Combinando el poder de Bluetooth de baja energía y LPWA celular para implementaciones de IoT a gran escala

La evolución de la tecnología Bluetooth

Al principio, esta tecnología se usaba generalmente para la transmisión de datos de audio y la transferencia de archivos, pero ha madurado durante los últimos 20 años. En la actualidad, los dispositivos Bluetooth se han convertido en una parte indispensable de nuestra vida y se pueden encontrar en parlantes, auriculares, teléfonos inteligentes, televisores inteligentes, relojes inteligentes, etc.

Además, la tecnología Bluetooth mejora constantemente, por lo que ha evolucionado y es reconocida como uno de los pilares de comunicaciones inalámbricas más importantes para Internet de las cosas (IoT).

Bluetooth es una tecnología de comunicaciones inalámbricas para transmisiones de corto alcance, punto a punto y punto a multipunto, que opera en la banda de radiofrecuencia (RF) de 2,4 GHz designada para uso industrial, científico y médico (ISM) sin licencia para facilitar su uso.

Fue estandarizado dentro del protocolo IEEE 802.15.1 pero ya no mantiene los estándares, sino que está siendo desarrollado y administrado por Bluetooth Special Interests Group (SIG), un grupo de empresas de 35,000 miembros de diferentes áreas de telecomunicaciones, computación, redes y electrónica de consumo.

Tecnología BLE para Internet de las cosas

Aplicaciones

Para satisfacer las necesidades del mercado, las tecnologías inalámbricas continúan transformándose permanentemente. Bluetooth Low Energy (BLE) se introdujo a partir de Bluetooth 4.0 y se diseñó para satisfacer las necesidades de utilización de IoT. En comparación con las funciones clásicas y tradicionales de Bluetooth, BLE está optimizado para ráfagas cortas de transferencia de datos, desde diferentes tipos de sensores.

Proporciona un largo alcance, menor latencia y consumo de energía, mayor rendimiento (hasta 2 Mbps) y acceso IP más adaptable y compatibilidad con redes de malla en comparación con las generaciones anteriores de protocolos Bluetooth. En el campo de IoT industrial y médico, los dispositivos de baja potencia son la columna vertebral del sistema y BLE es más adecuado para esas aplicaciones.

La tecnología BLE está integrada en muchos tipos de dispositivos de IoT aplicables al hogar, el bienestar, los deportes, los juegos y la automatización, la electrónica médica e industrial. Dado que la compatibilidad con versiones anteriores se proporciona con BLE, en general todos los dispositivos nuevos que admiten BLE también admiten el Bluetooth clásico y viceversa.

Redes de malla en BLE

Las funciones de red de malla son excepcionalmente importantes para los casos de uso de IoT. Todo lo contrario de la topología Bluetooth tradicional, donde todos los dispositivos Bluetooth están conectados a un concentrador central o al nodo maestro. En las redes BLE, la topología de malla permite la comunicación mutua entre todos los nodos:dispositivos dentro del rango.

Junto con la compatibilidad con un número casi ilimitado de suscriptores de red en una sola red BLE, esta función amplía la cobertura de la red, aumenta la solidez y, al mismo tiempo, protege la red del único punto de falla.

Cómo Bluetooth y LPWAN celular pueden interactuar para obtener los máximos beneficios

Los dispositivos Bluetooth de baja energía ofrecen varias ventajas para la implementación de dispositivos IoT de baja potencia para una gran variedad de casos de uso y aplicaciones, pero sus deficiencias, como el bajo rango de operatividad y el bajo rendimiento de datos, limitan sus aplicaciones solo a dispositivos de corto alcance.

Para construir un sistema de dispositivos de IoT que sean capaces de superar las deficiencias de las tecnologías de comunicación individuales utilizadas, es más práctico combinar diferentes tecnologías para cubrir las desventajas de cada una y al mismo tiempo agregar las ventajas de cada una de ellas para un sistema final más versátil. de dispositivos.

La conectividad de IoT celular es una de las tecnologías más populares para la industria de IoT debido a sus numerosas ventajas, como largo alcance, alto rendimiento de datos, características de seguridad, facilidad de implementación y más. Supera los inconvenientes de la tecnología BLE.

En un sistema de IoT donde se implementan tanto la conectividad celular como BLE, los dispositivos BLE pueden actuar como la red de comunicación principal que permite que los dispositivos se comuniquen entre sí en una topología de red de malla y al mismo tiempo puedan comunicarse con dispositivos Bluetooth clásicos cercanos, como un Teléfono habilitado con Bluetooth y, al mismo tiempo, reduce el costo por dispositivo en hardware y cargos de red.

El flujo de datos final se puede enviar a Internet con una puerta de enlace celular que actúa como un módem de puerta de enlace entre los nodos BLE e Internet.

Un caso de uso efectivo del uso de BLE emparejado con LPWAN celular es la medición inteligente. En un escenario donde se implementan varios nodos de medidores inteligentes en una localidad, se puede hacer una solución eficiente creando una red de malla entre los diferentes nodos de medidores inteligentes donde cada nodo está conectado con tecnología BLE.

Con todos los dispositivos de nodo conectados con la red de malla BLE, se puede colocar un dispositivo de puerta de enlace con conectividad LPWAN celular como el dispositivo de conectividad de última milla que recibe los datos de la red de malla y los retransmite a la nube. En este escenario, solo se requiere un dispositivo para conectarse activamente a la red celular y comunicarse con la nube, lo que permite una infraestructura de red más eficiente.

Esta simbiosis técnica reúne los beneficios de ambas tecnologías inalámbricas y ofrece una solución de red modular, escalable y adaptable necesaria para la conectividad de IoT. Crea una red de núcleo híbrida, compatible con el rendimiento de topología de malla debido al soporte de la tecnología BLE y, al mismo tiempo, la conectividad celular amplía adicionalmente la cobertura de red disponible y supera los desafíos típicos de la red de malla BLE, como el rango bajo.

Conclusión

Para habilitar la próxima generación de soluciones de IoT, las empresas deberían considerar diferentes opciones de conectividad, incluso conectividad híbrida para aumentar la eficiencia de la red y reducir los costos.

La tecnología Bluetooth Low Energy es una opción prometedora de conectividad de corto alcance para dispositivos IoT con la capacidad de operar junto con opciones de conectividad de largo alcance y alto rendimiento como LPWAN celular que abre una nueva frontera de dispositivos inteligentes que son más pequeños, más eficientes energéticamente. y rentable.

Una relación sinérgica entre las tecnologías BLE y Cellular LPWAN es una de las formas que los habilitadores de IoT aprovecharán en el futuro para habilitar escenarios de casos de uso que no eran factibles hasta ahora.

El autor es Tarun Thomas George, cofundador y director de operaciones de Cavli Wireless.