Aplikasi Bluetooth IoT: Dari BLE ke Mesh

Dari metode untuk menghubungkan periferal PC, teknologi Bluetooth telah berkembang menjadi solusi konektivitas IoT yang ampuh untuk aplikasi domestik dan industri. Namun, Bluetooth hanya dapat digunakan pada aplikasi tertentu.

 

Bluetooth sangat penting untuk Internet of Things karena memungkinkan untuk mentransfer data di berbagai jaringan mesh. Bahkan jika Anda tidak tahu persis bagaimana Bluetooth untuk Internet of Things bekerja atau aplikasi mana yang paling cocok, Anda mungkin tahu beberapa teknologi yang mendasarinya. Bluetooth memungkinkan kita mentransfer data jarak pendek, seperti Airdrop, dan mendukung berbagai produk yang kita gunakan di rumah dan kehidupan sehari-hari, seperti headphone, mouse, dan keyboard.

 

Dari Kabel ke Mesh: Sekilas tentang Bluetooth

Bluetooth telah berkembang sangat jauh sejak Jaap Haartsen, seorang insinyur listrik, menemukan teknologi tersebut pada tahun 1994 saat bekerja untuk Ericsson di Lund, Swedia. Dia membayangkan teknologi sebagai alternatif untuk kabel data RS-232 yang sejak tahun 1960-an telah menjadi standar untuk menghubungkan periferal komputer ke PC. Haartsen mengganggu standar itu dengan menggunakan gelombang radio UHF gelombang pendek di pita Industri, Ilmiah, dan Medis (ISM) dari 2,4 hingga 2,485 GHz untuk mengirim paket data kecil dan sederhana (“pesan”) melalui jarak pendek beberapa meter.

 

Haartsen berperan penting dalam pembentukan Bluetooth Special Interest Group (SIG) pada tahun 1998, yang merupakan organisasi penetapan standar yang mirip dengan 3GPP dan LoRa Alliance. Sejak saat itu, pertemuan tersebut mengambil jenis energi yang unik karena kami telah memasukkan Bluetooth inovasi ke dalam jadwal reguler kami di seluruh dunia. Ketika SIG meningkatkan penawaran industrinya, Bluetooth hanya akan terus menjadi penting: Bluetooth mesh dan Bluetooth Low-Energy (BLE) adalah dua pilihan.

Memanfaatkan Aplikasi Bluetooth IoT untuk Mencapai Tujuan Bisnis

Saat memutuskan antara dua opsi konektivitas, seperti jika Anda ingin menggunakan Bluetooth melalui LPWAN atau NB-IoT melalui LTE-M, Anda harus terlebih dahulu mengidentifikasi dan menyatakan dengan jelas tujuan bisnis yang mendorong inisiatif IoT Anda.

 

Jadi, apa yang ingin Anda capai dengan IoT? Apa rincian perusahaan, industri, dan layanan Anda, serta lokasi tempat Anda, staf, dan klien Anda beroperasi? Apakah Anda ingin melacak orang atau barang di dalam, di luar, atau di antara keduanya? Apakah Anda memiliki akses ke daya, atau apakah perangkat perlu ditenagai oleh baterai? Apakah menurut Anda Anda perlu mengirim file mentah berukuran besar seperti audio atau gambar melalui jaringan, atau menurut Anda hanya perlu untuk mengirim paket data kecil seperti buka/tutup atau pesan aktif/tidak aktif sederhana? Sebelum menjadi mangsa hype pemasaran seputar mode konektivitas tertentu, penting untuk menyelidiki pertanyaan ini—bersama dengan banyak pertanyaan lain yang berada di luar cakupan ini artikel.

 

Ketika Bluetooth Berkinerja Dengan Baik 

Anda mungkin mencoba melacak pasien, staf, dan peralatan saat mereka bergerak melalui gedung rumah sakit. Karena keandalan penyembuhan diri jaringan mesh Bluetooth yang muncul, kebutuhan daya yang rendah, dan skalabilitas yang secara teoritis tak terbatas, Bluetooth yang dirancang dengan baik Aplikasi IoT efektif untuk skenario pelacakan aset dalam ruangan seperti itu. Namun, tujuan bisnis lain tidak akan mendapat banyak manfaat dari solusi Bluetooth yang sama.

 

Ketika Bluetooth Tidak Berfungsi 

Seperti solusi konektivitas lainnya, Bluetooth Tidak Berfungsi. Ini tidak akan berfungsi dengan baik, misalnya, untuk melacak aset bawah air di anjungan minyak atau di pelabuhan. Sinyal Bluetooth 2,4 GHz tidak mudah menembus air. Karena beban jenis data ini terjadi di jaringan, Bluetooth juga tidak akan menjadi pilihan yang baik untuk solusi keamanan yang memerlukan informasi biometrik, audiometri, atau visual untuk dipublikasikan melalui jaringan. Kita akan membahas beberapa aspek teknis paling penting dari aplikasi Bluetooth IoT sebentar lagi, tetapi pertama-tama, saya ingin menekankan bahwa efisiensi akhir dari setiap mode konektivitas secara langsung berkaitan dengan seberapa baik aspek teknisnya selaras dengan tiga faktor co-dependen:

 

• Memahami tujuan bisnis Anda
• Kondisi ruang dan lingkungan setempat
• Radio lokal dan ekosistem digital tempat Anda berharap untuk mencapai tujuan Anda 

 

Semuanya bermuara pada pemahaman tujuan Anda dan radio lokal serta ekosistem digital tempat Anda berharap untuk mencapai mereka.

 

Arsitektur Aplikasi Bluetooth IoT 

Untuk memahami mengapa revisi terbaru pada standar Bluetooth signifikan untuk aplikasi IoT, pertama-tama kita perlu melihat “tumpukan” Bluetooth. Menambahkan lapisan baru ke tumpukan adalah bagaimana Bluetooth tumbuh dari penggantian kabel data untuk RS-232 hingga solusi konektivitas IoT yang andal. Ingatlah bahwa, dalam konteks ini, “tumpukan” pada dasarnya mengacu pada lapisan protokol, proses, dan aplikasi dari bawah ke atas di mana setiap lapisan yang lebih tinggi dibangun pada yang di bawahnya dan bergantung pada mereka.Bluetooth mesh, spesifikasi Bluetooth IoT terbaru, harus direkayasa pada tumpukan BLE 4.xx atau 5.xx, yang merupakan perpanjangan dari Bluetooth Core (atau “klasik”) spesifikasi. Akibatnya, ada tiga lapisan tumpukan di tumpukan jala Bluetooth yang akan datang: Core, BLE, dan mesh di atas. Dari bawah ke atas, lihat diagram tumpukan jala di bawah ini.

 

Topologi Bluetooth: Pasangkan, Siarkan, Mesh

Bluetooth telah berubah selama 24 tahun terakhir untuk memenuhi perubahan persyaratan dengan cara berikut:

• Point-to-point : Sebagai cara untuk memasangkan dua perangkat. Contohnya komputer yang di pasangkan dengan mouse nirkabel.
• One-to-many : Bluetooth sebagai metode untuk mentransmisikan informasi dari satu perangkat ke beberapa perangkat atau sebaliknya. Contohnya memutar musik di speaker pintar dan secara bersamaan mentransmisikan foto ke proyektor-keduanya menggunakan satu iPhone.
• Many-to-many : Bluetooth sebagai metode untuk menghubungkan banyak perangkat ke banyak perangkat lain. Contohya menghubungkan 1.278 lampu overhead di gudang satu sama lain untuk meredupkan dan mencerahkan lampu secara otomatis berdasarkan aktivitas dan preferensi pribadi.

Evolusi Teknis : BLE

Ketika Bluetooth Low-Energy (BLE) diperkenalkan pada tahun 2009, ini meletakkan dasar untuk aplikasi IoT di masa depan. BLE adalah spesifikasi yang terutama ditujukan untuk aplikasi IoT skala kecil seperti beacon penyiaran dan perangkat yang dapat dikenakan, yang memerlukan perangkat untuk mengirim data dalam jumlah kecil dengan daya yang kecil.

 

Bluetooth SIG telah membuat sejumlah perubahan pada teknologi Bluetooth Classic untuk membuatnya menggunakan lebih sedikit daya tanpa mengorbankan jangkauan komunikasi. Perubahan ini akan sangat penting untuk aplikasi Bluetooth IoT. Bluetooth telah mampu mengurangi konsumsi daya hingga 95 hingga 99 persen (tergantung pada Aplikasi) dengan meningkatkan indeks modulasi dan membatasi tipe data yang intensif beban (dan akibatnya intensif daya). Langkah terakhir dalam mengalihkan topologi BLE dari tenaga penjualan menggunakan earbud Bluetooth Classic dan menuju kumpulan node berdaya rendah yang menyampaikan pesan sederhana di seluruh gudang dan rumah pintar adalah meningkatkan enkripsi pesan ke 128-bit AES-CCM (tingkat pemerintah).

Saya telah menyoroti beberapa perubahan penting dari Klasik ke BLE di bawah ini:

Bluetooth Mesh: Dari Orang ke Benda

Pada tahun 2017, “spesifikasi mesh,” yang menstandarisasi fitur Bluetooth banyak-ke-banyak yang secara teoritis tidak terbatas, dirilis oleh From People to Things Bluetooth SIG. Fokus utama topologi Bluetooth sebelumnya adalah antarmuka antara orang dan benda. Topologi mesh terutama berkaitan dengan bagaimana hal-hal berkomunikasi satu sama lain dalam skala besar, terlepas dari kenyataan bahwa tujuan utamanya masih untuk meningkatkan potensi manusia. Ini melibatkan banyak perangkat yang berkomunikasi satu sama lain. Topologi mesh memiliki sejumlah fitur baru yang membuatnya efektif untuk aplikasi IoT tertentu.

 

Penyembuhan, Modularitas, dan Omnidirectionality 

Setiap node dalam jaringan mesh mentransmisikan, menerima, dan menyampaikan informasi. Pesan yang diberikan bergerak secara omnidirectional daripada linier dari asalnya ke setiap node. Alih-alih jalan, gambarkan web yang dibuat oleh laba-laba. Karena mesh “menyembuhkan diri sendiri” oleh mendorong pesan di sekitar node mati, topologi menghilangkan masalah kegagalan gateway menghancurkan cluster sensor dependen. Di luar konfigurasi dan penyediaan negara, menambah atau menghapus area jaringan mesh itu mudah. Akibatnya, topologi tidak hanya tahan lama tetapi juga modular.

 

Banjir Pesan yang Terkelola

 Metode “flooding” ditingkatkan oleh Bluetooth SIG, yang merupakan sumber dari banyak fitur yang membuat Bluetooth mesh menjadi topologi yang kuat.Flooding berfungsi mirip dengan internet.Ketika node mesh menerbitkan data, itu “membanjiri ” semua node lain dalam jangkauan langsungnya. Semua node lain dalam jangkauannya dibanjiri oleh node yang sama. Anda dapat menggunakan setiap perangkat sebagai relai, bukan hanya gateway, karena hanya node yang dialamatkan secara eksplisit atau “berlangganan” yang bertindak pada data yang melewatinya. Banjir, meskipun terdengar tidak efisien, memungkinkan desain perangkat keras yang ramping, eksekusi perintah yang mudah, dan “lompatan” singkat antar node—efisiensi yang secara langsung diterjemahkan ke dalam konsumsi daya yang rendah, biaya unit yang rendah, dan skalabilitas.

 

Banjir yang digunakan dalam pseudo-mesh BLE telah ditingkatkan menjadi “banjir terkelola.”Ini memungkinkan jaringan mesh standar berfungsi lebih efisien dalam aplikasi Bluetooth IoT yang dapat diskalakan.Istilah “banjir terkelola” mengacu pada bentuk tunggal kombinasi dari sejumlah fitur teknis topologi mesh:

• Setiap node mesh mengirimkan “detak jantung” secara teratur untuk memberi tahu node lain bahwa itu aktif dan siap untuk mengirim pesan.
• Jarak dari asal detak jantung dapat dihitung oleh node yang menerimanya. Ketika Anda membatasi jumlah “hop” yang ingin Anda pesan melalui mesh, mengetahui interval memungkinkan jaringan untuk memilih Time-to-Live terbaik ( TTL) nilai untuk pesan untuk menghemat energi.
• Mesh dapat dibagi menjadi “subnet” yang memisahkan aliran pesan ke dalam area jaringan yang berbeda. Ini menghemat energi dan membuat topologi tidak terlalu rumit dalam hal dimensi.
• Setiap pesan yang melewati sebuah node disimpan dalam cache, jadi ketika banjir pesan datang, node tahu untuk membuang daripada menyampaikan pesan apa pun yang disimpan dalam cache-nya. Node dapat “mengelola” banjir berkat cache , yang juga membuat sirkuit tetap sederhana dan menghemat energi.

 

Persahabatan dan proxy

Saya telah menyimpan dua fitur yang paling menarik untuk yang terakhir. Topologi mesh baru memiliki fitur rapi yang disebut “Persahabatan” yang memungkinkannya mengelola lebih banyak pesan sambil menghemat energi. Anda dapat mengatur beberapa perangkat menjadi ” teman” dan lainnya sebagai node daya rendah (LPN). Teman biasanya tidak memiliki batasan daya karena terhubung ke jaringan energi, bukan baterai. Simpul teman mendengarkan tanpa henti dan bertindak seperti kotak pesan suara dengan mengantri pesan yang ditujukan ke LPN sementara LPN mematikan penerimanya untuk menghemat daya. Sebelum LPN kembali tidur, node teman dapat mengirim seluruh antrian secara beruntun dengan menanyakan LPN secara berkala apakah ada pesan yang disimpan dan menghidupkan penerima. Ini memungkinkan solusi penyedia untuk memanfaatkan keunggulan topologi Bluetooth siaran dalam kerangka mesh yang fleksibel. Hasilnya, hasil akhir dapat disesuaikan dengan data tertentu dan kebutuhan daya aplikasi.

Kemampuan topologi mesh untuk berinteraksi dengan perangkat Bluetooth dan memasukkannya tanpa mesh stack adalah fitur terakhir yang menarik. Miliaran smartphone yang terjual sejak BLE diluncurkan pada tahun 2009 adalah contoh perangkat lama yang kompatibel dengan BLE. Harus jelas bahwa menggunakan teknologi lama untuk berinteraksi dengan jaringan mesh memiliki kelebihan.

 

Perlu diingat bahwa tumpukan BLE ditumpuk di atas tumpukan mesh. Juga, perlu diingat bahwa setiap perangkat BLE memiliki profil GATT. Setiap perangkat BLE dapat “bergabung” dengan jaringan mesh dan berinteraksi dengan node-nya jika mesh node disediakan sebagai proxy dan memperlihatkan antarmuka GATT. Secara total, Konvensi Perantara kisi membuatnya layak secara terbalik.

 

Masa depan Mesh adalah Hybrida

Saya akan menegaskan kembali bahwa terlepas dari kenyataan bahwa jelas bahwa mesh mewakili kemajuan yang signifikan dan signifikan untuk Bluetooth, kita tidak boleh menyerah pada semua fitur yang hype dan menarik. proyek Internet of Things Anda? Berkat kemungkinan konektivitas hibrid dalam waktu dekat, Anda tidak perlu lagi memilih.

 

Kita harus memperhatikan setiap kali Ericsson memiliki ide terkait Bluetooth karena, seperti yang Anda ingat, Haartsen adalah pelopor perusahaan. Protokol Proxy mungkin merupakan tempat jaringan mesh benar-benar bersinar, menurut Ericsson. Lebih khusus lagi, kekuatan itu mungkin berasal dari multimodal , perangkat berkemampuan BLE yang bertindak sebagai “gerbang kapiler” ke metode konektivitas lain, seperti seluler.Hasilnya akan berhasil menjadi organisasi pusat persilangan. Jaringan hibrid ini akan lebih mudah beradaptasi, modular, dan terukur daripada jaringan mesh, yang akan tetap terisolasi dan diskrit.

Dan jika aplikasi membutuhkan teknologi hybrid, mengapa tidak? Pada akhirnya, satu mode konektivitas akan melayani beberapa aplikasi dengan baik, sementara menggabungkan beberapa mode secara kreatif untuk meningkatkan utilitas, keandalan, dan ketahanan mungkin bermanfaat bagi orang lain.

 

Setiap kali, langkah pertama adalah sama:Identifikasi tujuan perusahaan Anda, pahami seluk-beluk aplikasi Anda, dan rancang solusi khusus. Karena itu, saya bertanya-tanya mengapa beberapa orang percaya bahwa Aplikasi yang beragam dan hybrid, sepertiSatu jenis konektivitas dapat digunakan untuk melacak aset baik di dalam maupun di luar. Dunia kacau dan bercampur. Untuk mengatasi masalah mendasar, jaringan kami mungkin perlu menggabungkan beberapa hibriditas itu.