Bluetooth 3.0 è adatto per una rete multi-master single-master?

Ho una scheda di registrazione dati con una SIM808 su di essa. Dispone della funzionalità Bluetooth 3.0 del SIM808. La scheda stessa implementa un sistema di gestione della batteria, in grado di eseguire misurazioni di peso, umidità e temperatura e di rilevare anche gli spostamenti del dispositivo. Tutti i dati raccolti vengono trasferiti tramite connessione GPRS a un server remoto.

Il dispositivo stesso può essere installato negli alveari, ma non sarebbe conveniente avere una scheda SIM per centinaia di alveari. Quindi questo agirà solo come un master , che ha capacità di registrazione dei dati oltre alla funzionalità GPRS.

Pertanto, sto progettando di implementare schede slave senza i moduli SIM808. Quindi, invece della SIM808, è necessaria una semplice unità di comunicazione wireless per abilitare la comunicazione wireless locale tra gli alveari.

Il master avrebbe interrogato tutti gli slave per i loro dati e poi avrebbe trasferito tutto tramite GPRS.

Dovrebbe assomigliare a questo, solo con un centinaio di alveari:

Ora le possibilità per la comunicazione wireless locale:

Bluetooth, come ho già detto, il dispositivo master ha già Bluetooth 3.0. Ma non sono del tutto sicuro che il Bluetooth sia il modo giusto per interrogare un centinaio di slave per 1 kB di dati.
Il dispositivo master ha un bus I2C, quindi posso collegare ZigBee compatibile I2C o altri moduli RF che potrebbero essere aggiunti anche alle schede slave.

I dati raccolti dagli slave non supereranno 1 kB / query.

Quindi, tutto sommato, posso rimanere su Bluetooth o dovrei aggiungere ZigBee ad esempio ai miei dispositivi o ci sono altre opzioni?

Qualche dettaglio in più:

la portata è di massimo 30 metri
inoltre, poiché i dispositivi sono alimentati a batteria, una soluzione con un basso consumo energetico sarebbe buona
il master eseguiva una query ogni 15 minuti

L'obiettivo principale è rendere il master in grado di interrogare gli slave in modo efficiente, e questo dovrebbe essere fatto senza modificare il PCB del master . Le due possibilità sono Bluetooth 3.0, che è già disponibile per il master, o altre tecnologie che posso collegare alla scheda master tramite il bus I2C dell'MCU di bordo. (Non insisto sull'uso del Bluetooth, è stato il punto di partenza perché avevo già un BT 3.0 con il SIM808.)

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
fonte

Ho una lontana idea che il bluetooth possa supportare solo 16 slave contemporaneamente. A parte questo, sembra OK (e un buon problema di progettazione dell'IoT nel mondo reale). Hai preso in considerazione l'intervallo?

— Sean Houlihane,

Sembra che il limite sia 7, ma non è un problema di blocco. superuser.com/questions/332767/…

— Sean Houlihane

La portata (e la protezione del futuro della portata) sarebbe la mia principale preoccupazione con il Bluetooth. Se decidi di spostare le cose in futuro o di distribuire più alveari, potresti ritrovarti a trovarti nei guai abbastanza rapidamente. Se stavo costruendo questo penso che opterei per un telefono Android el-cheapo come hub e un ESP8266 ad ogni alveare. Ciò sposterebbe tutte le tue comunicazioni locali su WiFi e ti fornirà parti altamente sostituibili se dovessi mai aver bisogno di aggiornare.

— goobering

In questo caso il Bluetooth sembra una soluzione scadente - il problema mi urla solo una rete mesh (ZigBee probabilmente funzionerebbe bene). Se l'intervallo richiesto è di 30 m, è possibile che si stia osservando un consumo di energia grave (vedere la tabella qui ). Con 100mW di utilizzo, sospetto che si verifichino solo ore o giorni di autonomia, a seconda della frequenza di trasmissione. A che tipo di batterie stai pensando esattamente?

— Aurora0001

Il BTLE sarebbe probabilmente una soluzione migliore rispetto al BT classico per i nodi che devono essere alimentati a batteria a lungo termine, ma 30 metri saranno un allungamento per l'affidabilità con entrambi. A seconda della quantità di dati che è necessario inviare, è possibile prendere in considerazione LoRa, possibilmente con un gateway in stile Thing Network, il proprio o se ce n'è già uno nel raggio di azione.

— Chris Stratton,

Risposte:

In alternativa, potrebbe valere la pena prendere in considerazione Hart wireless (Highway Addressable Remote Transducer) . Questa è una tecnologia di rete Smart mesh da 2,4 GHz (licenza senza frequenza) che utilizza lo standard 802.15.4. WHart utilizza la tecnologia dello spettro di diffusione a sequenza diretta e necessita di almeno tre componenti principali. Vale a dire dispositivi wireless, gateway e gestore di rete.

_{Fare clic sull'immagine per una versione più grande dell'immagine.}

Inoltre, a seconda della rete, è possibile aggiungere il gestore della sicurezza, gli adattatori e i terminali portatili.

La rete antipolvere offre un'opzione SOC e alcuni di essi hanno un'interfaccia I2C. Allega di seguito i collegamenti ad alcuni dei fogli dati. Sfortunatamente le mie conoscenze su questa tecnologia sono piuttosto limitate, quindi giustificare ulteriori ricerche.

Riferimenti

— Mahendra Gunawardena
fonte

Dal punto di vista del consumo energetico, Bluetooth 3.0 non sembra una scelta praticabile, dati i tuoi vincoli.

Supponiamo che tu voglia trasmettere i dati per 2 secondi ogni minuto, quindi dormire per il resto del tempo. Dati i requisiti di portata di 30 metri, sarà probabilmente necessario utilizzare una radio Bluetooth di classe 1 :

Classe 1, principalmente per i casi di uso industriale, [ha una portata fino a] 100 metri (300 piedi). Bluetooth Marketing qualifica che la gamma di Classe 1 è nella maggior parte dei casi 20-30 metri (66–98 piedi)

Immagino che la gamma inferiore si verificherebbe in situazioni in cui non c'era un percorso chiaro per le trasmissioni radio e forse in ambienti radio difficili. All'esterno, immagino che questo sia meno un problema.

Quindi, supponendo che quanto sopra sia vero: si trasmetterà per 1/30 di ora, a circa 100mW durante la fase di trasmissione.

Quindi, all'ora, consumerai circa 0,00333 Wh di energia. Per fare un confronto, una batteria alcalina AA "a lunga durata" immagazzina circa 2,6 Wh di energia . Pertanto, la batteria dovrebbe durare circa 30 giorni con Bluetooth 3.0 , che non è davvero male, ma potrebbe essere molto meglio.

Questi calcoli sono tutti molto approssimativi, ma dovrebbero essere nel campo di gioco se le ipotesi sono corrette. EE Times suggerisce che il 5% del tempo di trasmissione è di fascia alta e la mia stima di 2 secondi / minuto è di circa il 3,33%.

Bluetooth Low Energy (BLE) potrebbe essere più praticabile; questa pagina suggerisce una potenza di 10mW per una portata di 77m, che darebbe una durata della batteria più vicina a 1 anno (325 giorni, più precisamente!). Tuttavia, ciò richiederebbe un nuovo hardware, che è, certamente, uno svantaggio.

Come ho detto in un commento, questo tipo di configurazione sembra perfetto per una rete mesh e ciò dovrebbe ridurre significativamente i requisiti di portata, dal momento che non dovrete trasmettere 30 metri all'hub, solo 2 o 3 metri all'alveare successivo . In tal caso, probabilmente potresti cavartela con una radio molto meno potente, che risparmierebbe la durata della batteria.

Potrebbe valere la pena considerare uno dei protocolli mesh come ZigBee o il nuovo protocollo BLE Mesh , che si adatterebbe bene al caso d'uso.

— Aurora0001
fonte

Come per il tuo commento sopra, non appena ho letto la descrizione era ovvio che una rete mesh era la risposta. Sebbene l'OP abbia chiesto informazioni su BT e le risposte siano relative a BT, è possibile che non sia a conoscenza delle reti mesh. Penso che dovremmo spiegare di più e spingerlo in quella direzione. Questo sarebbe anche informativo per i futuri lettori. @Bence, inizia a leggere su en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg dice di reintegrare Monica il

@Mawg non uso ma SIM808 offre BT 3.0, ecco perché ho chiesto prima di tutto BT. Conosco un po 'le reti mesh (ZigBee inizialmente menzionato nella domanda), ma se il Bluetooth avesse risolto il problema non avrei investito in un altro modulo. Ma sembra che BT 3.0 non sia la strada giusta. Quindi accolgo con favore una risposta dettagliata sulle reti mesh o ZigBee in particolare.

— Bence Kaulics il

@Mawg Ho principalmente lasciato quel bit fuori perché non è qualcosa a cui posso rispondere particolarmente bene, quindi l'ho lasciato fuori perché qualcun altro si rivolgesse più correttamente. Se tu (o qualcun altro) potessi indirizzare la parte della rete mesh in modo più diretto, sarei felice di votarlo!

— Aurora0001

Ho documentato alcuni aspetti degli aspetti BLE a basso consumo come risposta a Qual è la differenza tra Bluetooth Low Energy e Bluetooth BR / EDR in modalità parcheggio? . Ecco un suggerimento.

Sembra che un SIM808 abbia un'interfaccia seriale. Quindi suggerisco di integrare il modulo SIM808 con un Dual Mode Class 1 BLE come KC-5170 . Penso che potresti usare anche una modalità singola BLE.

Interfaccia seriale SIM808

Interfaccia seriale KC5170

Configurare sopra è un dispositivo master, con dispositivi in modalità singola BLE Classe 1 come dispositivi slave.

Suggerisco di utilizzare un singolo modulo BLE Classe 1 come BR-LE4.0-S2A . Credo che un numero illimitato di schiavi possa essere collegato al master (necessita di conformazione)

Di seguito è riportato anche lo schema a blocchi semplificato della modalità doppia e singola BLE.

Grafico consumo energetico BLE

Suggerisco di leggere i riferimenti per ulteriori dettagli.

Aggiornamento (1/22/2017) : in base alle informazioni fornite non troppo sicuro dei GPIO disponibili, il bit banging SPI potrebbe essere un'altra opzione per connettersi al modulo BLE basato su SPI. Un tutorial di Big Banging di base I2C è allegato per riferimento.

Un'altra opzione è quella di utilizzare BLE SOC come TI CC2640 , che supporta I2C. Il compromesso è che il dispositivo è un dispositivo di classe 2.

_{Fare clic sull'immagine per una versione più grande dell'immagine.}

Riferimenti

— Mahendra Gunawardena
fonte

Ciò ha proposto BLE sopra BT 3.0 (che sembra ragionevole), ma non affronta la questione di un protocollo mesh migliore (suppongo che sia simile, quindi il fattore decisivo potrebbe essere il costo e la familiarità).

— Sean Houlihane,

Si prega di chiarire su ogni immagine e immagine qual è la fonte piuttosto che aggiungere semplicemente un elenco di riferimenti in fondo.

— Helmar

La scheda madre è già prodotta. Quindi posso andare con BT 3.0 o qualcosa che può essere collegato tramite I2C, queste sono le possibilità già menzionate per me.

— Bence Kaulics,

@Helmar, l'ho spiegato in modo più dettagliato qui . Mi dispiace non ho tempo libero per duplicare lo sforzo per uno sforzo volontario. Ma la ricerca è stata fatta e i riferimenti sono collegati per gli interessati. Mi dispiace, niente più tempo libero.

— Mahendra Gunawardena,

@SeanHoulihane Tutto quello che ho fatto è stato condividere alcune delle mie ricerche principalmente sul consumo di energia, per aiutare OP a prendere una decisione. In ingegneria ci sono molti fattori tecnici e non tecnici che contribuiscono a fare il cambiamento. Inoltre, penso che TI abbia un modulo che puoi caricare nello stack Zigbee o BLE che è qualcosa da considerare quando si costruisce HW.

— Mahendra Gunawardena,