Bluetooth 3.0は、シングルマスターマルチスレーブネットワークに適していますか？

SIM808を搭載したデータロガーボードがあります。SIM808によるBluetooth 3.0機能を備えています。ボード自体は、重量、湿度、温度の測定を実行できるバッテリー管理システムを実装し、デバイスの変位を検出することもできます。収集されたすべてのデータは、GPRS接続によってリモートサーバーに転送されます。

デバイス自体を蜂の巣に取り付けることはできますが、何百もの巣箱用のSIMカードを持っていると費用対効果が低くなります。したがって、これはGPRS機能のほかにデータロギング機能を持つマスターとしてのみ機能します。

したがって、SIM808モジュールなしでスレーブボードを実装する予定です。そのため、SIM808の代わりに、巣箱間のローカルなワイヤレス通信を可能にするために、シンプルなワイヤレス通信ユニットが必要です。

マスターはすべてのスレーブにデータを照会し、GPRS経由ですべてを転送します。

100個のハイブのみで、次のようになります。

今の可能性ローカル無線通信のために：

Bluetooth。マスターデバイスには既にBluetooth 3.0が搭載されています。しかし、100 kBのデータを100個のスレーブに照会するのにBluetoothが正しい方法であるかどうかは完全にはわかりません。
マスターデバイスにはI2Cバスがあるため、I2C互換のZigBeeまたはスレーブボードに追加できる他のRFモジュールを接続できます。

スレーブから収集可能なデータは、1 kB /クエリを超えません。

つまり、全体としてBluetoothにとどまることができますか、それともZigBeeをデバイスに追加する必要がありますか、それとも他のオプションがありますか？

いくつかの詳細：

範囲は最大30メートルです
また、デバイスはバッテリー駆動であるため、低消費電力のソリューションが適しています
マスターは15分ごとにクエリを実行します

主な目標は、マスターがスレーブを効率的に照会できるようにすることです。これは、マスターのPCBを変更せずに行う必要があります。2つの可能性は、マスターで既に利用可能なBluetooth 3.0、またはオンボードMCUのI2Cバスを介してマスターボードに接続できる他のテクノロジーです。（Bluetoothを使用することを主張していません。SIM808で既にBT 3.0を使用していたため、これが出発点でした。）

networking communication bluetooth

— ベンス・カウリック
ソース

bluetoothは一度に16個のスレーブしかサポートできないという遠い思いがあります。それ以外は、大丈夫だと思われます（そして現実のIoT設計の問題）。範囲を検討しましたか？

— ショーンフーリハネ

制限は7のようですが、ブロッキングの問題ではありません。superuser.com/questions/332767/...

— ショーンHoulihane

範囲（および範囲の将来の保証）は、Bluetoothに関する私の最大の関心事です。将来、物事を移動したり、より多くのハイブを展開したりすることに決めた場合、かなり早くトラブルに直面することになります。これを構築していた場合、ハブとしてel-cheapo Android電話機を、各ハイブでESP8266を選択すると思います。これにより、すべてのローカル通信がWiFiに移行し、アップグレードが必要になった場合に高度に交換可能な部品が提供されます。

— 17:16にグーバーリング

この場合、Bluetoothは貧弱な解決策のように思えます-問題は私にメッシュネットワークを叫ぶだけです（ZigBeeはおそらくうまくいくでしょう）。必要な範囲が30mの場合、深刻な電力使用量を調べている可能性があります（こちらの表を参照）。使用頻度が100mWの場合、送信頻度に応じて、数時間または数日間のバッテリー寿命を見ていることになります。どんな種類のバッテリーを正確に考えていますか？

— Aurora0001

BTLEは、長期的にバッテリーで駆動する必要があるノードでは、おそらく従来のBTよりも適していますが、30メートルはどちらの場合でも信頼性を伸ばすためのものです。送信する必要のあるデータの量に応じて、おそらくThing Networkスタイルのゲートウェイを使用したLoRaを検討することができます。

— クリスストラットン

回答:

あるいは、ワイヤレスハート（Highway Addressable Remote Transducer）を検討する価値があるかもしれません。これは、802.15.4標準を使用する2.4GHz（ライセンスフリーの周波数帯域）スマートメッシュネットワークテクノロジーです。WHartは、直接シーケンススペクトラム拡散テクノロジーを使用し、少なくとも3つの主要コンポーネントを必要とします。つまり、ワイヤレスデバイス、ゲートウェイ、およびネットワークマネージャーです。

_{画像を拡大するには、画像をクリックしてください。}

さらに、ネットワークに応じて、セキュリティマネージャー、アダプター、およびハンドヘルド端末を追加できます。

ダストネットワークにはSOCオプションがあり、その一部にはI2Cインターフェイスがあります。以下の添付は、データシートの一部へのリンクです。残念ながら、この技術に関する私の知識はかなり限られているため、さらなる研究が必要です。

参照資料

— マヘンドラ・グナワルデナ
ソース

電力使用量の観点から見ると、Bluetooth 3.0は制約があるため、実行可能な選択肢のようには見えません。

1分ごとに2秒間データを送信し、残りの時間はスリープ状態にしたいとします。30メートルの範囲要件を考えると、おそらくクラス1 Bluetooth無線を使用する必要があります。

クラス1、主に産業ユースケース用、[最大範囲] 100メートル（300フィート）。Bluetoothマーケティングは、クラス1の範囲がほとんどの場合20〜30メートル（66〜98フィート）であることを認定しています

無線伝送のための明確な経路が存在しない状況で、おそらく困難な無線環境で、より低い範囲が発生すると想像します。外では、これは問題ではないと思います。

したがって、上記が真であると仮定すると、送信フェーズ中に約100mWで30分の1時間送信します。

したがって、1時間あたり、約0.00333 Whのエネルギーを消費します。比較のために、「長寿命」アルカリ単三電池は約2.6 Whのエネルギーを保存します。したがって、バッテリーはBluetooth 3.0で約30日間持ちますが、これはそれほど悪くはありませんが、もっと良くなる可能性があります。

これらの計算はすべて非常に大まかなものですが、仮定が正しい場合は大まかな範囲に収まるはずです。EE Timesは、送信時間の5％がハイエンドであることを示唆しており、2秒/分の推定値は約3.33％です。

Bluetooth Low Energy（BLE）の方が実行可能性が高い場合があります。このページでは、77mの範囲で10mWの電力を提案しています。これにより、1年（325日、より正確に！）に近いバッテリー寿命が得られます。ただし、これには新しいハードウェアが必要になるため、明らかに不利です。

私はコメントで述べたように、セットアップのこの種は、メッシュネットワークのための完璧なようで、それがなければならないあなたが次の蜂の巣に、ハブにちょうど2または3メートルを30メートルを送信する必要がないので、大幅にあなたの範囲の要件を軽減します。その場合、バッテリーの寿命を節約するために、おそらくそれほど強力でないラジオで逃げることができます。

ZigBeeなどのメッシュプロトコルまたは新しいBLE Meshプロトコルのいずれかを検討する価値があるかもしれません。どちらも使用事例に適しています。

— オーロラ0001
ソース

上記のコメントによると、説明を読むとすぐに、メッシュネットワークが答えであることは明らかでした。OPはBTについて質問し、回答はBTに関連していますが、メッシュネットワークについては知らない可能性があります。もっと説明し、彼をその方向に押しやるべきだと思います。これは、将来の読者にとっても有益です。@ Bence、en.wikipedia.org

— wiki / Mesh_networkingで

@Mawgは使用していませんが、SIM808はBT 3.0を提供しているため、BTについて最初に尋ねました。私はメッシュネットワークについて少し知っています（ZigBeeが最初に質問で言及しました）が、Bluetoothが問題を解決できた場合、別のモジュールには投資しませんでした。しかし、BT 3.0はその方法ではないようです。そこで、メッシュネットワークまたは特にZigBeeに関する詳細な回答を歓迎します。

— ベンスカウリックス

@Mawg私が特にうまく答えられるものではないので、私は主にそのビットを省きました。あなた（または他の誰か）がメッシュネットワークの部分をより直接的に解決できれば、喜んで賛成します！

— Aurora0001

私はへの応答として文書BLE低消費電力の側面のいくつかの側面を持っているのBluetooth低エネルギーとBluetooth BR / EDRとの差が、パークモードになっていますか？。ここに提案があります。

SIM808にはシリアルインターフェイスがあるようです。そのため、SIM808モジュールをKC-5170などのデュアルモードクラス1 BLEと統合することをお勧めします。シングルモードBLEも使用できると思います。

SIM808シリアルインターフェイス

KC5170シリアルインターフェイス

上記の構成は、スレーブデバイスとしてBLEクラス1シングルモードデバイスを備えたマスターデバイスです。

BR-LE4.0-S2AなどのBLEクラス1シングルモジュールの使用をお勧めします。私はマスターに無制限の量のスレーブを接続できると信じています（コンフォメーションが必要です）

以下は、BLEデュアルおよびシングルモードの簡略化されたブロック図です。

BLE消費電力グラフ

詳細については、参考文献を読むことをお勧めします。

更新（2017年1月22日）：提供された情報に基づいて、利用可能なGPIOが十分に確認されていないため、SPIビットバンギングは、SPIベースのBLEモジュールに接続する別のオプションになる可能性があります。参照用にI2Cベースのビッグバンギングチュートリアルが添付されています。

別のオプションは、I 2CをサポートするTI CC2640などのBLE SOCを使用することです。妥協点は、デバイスがクラス2デバイスであることです。

_{画像を拡大するには、画像をクリックしてください。}

参照資料

— マヘンドラ・グナワルデナ
ソース

これはBT 3.0（合理的と思われる）より上のBLEを提案しましたが、メッシュプロトコルの方が良いかどうかの問題には対応していません（似ていると思うので、コストと親しみが決定要因になる可能性があります）。

— ショーンフーリハネ

下部に参考文献のリストを追加するだけでなく、各写真とソースが何であるかを明確にしてください。

— ヘルマー

マスターボードはすでに製造されています。したがって、BT 3.0またはI2Cを介して接続できるもののいずれかを使用できます。これらは既に述べた可能性です。

— ベンスカウリックス

@Helmar、これについてはここで詳しく説明しました。申し訳ありませんが、ボランティア活動のために努力を複製する自由時間はありません。しかし、研究は行われ、参考文献は興味のある人にリンクされています。すみません、もう暇はありません。

— マヘンドラグナワルデナ

@SeanHoulihane私がやったことは、OPが決定を下せるようにするために、主に電力消費に関する私の研究の一部を共有することです。エンジニアリングには、変更を行うために関与する多くの技術的および非技術的要因があります。また、TIにはZigbeeまたはBLEスタックのいずれかをロードできるモジュールがあり、HWを構築する際に検討する必要があると思います。

— マヘンドラグナワルデナ