Lựa chọn giao thức điểm-điểm năng lượng cực thấp


7

Tôi bị lạc trong một rừng các giao thức IoT và cần sự giúp đỡ. Tôi đang tìm kiếm phần cứng và giao thức phù hợp cho ứng dụng của mình. Tôi muốn tạo một thiết bị của riêng mình, nhưng sử dụng ngăn xếp hiện có và hy vọng một cổng hiện có, yêu cầu của tôi là:

  • Năng lượng thấp, chạy bằng pin
  • Gửi và ngủ
  • Phạm vi trung bình (20-30m)
  • Cấu trúc liên kết điểm hoặc điểm
  • Cổng sẵn sàng để sử dụng hoặc dễ dàng cấu hình
  • Dữ liệu sẽ được gửi trong các gói nhỏ, tần suất có thể là một lần trong 10 giây

Nếu có thể, vui lòng giải quyết từng điểm trên trong đề xuất của bạn.

Wi-Fi, BT, BLE, Z-wave, ZigBee, XBee, LoRa, Ingothy, TI15.4 ... Nó làm tôi đau đầu.

Câu trả lời:


5

Như thường lệ, nó phụ thuộc . Có nhiều yếu tố để xem xét, và rất nhiều tùy chọn có sẵn để bao gồm nhiều trường hợp sử dụng khác nhau xung quanh.

Phạm vi

DigiKey đề xuất rằng bạn có thể mong đợi các phạm vi sau cho các giao thức IoT phổ biến trong môi trường không bị cản trở với ít nhiễu :

  • Wi-Fi 5 GHz: 50 m
  • ZigBee / RF4CE: 100 m
  • Bluetooth năng lượng thấp: 100 m
  • Wi-Fi 2,4 GHz: 150 m
  • Bluetooth năng lượng thấp sử dụng khả năng phạm vi mở rộng Bluetooth 5: 200 đến 400 m (tùy thuộc vào sơ đồ mã hóa sửa lỗi chuyển tiếp)

Trong hầu hết các môi trường, bạn sẽ không đạt được phạm vi này, vì vậy, thêm 'khoảng không' sẽ là một ý tưởng hữu ích để đảm bảo rằng ngay cả trong môi trường khắc nghiệt hơn, bạn vẫn đáp ứng yêu cầu của mình.


Sự tiêu thụ năng lượng

Định dạng của dữ liệu bạn đang gửi sẽ thực sự xác định giao thức nào bạn muốn, với điều kiện nhiều tùy chọn đáp ứng tiêu chí phạm vi của bạn.

Wi-Fi, ví dụ, được thiết kế để mang một lượng dữ liệu tương đối lớn cùng một lúc, với thông lượng là ưu tiên thiết kế. Do đó, các gói nhỏ thường xuyên không phù hợp với Wi-Fi (có nghĩa là, Wi-Fi HaLow có thể đáng để nghiên cứu thêm, vì nó được thiết kế đặc biệt cho hoạt động năng lượng thấp, tầm xa).

Phần hai của bài viết DigiKey được liên kết có một số điểm chuẩn về mức tiêu thụ năng lượng khá hữu ích:

Bluetooth năng lượng thấp

Công suất tiêu thụ = 24 A x 3 volts = 72 microwatts (CụmW)
Bits mỗi giây (trong hoạt động cảm biến thông thường) = 960
Năng lượng mỗi bit = 72 mậtW / 960 bit / s = 75 nanojoules (nJ) / bit

ZigBee

Công suất tiêu thụ = 30 mA x 3 V = 90 milliwatts (mW)
Bits mỗi giây (ở thông lượng dữ liệu thô tối đa) = 250.000
Năng lượng mỗi bit = 90 mW / 250.000 bit / s = 360 nJ / bit

Wifi

Công suất tiêu thụ = 116 mA x 1,8 V = 0,210 W
Bits mỗi giây = 40 triệu
Năng lượng mỗi bit = 0,210 W / 40 Mbits / s = 5,25 nJ / bit

Tôi rất muốn nhấn mạnh đến việc xem xét kích thước dữ liệu của bạn trước đó vì thống kê 'năng lượng trên mỗi bit' rất lừa dối nếu chỉ một phần rất nhỏ các bit bạn gửi là trọng tải của bạn (như trường hợp của Wi-Fi). Có thể đáng để tra cứu điểm chuẩn cho các gói theo thứ tự kích thước bạn sẽ gửi; bạn sẽ tìm thấy hàng trăm trực tuyến có thể giúp thông báo quyết định của bạn, chẳng hạn như công cụ tính toán năng lượng thấp Bluetooth của TI .


Cổng thông tin & Tương thích

Rõ ràng, bạn sẽ không cần một cổng nếu bạn chọn Wi-Fi, nhưng thường thì các ràng buộc về nguồn khiến các tùy chọn khác là cần thiết, trong trường hợp đó, một cổng thường là cần thiết.

Xem xét nếu người dùng của bạn có khả năng có một cổng. Ví dụ: các nhà tự động hóa gia đình có thể đã có một 'trung tâm thông minh' (những thiết bị này thường hỗ trợ ZigBee và Z-Wave cùng với các thiết bị Wi-Fi). Trong trường hợp đó, họ có thể không cần một cổng khác, trong trường hợp đó sẽ thuận lợi hơn khi sử dụng một trong các giao thức được hỗ trợ phổ biến hơn. Điều đó nói rằng, một số điện thoại thông minh hỗ trợ BLE nguyên bản, có khả năng có thể hữu ích trong một số trường hợp, bạn sẽ phải quyết định xem nó có hữu ích cho bạn không.


Mặc dù tôi không thể nói với bạn cái này hay cái kia (có thể một vài giao thức sẽ phù hợp với các mức độ khác nhau), nhưng điều này sẽ cung cấp cho bạn nhiều điều để xem xét và thông báo quyết định của bạn hiệu quả hơn. Cá nhân tôi có thể đi BLE từ những gì bạn đã chỉ định, nhưng đó là một lựa chọn khá độc đoán; nhiều giao thức khác tôi đã liệt kê cũng sẽ hoạt động tốt.


Cảm ơn bạn đã đi bộ thông tin. Nếu bạn có một cái nhìn sâu sắc - tiêu chuẩn nào có giấy phép có thể cộng hưởng nếu tôi phát triển một sản phẩm. Ví dụ, tôi đọc rằng Z-wave là cơn ác mộng do ít nhà sản xuất phần cứng và yêu cầu nghiêm ngặt cho chủ sở hữu.
NoobPulumException

@NoobPulumException Thật không may, tôi không có bất kỳ kinh nghiệm cá nhân nào về phần cấp phép, nhưng với giá trị của nó, tôi đã nghe nói tương tự về Z-Wave. Một cái nhìn khó hiểu về các yêu cầu của Bluetooth cho thấy họ có thể làm việc đơn giản hơn, nhưng tôi không thể nói từ kinh nghiệm đầu tay.
Aurora0001

3

Với yêu cầu của bạn về phạm vi, sức mạnh và ngăn xếp đã được chứng minh, Z-Wave có thể là ứng cử viên phù hợp.

  • Năng lượng thấp, chạy bằng pin
  • Gửi và ngủ
  • Phạm vi trung bình (20-30m)
  • Cổng sẵn sàng để sử dụng hoặc dễ dàng cấu hình
  • Dữ liệu sẽ được gửi trong các gói nhỏ, tần suất có thể là một lần trong 10 giây

Các mô-đun Z-Wave có thể phục vụ mục đích của bạn. Dòng chế độ gửi và ngủ thông thường khá thấp, làm cho Z-Wave trở nên lý tưởng cho các thiết bị hoạt động bằng pin. Theo đặc điểm kỹ thuật, các thiết bị Z-Wave ở trong chế độ tiết kiệm năng lượng và tiêu thụ năng lượng thấp và chỉ thức dậy để thực hiện chức năng của nó.

  • Cấu trúc liên kết điểm-điểm hoặc sao Z-Wave sử dụng kiến ​​trúc mạng lưới định tuyến nguồn, mà tôi đoán hoạt động với ưu điểm là công suất thấp.

Một hạn chế có thể là số lượng thiết bị mà một mạng Z-Wave có thể hỗ trợ. Vì mạng Z-Wave có thể có tối đa 232 thiết bị. có nhiều cách để khắc phục hạn chế này bằng cách tạo các mạng riêng biệt.


3

BLE sẽ là sự lựa chọn khôn ngoan hơn.

Ưu điểm:

  1. Bạn sẽ tìm thấy nhiều cổng sẵn sàng trên thị trường.
  2. Phạm vi là biến, nếu bạn muốn nó dài hơn 20 m, bạn có thể sử dụng các mô-đun BLE-PA (Bộ khuếch đại công suất), và sau đó bạn có thể điều khiển công suất phát cũng để tối ưu hóa.
  3. Theo ứng dụng của bạn, bạn có thể tối ưu hóa cho sức mạnh. Không có lựa chọn nào khác tôi thấy mà tiêu thụ ít năng lượng hơn BLE.
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.