ما هي عملية تصفية حمولة بيانات تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE)؟

تصفية حمولة BLE هي عملية اختيار البيانات المفيدة فقط من إعلانات البلوتوث قبل إرسالها. لوراوان, مما يقلل من استخدام وقت البث، واستهلاك البطارية، وحركة مرور الشبكة غير الضرورية.

لماذا يُعدّ ترشيح الحمولة مهمًا في لوراوان?

يقلل ترشيح الحمولة من لوراوان يعمل على تحسين وقت البث، وعمر بطارية البوابة، ويقلل من ازدحام الشبكة، ويساعد أنظمة التتبع على إرسال أحداث ذات مغزى بدلاً من حزم Bluetooth الخام المتكررة.

لماذا يؤدي إرسال كل حزمة بيانات بتقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) إلى مشاكل في شبكة LoRaWAN؟

منارة البلوتوث مصممة لبث المعلومات بشكل متكرر. فهي تُعلن عن نفسها، ثم تُعلن عنها مرارًا وتكرارًا. وهذا تحديدًا ما يجعل تقنية البلوتوث منخفضة الطاقة (BLE) فعالة للغاية في تتبع الشارات، وعلامات الأصول، وسلاسل المفاتيح، والأساور، والبيانات البيئية. أجهزة الاستشعار, أزرار الطوارئ وأجهزة استشعار الحركة. لا يحتاج الماسح الضوئي القريب إلى الاتصال. فهو ببساطة يستمع، ويلتقط حزمة الإعلانات، ويقرر ما يجب فعله بها.

هذا الجزء الأخير مهم. في نظام تتبع من تقنية بلوتوث منخفضة الطاقة إلى تقنية LoRaWAN، لا تُعدّ البوابة مجرد قناة اتصال، بل هي مُترجم ومُصنِّف، وأحيانًا تُشكّل الفرق بين نظام تتبع سلس ونظام مُشوّش يُهدر وقت البث دون فائدة.

في لانسيتك بي-موبايل بنيان،, إشارات البلوتوث تُرتدى من قبل الأشخاص أو تُربط بالأصول، بينما بوابات البلوتوث يجلسون في مواقع ثابتة ويرسلون المعلومات الواردة من خلال لوراوان إلى الخادم. ثم يقوم الخادم بحساب الموقع باستخدام إحداثيات البوابة و RSSI.

لكن في حالة الانتشار المعقد الفعلي، تتغير الصورة وتصبح مزدحمة بسرعة. قد يحتوي ممر المستشفى على كراسي متحركة، ومضخات حقن، وشارات للموظفين، وأجهزة قياس درجة الحرارة. أجهزة الاستشعار, وتوجد أزرار طوارئ تُعلن جميعها في الجوار. قد تتداخل تغطية المفاتيح والمركبات وورش الإصلاح وبوابة الشبكة في وكالة بيع السيارات. وقد تحتوي المستودعات على علامات تمر عبر مناطق إشارة ضعيفة، مما يؤدي إلى تسرب الإشارة من الغرف المجاورة، وبالتالي إضافة حزم بيانات أكثر مما يحتاجه التطبيق فعليًا.

إذا قام النظام بإعادة توجيه كل بايت من كل إعلان بتقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE)،, لوراوان يصبح هو عنق الزجاجة. ليس لأن لوراوان ليس ضعيفاً. بل هو ممتاز في نقل البيانات عن بُعد لمسافات طويلة وباستهلاك منخفض للطاقة. لكنه مصمم لإرسال رسائل صغيرة ومفيدة، وليس لتفريغ حزم بيانات البلوتوث الخام.

مقارنة بين تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) وتقنية LoRaWAN: لماذا يُعد تحسين الحمولة أمرًا بالغ الأهمية؟

تتيح تقنية الإعلان عبر البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) القديمة للتطبيق مساحة بيانات صغيرة. وتصف وثائق بلوتوث من شركة سيليكون لابز حمولة بيانات الإعلان للقناة الأساسية بأنها تتراوح بين 0 و31 بايت، مُهيكلة في عناصر بيانات إعلانية مثل العلامات، ومعرّفات الخدمة الفريدة (UUIDs)، والأسماء المحلية، وبيانات الشركة المصنّعة المخصصة. ⁽¹⁾

قد لا يبدو 31 بايت رقماً كبيراً، لكن اضربه في واحد.

قد تستقبل بوابة الإنترنت عشرات أو مئات الإعلانات في الثانية الواحدة في موقع مكتظ. لانسيتك بوابة بلوتوث مدمجة, على سبيل المثال، يمكنه استقبال 100 رسالة إشارة في غضون ثانية واحدة، بينما تستطيع رسالة واحدة فقط استقبال رسالة واحدة. لوراوان يمكن للحزمة إرسال ما يصل إلى 15 رسالة إشارة. كما تدعم تصفية بيانات البلوتوث القابلة للتكوين وإعداد تقارير الحمولة، بما في ذلك تصفية بايتات بيانات محددة من حمولة BLE قبل إرسالها عبر لوراوان.

لا ينبغي للبوابة أن تسأل: "ماذا سمعت؟" بل ينبغي أن تسأل: "ما الذي تغير، وما هو المهم، وما الذي يحتاجه الخادم للتصرف؟"“

في معظم حالات استخدام التتبع، يكون الناتج أصغر بكثير من حمولة بيانات البلوتوث منخفضة الطاقة (BLE) الخام. يمكن لأجهزة البلوتوث منخفضة الطاقة (BLE) بث بيانات مثل درجة الحرارة أو الرطوبة أو معدل ضربات القلب في حمولات بيانات iBeacon أو Eddystone، ولكن لوراوان يدعم عددًا محدودًا من البايتات لكل وصلة صاعدة وهابطة. والنهج الموصى به هو تهيئة البوابة لإرسال المعلومات المفيدة فقط، وعادةً ما تكون المعرف والمعلمات بالإضافة إلى RSSI.

ما هي عملية تصفية حمولة بيانات تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE)؟

لا يُعدّ تصفية البيانات بمثابة تقليل الفاصل الزمني بين التقارير. فتقليل الفاصل الزمني يعني إرسال البيانات بوتيرة أقل، بينما تعني التصفية إرسال بيانات أفضل، أي البيانات التي تحتاجها فقط.

لانسيتك بوابة البلوتوث يمكن فحص حمولة بيانات البلوتوث منخفض الطاقة، واختيار البايتات المفيدة، وإعادة توجيه الأجزاء التي يحتاجها التطبيق فقط. عمليًا، قد يعني ذلك ما يلي:

• هوية جهاز الإرسال: UUID، أو رئيسي/ثانوي، أو معرّف مشتق من MAC، أو معرّف أصل مُكوّن
• سياق: RSSI, معرف البوابة، أو الطابع الزمني، أو المنطقة، أو حالة الدخول/الخروج
• قيمة المستشعر: درجة الحرارة، الرطوبة، عدد الخطوات، معدل ضربات القلب، مؤشر الحركة، حالة زر الطوارئ، حالة القفل/فتح القفل
• منطق الأحداث: الإبلاغ فقط عند دخول منارة، أو مغادرتها، أو تغيير حالتها، أو تجاوزها عتبة معينة.

في حالة استخدام تتبع المفاتيح، قد يحتاج التطبيق فقط إلى معرّف المفتاح + معرّف البوابة + RSSI. 

بالنسبة لخزانة سلسلة التبريد، قد تحتاج إلى معرف المستشعر + درجة الحرارة + علامة الإنذار. 

بالنسبة لشارة العامل المنفرد، قد تحتاج إلى رقم تعريف الشارة + حالة الذعر + RSSI + بوابة آخر ظهور.

كل ما عدا ذلك مجرد زينة باهظة الثمن. لقد لاحظنا هذا الخطأ في مناقشات التخطيط: فرق العمل تُركز بشدة على نطاق البوابة، ثم تتجاهل تصميم الحمولة. لكن النطاق يُتيح لك الحصول على الحزم. أما التصفية فتُحوّل تلك الحزم إلى أحداث قابلة للاستخدام.

كيف يقلل ترشيح حمولة BLE من استخدام وقت البث في LoRaWAN

لوراوان يوفر تشغيلاً بعيد المدى ومنخفض الطاقة، لكن حجم الحمولة ووقت البث لا يزالان مهمين.

بالنسبة لبروتوكول EU863-870، يختلف الحد الأقصى لحجم بيانات التطبيق باختلاف معدل نقل البيانات: 51 بايت عند معدلات نقل البيانات من 0 إلى 2، و115 بايت عند معدل نقل البيانات 3، و222 بايت عند معدلات نقل البيانات من 4 إلى 7 في حال عدم وجود FOpts. وتشير الصفحة نفسها إلى أن عوامل الانتشار الأعلى تُنتج معدلات بت أقل، بينما عوامل الانتشار الأقل تُنتج معدلات بت أعلى. ⁽²⁾

في أوروبا، تُحدد قواعد دورة التشغيل أيضًا عدد مرات إرسال الأجهزة. توجد حدود للنطاقات الفرعية وفقًا لمعايير المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI)، مثل 1% للنطاقين 865-868 ميجاهرتز و868-868.6 ميجاهرتز، و0.1% لبعض النطاقات الفرعية المجاورة، و10% للنطاق 869.4-869.65 ميجاهرتز. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن سياسات الشبكات العامة قد تفرض قيودًا أكثر صرامة، مثل تحديد 30 ثانية من وقت الإرسال لكل عقدة يوميًا في بيئة TTN Sandbox. ⁽²⁾

هذا لا يعني أن كل عملية نشر خاصة لمنتجات Lansitec مقيدة بسياسة الحماية الخاصة بشبكة TTN. ولكنه يعني أنه يجب على المشترين التوقف عن التعامل مع الأمر بهذه الطريقة. لوراوان تُعتبر عمليات الإرسال مجانية لعدم وجود شريحة SIM. لا توجد شريحة SIM، وهذا رائع. مع ذلك، لا يزال هناك وقت البث، وسعة البوابة، وبطارية الجهاز التي يجب أخذها في الاعتبار.

مثال على تتبع أصول المستشفى باستخدام تصفية حمولة بيانات تقنية البلوتوث منخفض الطاقة

تخيل جناحًا في مستشفى مزودًا بعلامات بلوتوث منخفضة الطاقة على الكراسي المتحركة، ومضخات التسريب، والشاشات المحمولة، وطاولات العمليات، وملحقات التصوير المقطعي المحوسب، وشارات الموظفين، ودرجة الحرارة أجهزة الاستشعار, وأساور الاتصال في حالات الطوارئ.

تستقبل البوابة حزمة إشارة. أما التوجيه الخام فيمرر كل ما تستقبله. وقد يشمل ذلك حقولاً لا تستخدمها لوحة تحكم المستشفى، وحزم بيانات متكررة من أجهزة لم تتحرك، وإعلانات ضعيفة تتسرب من الغرفة المجاورة.

يبدو الحدث المُصفّى مختلفًا:

معرف الأصل + معرف البوابة + RSSI + علامة_الحركة + علامة_البطارية

أو، بالنسبة للمستشعر:

معرف المستشعر + درجة الحرارة + حالة الإنذار + RSSI

لا تحتاج لوحة التحكم إلى إعلان البلوتوث بالكامل في كل مرة. يكفيها أن تعرف أن المضخة رقم 1842 قريبة من ممر الجناح "ب"، أو أن مستشعر المجمد رقم 12 تجاوز عتبة درجة الحرارة، أو أنه تم الضغط على زر الطوارئ.

Lansitec's Solar, Macro, Micro, Compact, Indoor, و SocketSync بوابات البلوتوث تتضمن جميعها ميزات قابلة للتكوين لتصفية بيانات البلوتوث وإعداد تقارير الحمولة في كتالوج المنتج، مع وصف الوظيفة المتكررة بأنها تصفية بايتات البيانات في حمولة البلوتوث والإبلاغ عن البيانات المحددة عبر لوراوان. هذه ليست ميزة ثانوية، بل هي جزء من كيفية بقاء أنظمة BLE-to-LoRaWAN قابلة للاستخدام على نطاق واسع.

كيف تعمل خاصية تصفية الحمولة على إطالة عمر بطارية البوابة

البوابة التي ترسل عددًا أقل من الرسائل، ذات حجم أصغر وجودة أفضل، تقضي وقتًا أقل في الإرسال. وهذا الأمر بالغ الأهمية في الأجهزة التي تعمل بالبطارية. بوابات. لانسيتك ماكرو بوابة البلوتوث, على سبيل المثال، يستخدم هذا الجهاز بطارية ليثيوم أيون كلوريد (Li-SoCl2) بسعة 38000 مللي أمبير/ساعة، وهو مصمم للاستخدام طويل الأمد في البيئات التي قد لا تتوفر فيها مصادر طاقة. يتميز الجهاز بخاصية تصفية بيانات البلوتوث، وفترات زمنية قابلة للتعديل لإرسال تقارير الموقع، وفترات زمنية لنبضات القلب، وضغط بيانات البلوتوث، ودعم تقنية TDMA، وإمكانية إرسال ما يصل إلى 15 رسالة إشارة في رسالة واحدة. لوراوان الحزمة في SF9.

تعمل هذه الميزات معًا. يقلل التصفية من حجم البيانات، بينما يضغط الضغط ما تبقى منها. كما تساعد تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) ومزامنة التقارير على معالجة البيانات المتعددة. بوابات تتصرف بشكل أكثر قابلية للتنبؤ. تتيح الفترات الزمنية القابلة للتعديل للمثبّت تحديد ما إذا كان الموقع يحتاج إلى رؤية شبه فورية أو مجرد تغييرات موثوقة في الحالة.

لا ينبغي لبوابة مزدحمة في ممر مستودع أن تُبلغ عن نفس بطاقة تعريف المنصة الثابتة كل بضع ثوانٍ لمجرد أنها تستطيع سماعها. من الأفضل الإبلاغ عن الدخول والخروج وآخر ظهور وتغييرات الحالة المهمة.

لماذا لا تؤدي زيادة بيانات التتبع دائمًا إلى تحسين الرؤية؟

قد يسأل المشتري: "هل يمكننا الحصول على تحديثات كل خمس ثوانٍ؟" أحيانًا نعم. بوابات لانسيتك يدعم فترات إعداد التقارير القابلة للتكوين، والعديد من الميزات الأخرى. لوراوان تُشير بعض النماذج إلى أن الفاصل الزمني لتقرير الموضع القابل للتعديل هو 5 ثوانٍ × n. لكن السؤال الأهم هو ما يتعلق بالسيناريو المحدد:

• هل تحتاج إلى بث موقع كل خمس ثوانٍ، أم تحتاج إلى معرفة متى يدخل أحد الأصول الموسومة غرفة محظورة؟
• هل تحتاج إلى كل إعلانات الأساور، أم فقط إلى إعلانات زر الذعر، وتجاوز مدة الإقامة، وأحداث عبور المناطق؟
• هل تحتاج إلى قيم درجة الحرارة الخام المستمرة، أم فقط معدل ضربات القلب الطبيعي بالإضافة إلى استثناءات العتبة؟

هنا يصبح ترشيح الحمولة موضوعًا للنقاش حول تصميم المنتج، بدلاً من كونه تفصيلاً في البرامج الثابتة.

بالنسبة لبطاقة الزائر، قد لا يكون تحديث الخمس ثوانٍ ضروريًا. أما بالنسبة لجهاز إنذار اقتراب الرافعة الشوكية، فإن توقيت الحدث مهم. وبالنسبة لمستشعر المجمد، فإن تجاوز العتبة أهم من دقة الموقع. وبالنسبة لمفاتيح السيارات في وكالة بيع السيارات، قد يكون وجود شخص ما على مستوى الغرفة كافيًا حتى يبحث عن مفتاح معين، مما يؤدي إلى تشغيل جرس الإنذار. أرسل الحدث واجعل الصوت محصورًا في مكانه.

كيف تعمل عملية تصفية حمولة بيانات تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) في نظام تتبع الهواتف المحمولة من لانسيتك؟

في بي موبايل، بوابة البلوتوث يتم تثبيته، ويتحرك جهاز الإرسال. تستقبل البوابة رسائل BLE القريبة، وتعيد هيكلة البيانات، ثم تعيد توجيهها. لوراوان. حل LoRa من Lansitec لديه منارات الإعلان عن بيانات مثل UUID، والرقم الرئيسي، والرقم الثانوي، ودرجة الحرارة، أو غيرها من البيانات، بينما بوابة البلوتوث يستقبل تلك البيانات ويعيد هيكلتها قبل إرسالها إلى لوراوان بوابة وتطبيق.

في هذا السياق، تعني "إعادة الهيكلة" قدرة النظام على تحويل العديد من إعلانات البلوتوث الخام إلى بيانات تتبع جاهزة للاستخدام في التطبيقات. في التطبيقات العملية، عادةً ما يحتاج النظام الخلفي إلى ما يلي:

• من أو ما الذي تم اكتشافه
• أي بوابة سمعت ذلك؟
• مدى قوة الإشارة
• هل تغيرت الحالة
• أي قيمة من قيم المستشعرات أو علامات الإنذار مهمة؟

كما سلطت شركة B-Mobile الضوء على ذلك. بوابات قد تتلقى إشارات منارة من الغرف المجاورة، وغالبًا ما تكون أضعف بكثير RSSI, وذلك RSSI قد يختلف ذلك بسبب تداخل نطاق 2.4 جيجاهرتز وتأثيرات تعدد المسارات. لا يمكن للترشيح أن يحل مشاكل فيزياء الترددات اللاسلكية بشكل سحري، ولكنه يستطيع منع الحزم الضعيفة وغير ذات الصلة والمتكررة من إغراق طبقة التطبيق.

أفضل الممارسات لتصفية حمولات بيانات تقنية البلوتوث منخفض الطاقة

عادةً ما تكون خطة نقل البيانات الجيدة من تقنية بلوتوث منخفضة الطاقة (BLE) إلى تقنية LoRaWAN بسيطة، وهذا في حد ذاته ميزة. ابدأ بقاموس أحداث صغير. حدد ما يستخدمه التطبيق فعليًا، ثم اربط كل حدث بالبايتات. حافظ على بساطة مُفكِّك الخادم، مع ترقيم إصداراته وتوثيقه. في عمليات النشر المختلطة، افصل بوضوح معرّفات الأصول، ومعرّفات الموظفين، ومعرّفات أجهزة الاستشعار، والبنية التحتية. منارات.

إليكم ثلاثة أنماط عملية نفضلها:

أخطاء شائعة في تصفية حمولات بيانات البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) يجب تجنبها

هناك تحذير واحد: يجب ألا يؤدي الترشيح إلى تدمير القيمة التشخيصية.

أثناء التشغيل، قد ترغب في حمولات بيانات أكثر ثراءً: خام RSSI, تتضمن البيانات المُرسلة عدة ملاحظات من البوابة، وحالة البطارية، وإصدار البرنامج الثابت، وربما رمز السبب وراء إرسال الحدث. بمجرد استقرار الموقع، يمكنك تقليل حجم البيانات المُرسلة.

غالباً ما يتضمن الإطلاق الناجح ملفين تعريفيين:

• وضع التشغيل: بيانات أكثر، فترات تشخيص أقصر، استكشاف الأخطاء وإصلاحها أسهل.
• وضع التشغيل: أحداث مُفلترة، حمولات بيانات صغيرة، عمر بطارية أطول، عدد أقل من عمليات الإرسال.

لقد رأينا هذا يؤتي ثماره في المشاريع التي تم فيها قضاء الأسبوع الأول في الضبط RSSI تحديد العتبات وحدود الغرف وموقع البوابة. بعد ذلك، يمكن للنظام أن يهدأ ويقدم تقريرًا بما تحتاجه العمليات فعليًا.

كيفية بناء نظام تتبع قابل للتطوير من تقنية بلوتوث منخفضة الطاقة إلى تقنية لوراوان

يعمل تتبع الإشارات من تقنية البلوتوث إلى تقنية LoRaWAN بشكل أفضل عندما تقوم البوابة بأكثر من مجرد الاستماع، بل يجب أن تتخذ القرار.

تُعدّ وظيفة تصفية البيانات وإعداد التقارير في نظام Lansitec من التفاصيل العملية التي لا تُذكر دائمًا في أول حديث مع المشتري. مع ذلك، ينبغي ذكرها. فبمجرد أن يحتوي الموقع على مئات العلامات، وأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار، وتداخل في البوابات،, لوراوان مع وجود حدود للحمولة، وبنية تحتية تعمل بالبطاريات، يصبح التوجيه الخام مضيعة للموارد بسرعة.

أرسل المعرّف. أرسل المعامل. أرسل RSSI. أرسل الإنذار. اترك الضوضاء خلفك.

المراجع والقراءات الإضافية

1. مختبرات السيليكون: أساسيات بيانات الإعلان عبر البلوتوث
2. شبكة الأشياء: إرشادات الحد الأقصى للحمولة ودورة التشغيل وفقًا للمعيارين EU863-870