Bluetooth® Low Energy pro IoT a sledování majetku — výhody a osvědčené postupy

Příklad využití Bluetooth^® Low Energy: systém pro sledování majetku  

Systémy, které se běžně používají pro sledování majetku (tedy různých zařízení, inventáře nebo cenných předmětů), mohou fungovat například tak, že se každá sledovaná položka opatří majákem BLE, který je následně detekován branami BLE, strategicky rozmístěnými po celém objektu a nasbíraná data jsou předávána do cloudové služby nebo na místní server k dalšímu zpracování. Systémový přístup umožňuje efektivní sledování, správu a zabezpečení majetku, což vede k optimalizaci provozních nákladů a zvýšení efektivity.

Maximální počet BLE majáků a rychlost detekce

Pro praktické využití je důležité vědět, kolik majáků současně lze použít a jak rychle je lze detekovat.

Co se týče maximálního počtu majáků, nedá se předem říct konkrétní limit jejich počtu v daném prostoru, protože to výrazně závisí na okolních podmínkách. Obecně se doporučuje omezit počet aktivních majáků v jedné oblasti na přibližně 100 nebo méně, aby se zmírnilo přetížení systému a jejich vzájemného rušení.

Experiment pro zjištění rychlosti a spolehlivosti detekce

Pro ilustraci jsme vytvořili simulaci systému pro sledování majetku. Abychom zjistili, jak rychle a spolehlivě lze detekce dosáhnout, rozhodli jsme se provést experiment s následujícími cílem:  

Určit dobu skenování potřebnou k detekci majáků

1. v závislosti na jejich vzdálenosti od brány a

2. v závislosti na periodě jejich vysílání.  

Parametry testu

10 majáků na bázi nRF52840 a jedna brána na bázi ESP32.  
(Pozn.: během testů se v oblasti nacházelo také 20-25 dalších zařízení BLE, které měly vliv na výsledky měření.)

První fáze

BLE Majáky jsme umístili ve vzdálenosti 1 metr od brány a nakonfigurovali tak, aby vyslaly advertising packet každou 1 sekundu.  

BLE Bránu jsme nakonfigurovali tak, aby skenovala okolní zařízení po dobu 1 sekundy. Po dokončení skenování byla vyhodnocena účinnost: kolik ze všech přítomných zařízení bylo detekováno.  

Dále byly intervaly skenování prodlužovány postupně až na 8 sekund a pokaždé byla vyhodnocena účinnost.

Poté byly majáky přemístěny do jiné vzdálenosti. Stejný experiment byl proveden pro vzdálenosti 2 m, 3 m, 5 m a pak také pro majáky umístěné za stěnou ve vedlejší místnosti.

Výsledek pokusu

K detekci majáku s periodou vysílání 1 s ve vzdálenosti 5 m od brány je zapotřebí minimálně 7 sekund skenování.

Druhá fáze

V další fázi byl experiment opakován se zkráceným intervalem vysílání u majáků na 100 ms.

Výsledek pokusu

Zkrácení intervalu mělo dle očekávání významný vliv na pravděpodobnost detekce. Pro vzdálenosti v těsné blízkosti (1-2 m) stačí s frekvencí vysílání 100 ms k úspěšné detekci majáku doba skenování 1 s. Při větších vzdálenostech (jak můžete vidět na grafech) je rozdíl ještě znatelnější.

K detekci majáku s periodou vysílání 100 ms ve vzdálenosti 5 m od brány nám k úspěšné detekci majáků stačí pouze 3 s skenování.

Závěr

Zkrácení intervalu vysílání má sice významný vliv na zkrácení doby skenování, ale zásadně zvyšuje spotřebu elektrické energie.

Díky tomu, že si zjistíme potřebnou periodu vysíláni advertising packetu pro požadovanou dobu skenování, můžeme spočítat odhadovanou spotřebu energie.

K odhadu spotřeby energie lze použít kalkulačku výrobce, například kalkulačku společnosti Nordic Semiconductor, kterou lze nalézt na webových stránkách výrobce.

Podle kalkulačky může průměrná spotřeba při periodě vysílání 100 ms dosáhnout až 113 µA. Při periodě 1 s je však spotřeba pouze 15 µA.  

Při použití standardní baterie CR2032 s kapacitou 230 mAh s periodou vysílání 100ms je životnost baterie přibližně 80 dní a s periodou 1 s téměř 2 roky.

Frekvenci vysílání BLE majáků tak můžeme nakonfigurovat, buď podle požadované životnosti baterie nebo podle potřebné rychlosti a spolehlivosti detekce.