Le Bluetooth 3.0 est-il adapté à un réseau à plusieurs esclaves à maître unique?

J'ai une carte d'enregistrement de données avec un SIM808 dessus. Il a la capacité Bluetooth 3.0 par le SIM808. La carte elle-même met en œuvre un système de gestion de batterie, capable d'effectuer des mesures de poids, d'humidité et de température et peut également détecter les déplacements de l'appareil. Toutes les données collectées sont transférées par connexion GPRS vers un serveur distant.

L'appareil lui-même peut être installé dans des ruches, mais il ne serait pas rentable d'avoir une carte SIM pour des centaines de ruches. Donc, cela agira uniquement en tant que maître , qui a des capacités d'enregistrement de données ainsi que la capacité GPRS.

Ainsi, je prévois d'implémenter des cartes esclaves sans les modules SIM808. Ainsi, au lieu du SIM808, une simple unité de communication sans fil est nécessaire pour permettre une communication locale sans fil entre les ruches.

Le maître interrogerait tous les esclaves pour leurs données, puis il transfèrerait tout via GPRS.

Cela devrait ressembler à ça, seulement avec une centaine de ruches:

Maintenant, les possibilités de communication sans fil locale:

Bluetooth, comme je l'ai dit, l'appareil maître dispose déjà de Bluetooth 3.0. Mais je ne suis pas tout à fait sûr que Bluetooth soit le bon moyen d'interroger une centaine d'esclaves pour 1 Ko de données.
L'appareil maître a un bus I2C, donc je peux connecter un ZigBee compatible I2C ou un autre module RF qui pourrait également être ajouté aux cartes esclaves.

Les données collectables des esclaves ne dépasseront pas 1 Ko / requête.

Donc, dans l'ensemble, puis-je rester sur Bluetooth ou dois-je ajouter ZigBee par exemple à mes appareils ou existe-t-il d'autres options?

Quelques détails supplémentaires:

la portée est de 30 mètres max
également comme les appareils sont alimentés par batterie, une solution à faible consommation d'énergie serait bonne
le maître exécuterait une requête toutes les 15 minutes

L'objectif principal est de rendre le maître capable d'interroger les esclaves efficacement, et cela doit être fait sans modifier le PCB du maître . Les deux possibilités sont Bluetooth 3.0, qui est déjà disponible pour le maître, ou d'autres technologies que je peux connecter à la carte maître via le bus I2C du MCU embarqué. (Je n'insiste pas sur l'utilisation du Bluetooth, c'était le point de départ car j'avais déjà un BT 3.0 par le SIM808.)

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
source

J'ai une pensée lointaine que le bluetooth ne peut prendre en charge que 16 esclaves à la fois. À part cela, cela semble OK (et un bon problème de conception IoT dans le monde réel). Avez-vous envisagé la portée?

— Sean Houlihane

Il semble que la limite soit de 7, mais ce n'est pas un problème de blocage. superuser.com/questions/332767/…

— Sean Houlihane

La portée (et la pérennité de la portée) serait ma principale préoccupation avec Bluetooth. Si vous décidez de déplacer les choses à l'avenir ou de déployer plus de ruches, vous pourriez vous retrouver en difficulté assez rapidement. Si je construisais cela, je pense que j'opterais pour un téléphone Android el-cheapo comme hub et un ESP8266 à chaque ruche. Cela déplacerait toutes vos communications locales vers le WiFi et vous fournirait des pièces hautement remplaçables si jamais vous deviez mettre à niveau.

— goobering

Bluetooth semble être une mauvaise solution dans ce cas - le problème me crie simplement le réseau maillé (ZigBee fonctionnerait probablement bien). Si la portée requise est de 30 m, vous envisagez peut-être une consommation d'énergie sérieuse (voir le tableau ici ). À une utilisation de 100 mW, vous pensez à de simples heures ou jours d'autonomie, je suppose, en fonction de la fréquence de transmission. À quelle sorte de piles pensez-vous exactement?

— Aurora0001

Le BTLE serait probablement mieux adapté que le BT classique pour les nœuds qui doivent être alimentés par batterie à long terme, mais 30 mètres seront un tronçon de fiabilité pour les deux. Selon la quantité de données que vous devez envoyer, vous pouvez envisager LoRa, éventuellement avec une passerelle de style Thing Network, la vôtre ou s'il y en a déjà une à portée.

— Chris Stratton

Réponses:

Alternativement, il pourrait être utile de considérer le sans fil Hart (Highway Addressable Remote Transducer) . Il s'agit d'une technologie de réseau maillé intelligent 2,4 GHz (bande de fréquence sans licence) qui utilise la norme 802.15.4. WHart utilise la technologie de spectre étalé à séquence directe et nécessite au moins trois composants principaux. À savoir les appareils sans fil, la passerelle et le gestionnaire de réseau.

_{Cliquez sur l'image pour une version agrandie de l'image.}

En outre, selon le réseau, le gestionnaire de sécurité, les adaptateurs et les terminaux portables peuvent être ajoutés.

Le réseau Dust propose une option SOC et certains d'entre eux ont une interface I2C. Vous trouverez ci-dessous un lien vers une partie de la fiche technique. Malheureusement, mes connaissances sur cette technologie sont assez limitées et justifient donc des recherches supplémentaires.

Les références

— Mahendra Gunawardena
source

Du point de vue de la consommation d'énergie, Bluetooth 3.0 ne semble pas être un choix viable, compte tenu de vos contraintes.

Supposons que vous souhaitiez transmettre des données pendant 2 secondes toutes les minutes, puis dormir le reste du temps. Compte tenu de vos exigences de portée de 30 mètres, vous devrez probablement utiliser une radio Bluetooth de classe 1 :

La classe 1, principalement pour les cas d'utilisation industrielle, [a une portée allant jusqu'à] 100 mètres (300 pieds). Le marketing Bluetooth qualifie la portée de la classe 1 dans la plupart des cas de 20 à 30 mètres (66 à 98 pieds)

J'imagine que la plage inférieure se produirait dans des situations où il n'y avait pas de chemin clair pour les transmissions radio, et peut-être dans des environnements radio difficiles. Dehors, j'imagine que c'est moins un problème.

Donc, en supposant que ce qui précède est vrai: vous émettrez pendant 1 / 30ème d'heure, à environ 100 mW pendant la phase de transmission.

Par conséquent, par heure, vous consommerez environ 0,00333 Wh d'énergie. À titre de comparaison, une pile alcaline AA à longue durée de vie stocke environ 2,6 Wh d'énergie . Par conséquent, votre batterie durerait environ 30 jours avec Bluetooth 3.0 , ce qui n'est pas vraiment mauvais, mais pourrait être beaucoup mieux.

Ces calculs sont tous très approximatifs, mais ils devraient être dans l'ombre si les hypothèses sont correctes. EE Times suggère que 5% du temps de transmission est sur le haut de gamme, et mon estimation de 2 secondes / minute est d'environ 3,33%.

Le Bluetooth Low Energy (BLE) pourrait être plus viable; cette page propose une puissance de 10mW pour une portée de 77m, ce qui donnerait une autonomie de batterie plus proche de 1 an (325 jours, plus précisément!). Cependant, cela nécessiterait un nouveau matériel, ce qui est, il est vrai, un inconvénient.

Comme je l'ai mentionné dans un commentaire, ce type de configuration semble parfait pour un réseau maillé, et cela devrait réduire considérablement vos exigences de portée, car vous n'aurez pas à transmettre 30 mètres au concentrateur, seulement 2 ou 3 mètres à la prochaine ruche . Dans ce cas, vous pourriez probablement vous en sortir avec une radio beaucoup moins puissante, ce qui permettrait d'économiser la batterie.

Il peut être utile d'envisager l'un des protocoles de maillage tels que ZigBee ou le nouveau protocole de maillage BLE , qui conviendraient tous les deux à votre cas d'utilisation.

— Aurora0001
source

Selon votre commentaire ci-dessus, dès que j'ai lu la description, il était évident qu'un réseau maillé était la réponse. Bien que l'OP ait posé des questions sur BT et que les réponses soient liées à BT, il se peut qu'il ne connaisse pas les réseaux maillés. Je pense que nous devrions expliquer davantage et le pousser dans cette direction. Ce serait également instructif pour les futurs lecteurs. @Bence, commencez à lire sur en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg dit de réintégrer Monica le

@Mawg Je n'utilise pas mais SIM808 propose BT 3.0, c'est pourquoi j'ai d'abord posé des questions sur BT. Je connais un peu les réseaux maillés (ZigBee mentionné initialement dans la question), mais si Bluetooth aurait pu résoudre le problème, je n'aurais pas investi dans un autre module. Mais il semble que BT 3.0 ne soit pas la solution. Je souhaiterais donc une réponse détaillée sur les réseaux maillés ou ZigBee en particulier.

— Bence Kaulics

@Mawg J'ai principalement laissé de côté ce bit parce que ce n'est pas quelque chose auquel je peux répondre particulièrement bien, donc je l'ai laissé à quelqu'un d'autre pour qu'il s'adresse plus correctement. Si vous (ou quelqu'un d'autre) pouviez vous adresser plus directement à la partie du réseau maillé, je voterais avec plaisir!

— Aurora0001

J'ai documenté certains aspects des aspects de faible puissance BLE en réponse à Quelle est la différence entre Bluetooth Low Energy et Bluetooth BR / EDR en mode Park? . Voici une suggestion.

On dirait qu'un SIM808 a une interface série. Je suggère donc d'intégrer le module SIM808 avec un BLE bimode de classe 1 tel que le KC-5170 . Je pense que vous pouvez également utiliser un BLE monomode.

Interface série SIM808

Interface série KC5170

La configuration ci-dessus est un appareil maître, avec des appareils monomode BLE classe 1 comme appareils esclaves.

Je suggère d'utiliser un module simple BLE Classe 1 tel que le BR-LE4.0-S2A . Je crois qu'un nombre illimité d'esclaves peut être connecté au maître (nécessite une conformation)

Vous trouverez également ci-dessous un schéma de principe simplifié du mode double et unique BLE.

Graphique de consommation d'énergie BLE

Je suggère de lire les références pour plus de détails.

Mise à jour (1/22/2017) : Sur la base des informations fournies, pas trop sûr du GPIO disponible, le banging SPI pourrait être une autre option pour se connecter au module BLE basé sur SPI. Un tutoriel de base sur le big banging I2C est joint pour référence.

Une autre option consiste à utiliser BLE SOC tel que TI CC2640 , qui prend en charge I2C. Le compromis est que l'appareil est un appareil de classe 2.

_{Cliquez sur l'image pour une version agrandie de l'image.}

Les références

— Mahendra Gunawardena
source

Ce BLE proposé au-dessus de BT 3.0 (ce qui semble raisonnable), mais ne résout pas la question d'un protocole maillé serait meilleur (je suppose qu'il est similaire, donc le coût et la familiarité pourraient être le facteur décisif).

— Sean Houlihane

Veuillez clarifier sur chaque image et imaginer quelle est la source plutôt que d'ajouter simplement une liste de références en bas.

— Helmar

La carte mère est déjà fabriquée. Je peux donc aller soit avec BT 3.0 ou quelque chose qui peut être connecté via I2C, ce sont les possibilités déjà mentionnées pour moi.

— Bence Kaulics

@ Helmar, je l'ai expliqué plus en détail ici . Désolé, je n'ai pas de temps libre pour dupliquer l'effort pour un effort bénévole. Mais la recherche a été faite, et les références liées pour les intéressés. Je suis désolé, plus de temps libre.

— Mahendra Gunawardena

@SeanHoulihane Tout ce que j'ai fait, c'est partager certaines de mes recherches principalement sur la consommation d'énergie, pour aider OP à prendre une décision. En ingénierie, de nombreux facteurs techniques et non techniques jouent un rôle dans le changement. Je pense aussi que TI a un module que vous pouvez charger soit Zigbee soit BLE qui est quelque chose à considérer lors de la construction de HW.

— Mahendra Gunawardena