt die Reichweite der Klasse 1 in den meisten Fällen zwischen 20 und 30 Metern.

Ich würde mir vorstellen, dass die geringere Reichweite in Situationen auftreten würde, in denen es keinen freien Weg für die Funkübertragung gab, und vielleicht in herausfordernden Funkumgebungen. Draußen würde ich mir vorstellen, dass dies weniger problematisch ist.

So ist die oben unter der Annahme wahr: Sie werden für die Übertragung werden 1 / 30tel einer Stunde bei etwa 100 mW während der Sendephase.

Pro Stunde verbrauchen Sie also ungefähr 0,00333 Wh Energie. Zum Vergleich: Eine "langlebige" AA-Alkalibatterie speichert etwa 2,6 Wh Energie . Daher würde Ihr Akku mit Bluetooth 3.0 ungefähr 30 Tage halten , was nicht wirklich schlecht ist, aber viel besser sein könnte.

Diese Berechnungen sind alle sehr grob, sollten sich aber im Ballpark befinden, wenn die Annahmen stimmen. EE Times geht davon aus , dass 5% der Zeit, die gesendet wird, im oberen Bereich liegen, und meine Schätzung von 2 Sekunden / Minute liegt bei ungefähr 3,33%.

Bluetooth Low Energy (BLE) ist möglicherweise praktikabler. Auf dieser Seite wird eine Leistung von 10 mW für eine Reichweite von 77 m vorgeschlagen, was einer Batterielebensdauer von 1 Jahr (genauer gesagt 325 Tage!) entspricht. Dies würde jedoch eine neue Hardware erfordern, was zugegebenermaßen ein Nachteil ist.

Wie ich in einem Kommentar erwähnte, scheint diese Art der Einrichtung perfekt für ein Mesh-Netzwerk zu sein, und dies sollte Ihre Reichweitenanforderungen erheblich reduzieren, da Sie nicht 30 Meter zum Hub, sondern nur 2 oder 3 Meter zum nächsten Bienenstock übertragen müssen . In diesem Fall könnten Sie wahrscheinlich mit einem weniger leistungsstarken Radio davonkommen, was die Batterielebensdauer verlängern würde.

Es kann sich lohnen, eines der Mesh-Protokolle wie ZigBee oder das neue BLE Mesh- Protokoll in Betracht zu ziehen , die beide gut zu Ihrem Anwendungsfall passen.

— Aurora0001
quelle

Wie in Ihrem obigen Kommentar erwähnt, war es nach dem Lesen der Beschreibung offensichtlich, dass ein Mesh-Netzwerk die Antwort war. Obwohl das OP nach BT gefragt hat und die Antworten mit BT zusammenhängen, kann es sein, dass er nichts über Mesh-Netzwerke weiß. Ich denke, wir sollten mehr erklären und ihn in diese Richtung drängen. Dies wäre auch für zukünftige Leser informativ. @Bence, beginnt bei Lesen en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg sagt wieder einzusetzen Monica

@Mawg Ich verwende nicht, aber SIM808 bietet BT 3.0. Deshalb habe ich zuerst nach BT gefragt. Ich weiß ein bisschen über Mesh-Netzwerke Bescheid (ZigBee wurde anfangs in der Frage erwähnt), aber wenn Bluetooth das Problem hätte lösen können, hätte ich nicht in ein anderes Modul investiert. Aber es scheint, dass BT 3.0 nicht der richtige Weg ist. Daher würde ich mich über eine ausführliche Antwort insbesondere zu Mesh-Netzwerken oder ZigBee freuen.

— Bence Kaulics

@Mawg Ich habe dieses Bit in erster Linie ausgelassen, weil ich es nicht besonders gut beantworten kann. Deshalb habe ich es ausgelassen, damit jemand anderes es besser anspricht. Wenn Sie (oder jemand anderes) den Mesh-Netzwerkteil direkter ansprechen könnten, würde ich das gerne unterstützen!

— Aurora0001

Ich habe als Reaktion auf Was ist der Unterschied zwischen Bluetooth Low Energy und Bluetooth BR / EDR im Parkmodus einige Aspekte von BLE-Aspekten mit geringem Stromverbrauch dokumentiert ? . Hier ist ein Vorschlag.

Sieht aus wie ein SIM808 hat eine serielle Schnittstelle. Daher schlage ich vor, das SIM808-Modul in eine Dual Mode Class 1 BLE wie den KC-5170 zu integrieren . Ich denke, Sie könnten auch einen Single-Mode-BLE verwenden.

SIM808 Serielle Schnittstelle

KC5170 Serielle Schnittstelle

Oben konfigurieren ist ein Master-Gerät mit BLE-Klasse-1-Single-Mode-Geräten als Slave-Geräten.

Ich schlage vor, ein BLE Class 1 Single-Modul wie das BR-LE4.0-S2A zu verwenden . Ich glaube, eine unbegrenzte Anzahl von Slaves kann mit dem Master verbunden werden (muss bestätigt werden)

Ebenfalls unten ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des BLE-Doppel- und Einzelmodus dargestellt.

BLE Leistungsaufnahme Grafik

Ich schlage vor, Referenzen für zusätzliche Details zu lesen.

Update (22.01.2017) : Basierend auf den bereitgestellten Informationen ist nicht sicher, ob die verfügbaren GPIOs, SPI-Bit-Banging, eine weitere Option für die Verbindung zum SPI-basierten BLE-Modul darstellen. Ein I2C Base Big Banging Tutorial ist als Referenz beigefügt.

Eine weitere Option ist die Verwendung von BLE SOC wie TI CC2640 , das I2C unterstützt. Der Kompromiss ist, dass das Gerät ein Gerät der Klasse 2 ist.

_{Klicken Sie auf das Bild für eine größere Version des Bildes.}

Verweise

— Mahendra Gunawardena
quelle

Diese vorgeschlagene BLE liegt über BT 3.0 (was vernünftig erscheint), befasst sich jedoch nicht mit der Frage, ob ein Mesh-Protokoll besser wäre (ich denke, es ist ähnlich, also könnten Kosten und Vertrautheit der entscheidende Faktor sein).

— Sean Houlihane

Bitte verdeutlichen Sie auf jedem Bild und jeder Abbildung, um welche Quelle es sich handelt, und fügen Sie nicht einfach eine Referenzliste unten hinzu.

— Helmar

Die Hauptplatine ist bereits hergestellt. Ich kann also entweder mit BT 3.0 oder etwas, das über I2C angeschlossen werden kann, gehen, das sind für mich die bereits erwähnten Möglichkeiten.

— Bence Kaulics

@Helmar, das habe ich hier genauer erklärt . Es tut mir leid, aber ich habe keine Zeit, um die Bemühungen eines Freiwilligen zu verdoppeln. Aber die Recherchen wurden durchgeführt und die Referenzen für die Interessierten verlinkt. Es tut mir leid, keine Freizeit mehr.

— Mahendra Gunawardena

@SeanHoulihane Alles, was ich getan habe, ist, einige meiner Forschungen zum Stromverbrauch zu teilen, um OP bei der Entscheidung zu helfen. In der Technik spielen viele technische und nichttechnische Faktoren eine Rolle für die Durchführung der Änderung. Außerdem glaube ich, dass TI ein Modul hat, mit dem Sie entweder ZigBee- oder BLE-Stapel laden können, was beim Erstellen von HW zu berücksichtigen ist.

— Mahendra Gunawardena