صنعت خانه‌های هوشمند و اتوماسیون خانگی به سرعت در حال تحول است و هر روزه موارد استفاده و کاربردهای جدیدی ظهور می‌کنند. اینترنت اشیاء (Internet of Things) که بخش‌های صنعتی، مصرفی، تجاری و زیرساختی را در بر می‌گیرد، از کنترل ساده LED به طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله اتوماسیون خانگی، پوشیدنی‌ها، امنیت، رانندگی خودکار و بسیاری دیگر گسترش یافته است. فناوری بی‌سیم، به عنوان یک جزء اساسی این کاربردها، نیز پیشرفت‌های قابل توجهی داشته است.
در گذشته، موارد استفاده ساده به شدت به فناوری بلوتوث متکی بودند. با این حال، محدودیت‌های بلوتوث، از جمله ناکارآمدی آن در مصرف انرژی برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری و چالش‌های هم‌زیستی با WiFi، منجر به توسعه جایگزین‌های کارآمدتر شده است.
در سال‌های اخیر، Bluetooth Low Energy (BLE) به دلیل کارایی انرژی و زمان‌بندی ارتباطات، توجه صنعت را به خود جلب کرده است. امروزه، BLE به یک جزء اساسی دستگاه‌های IoT تبدیل شده است و تحقیقات و توسعه حول این فناوری متمرکز شده است.
یک کاربرد معمولی خانه هوشمند به BLE برای ارتباط با سنسورها، سوئیچ‌ها و گره‌های محیطی نیاز دارد، در حالی که WiFi برای اتصال به ابر استفاده می‌شود. با افزایش تقاضا برای دستگاه‌ها و تجهیزات جانبی مبتنی بر BLE، چالش‌های هم‌زیستی نیز افزایش می‌یابد. هر دو فناوری BLE و WiFi در باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز عمل می‌کنند، که می‌تواند منجر به تداخل متقابل، ازدحام شبکه، ارسال مجدد و افزایش مصرف باتری شود و در نهایت تجربه کاربری ضعیفی ایجاد کند.
آمار بازار IoT
تعداد دستگاه‌های متصل IoT تا سال 2030 با نرخ رشد 14 درصدی به 40 میلیارد دستگاه خواهد رسید. WiFi، بلوتوث (BLE) و سلولی تقریباً 80 درصد از اتصالات IoT را تشکیل می‌دهند. سه کاربرد برتر برای اتصالات IoT شامل امنیت و نظارت خانگی (10.9 میلیارد اتصال)، کنتورهای هوشمند (1 میلیارد اتصال) و لوازم خانگی هوشمند (1 میلیارد اتصال) است. درآمد سالانه اتصالات IoT از 21.4 میلیارد دلار در سال 2025 به بیش از 40 میلیارد دلار تا سال 2030 با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) 14 درصدی تقریباً دو برابر خواهد شد.
پیش‌بینی بازار جهانی IoT
به دلیل رشد قوی دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی متصل مانند سیستم‌های امنیتی، قفل‌های هوشمند و غیره، همراه با افزایش پذیرش LE Audio، تجهیزات جانبی همچنان به رشد shipments دستگاه‌های تک‌حالته بلوتوث LE کمک خواهند کرد. بر اساس تحقیقات ABI، shipments کلی رادیوهای Bluetooth Low Energy (BLE) با نرخ رشد سالانه 8 درصدی به 7.5 میلیارد shipments بلوتوث/BLE تا سال 2028 خواهد رسید.
چالش‌های مصرف انرژی و هم‌زیستی
دستگاه مرکزی BLE باید در هر نقطه اتصال (anchor point) یک بسته POLL برای ارتباط ارسال کند. دستگاه مرکزی و محیطی BLE در هر نقطه اتصال، حتی زمانی که هیچ داده‌ای در آن لحظه وجود ندارد، تراکنش‌های Poll و Null انجام می‌دهند. در کاربردهایی مانند سنسورها، که نیازهای پهنای باند BLE کم تا متوسط است، دستگاه مرکزی BLE با چندین دستگاه محیطی متصل، جریمه‌های زیر را پرداخت می‌کند:
- مصرف انرژی:حتی اگر دستگاه مرکزی BLE در یک نقطه اتصال خاص داده‌ای نداشته باشد، باید یک بسته خالی ارسال کند تا از وجود داده در دستگاه محیطی مطلع شود. این کار باعث مصرف انرژی زیاد می‌شود.
- کارایی کانال:کاهش کارایی کانال به دلیل ارسال پیام‌های POLL-NULL، زمان کمتری برای دستگاه‌های WiFi هم‌مکان باقی می‌گذارد.
- افزایش زمان فعال سیستم:کل سیستم باید از حالت خواب بیدار شود تا بسته‌های خالی ارسال کند. این امر باعث کاهش عمر باتری دستگاه‌های محیطی مبتنی بر باتری می‌شود.
استفاده از Periodic Advertising with Response (PAwR)
بدون هماهنگی بین تراشه‌های رادیویی بی‌سیم، BLE و WiFi می‌توانند تداخل متقابل قابل توجهی ایجاد کنند که منجر به عملکرد ضعیف اتصال، قطعی‌های مکرر، تاخیر بیشتر و افزایش مصرف انرژی می‌شود. Bluetooth 5.4 ویژگی Periodic Advertising with Response (PAwR) را معرفی کرده است که امکان انتقال دوطرفه داده‌های کاربردی بین یک دستگاه مرکزی و تعداد زیادی دستگاه محیطی در یک توپولوژی شبکه ستاره‌ای را فراهم می‌کند.
PAwR بر اساس Periodic Advertising معرفی شده در Bluetooth 5.0 ساخته شده است و امکان انتقال داده‌های کوچک به صورت بدون اتصال را با افزودن اسلات‌های پاسخ به عنوان زیررویدادهای تبلیغاتی دوره‌ای فراهم می‌کند. این ویژگی به کاهش مصرف انرژی و بهبود هم‌زیستی BLE/WiFi کمک می‌کند.
رشد اتصالات BLE
صنعت IoT شاهد رشد بی‌سابقه‌ای در اتصالات BLE/WiFi است که توسط تقاضا برای تجربیات کاربری نوآورانه و ویژگی‌های پیشرفته در خانه‌های هوشمند، اتوماسیون خانگی و سایر کاربردهای IoT هدایت می‌شود. ویژگی PAwR در Bluetooth 5.4 به عنوان یک راه‌حل امیدوارکننده برای کاربردهایی با ترافیک کم تا متوسط ظاهر شده است که کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی سیستم و چالش‌های هم‌زیستی ارائه می‌دهد.
با ادامه تحولات در حوزه IoT، تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEMs) باید اولویت را به اتصال بی‌وقفه و عملکرد بهینه در طراحی سیستم‌های خود دهند تا راه‌حل‌های خود را برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای راه‌حل‌های BLE-WiFi آینده‌پذیر کنند. با گسترش نمایی موارد استفاده IoT، تقاضا برای اتصالات کارآمد و قابل اعتماد BLE-WiFi به شدت افزایش خواهد یافت و فرصت‌های عظیمی برای نوآوری و رشد فراهم خواهد کرد.
کلمات کلیدی: Bluetooth Low Energy (BLE)، WiFi، اینترنت اشیاء (Internet of Things)، هم‌زیستی BLE/WiFi، خانه‌های هوشمند، اتوماسیون خانگی، Bluetooth 5.4، Periodic Advertising with Response (PAwR)، مصرف انرژی، اتصالات IoT، بازار IoT.
منبع: iotforall