Qu'est-ce que le filtrage de charge utile BLE ?

Le filtrage de la charge utile BLE est le processus qui consiste à sélectionner uniquement les données utiles des annonces Bluetooth avant de les envoyer. LoRaWAN, réduisant ainsi la consommation de temps d'antenne, la consommation de la batterie et le trafic réseau inutile.

Pourquoi le filtrage de la charge utile est-il important dans LoRaWAN?

Le filtrage de la charge utile réduit LoRaWAN Il augmente le temps de communication, améliore l'autonomie de la batterie de la passerelle, réduit la congestion du réseau et aide les systèmes de suivi à envoyer des événements significatifs au lieu de paquets Bluetooth bruts répétés.

Pourquoi l'envoi de chaque paquet BLE crée des problèmes de réseau LoRaWAN

Une balise Bluetooth est conçue pour communiquer. Elle émet des signaux. Puis elle en émet encore et encore. C'est précisément pourquoi le BLE est si performant pour le suivi des badges, des étiquettes d'inventaire, des porte-clés, des bracelets et des dispositifs environnementaux. capteurs, Des boutons d'alerte et des détecteurs de mouvement sont également utilisés. Un scanner à proximité n'a pas besoin de se connecter : il se contente d'écouter, de capter le paquet publicitaire et de décider de la marche à suivre.

Ce dernier point est crucial. Dans un système de suivi BLE-LoRaWAN, la passerelle n'est pas qu'un simple canal de transmission. Elle sert de traducteur, de trieur, et fait parfois toute la différence entre un déploiement de suivi efficace et un déploiement complexe qui gaspille inutilement de la bande passante.

Chez Lansitec B-Mobile architecture, Balises Bluetooth sont portés par les personnes ou attachés à des biens, tandis que Passerelles Bluetooth s'asseoir à des emplacements fixes et transmettre les informations reçues par LoRaWAN au serveur. Le serveur calcule ensuite la position à l'aide des coordonnées de la passerelle et RSSI.

Cependant, dans un déploiement complexe réel, la situation change et devient rapidement encombrée. Un couloir d'hôpital peut contenir des fauteuils roulants, des pompes à perfusion, des badges d'accès pour le personnel, des thermomètres, etc. capteurs, Des boutons d'urgence signalent leur présence à proximité. Dans une concession automobile, la couverture réseau (clés, véhicules, ateliers de réparation et passerelles) peut se chevaucher. Dans un entrepôt, des étiquettes peuvent traverser des zones de faible signal, les interférences provenant des pièces voisines ajoutant un volume de paquets supérieur aux besoins réels de l'application.

Si le système transmet chaque octet de chaque publicité BLE, LoRaWAN devient le goulot d'étranglement. Non pas parce que LoRaWAN Il est faible. Non. Il excelle dans la télémétrie longue portée à faible consommation. Mais il est conçu pour les messages courts et utiles, et non pour le vidage brut des paquets Bluetooth.

BLE vs LoRaWAN : Pourquoi l’optimisation de la charge utile est importante

La publicité BLE traditionnelle offre à l'application une zone de charge utile compacte. La documentation Bluetooth de Silicon Labs décrit la charge utile de publicité du canal principal comme étant de 0 à 31 octets, structurée en éléments de données publicitaires tels que des indicateurs, des UUID de service, des noms locaux et des données personnalisées du fabricant. ⁽¹⁾

Trente et un octets, ça ne paraît pas beaucoup. Mais multipliez ce chiffre.

Une passerelle peut recevoir des dizaines, voire des centaines de publicités par seconde sur un site à forte densité. Lansitec Passerelle Bluetooth compacte, Par exemple, un système peut recevoir 100 messages de balise en 1 seconde, alors qu'un seul LoRaWAN Ce module peut envoyer jusqu'à 15 messages de balise. Il prend également en charge le filtrage configurable des données Bluetooth et la transmission des données utiles, notamment le filtrage de certains octets de données d'une charge utile BLE avant leur transmission. LoRaWAN.

La passerelle ne devrait pas se demander : “ Qu'ai-je entendu ? ” Elle devrait se demander : “ Qu'est-ce qui a changé, qu'est-ce qui compte et de quoi le serveur a-t-il besoin pour agir ? ”

Dans la plupart des cas d'utilisation pour le suivi, la réponse est bien plus petite que la charge utile BLE brute. Les appareils BLE peuvent diffuser des données telles que la température, l'humidité ou la fréquence cardiaque via des charges utiles iBeacon ou Eddystone, mais LoRaWAN Il prend en charge un nombre limité d'octets par liaison montante et descendante. L'approche recommandée consiste à configurer la passerelle pour qu'elle n'envoie que les informations utiles, généralement l'identifiant, les paramètres et plus encore. RSSI.

Qu'est-ce que le filtrage de charge utile BLE ?

Le filtrage des données utiles est différent de la réduction de l'intervalle de rapport. Réduire l'intervalle signifie envoyer des données moins fréquemment, tandis que le filtrage consiste à envoyer des données de meilleure qualité, uniquement celles dont vous avez besoin.

Un Lansitec Passerelle Bluetooth peut analyser la charge utile BLE, sélectionner les octets utiles et ne transmettre que les parties nécessaires à l'application. Concrètement, cela peut signifier :

• Identité de la balise : UUID, identifiant majeur/mineur, identifiant dérivé de l’adresse MAC ou identifiant d’actif configuré
• Contexte: RSSI, identifiant de la passerelle, horodatage, zone ou état d'entrée/sortie
• Valeurs des capteurs : température, humidité, nombre de pas, fréquence cardiaque, indicateur de mouvement, état du bouton d’urgence, état de verrouillage/déverrouillage
• Logique événementielle : signaler uniquement lorsqu’une balise entre, sort, change d’état ou franchit un seuil.

Dans le cadre d'un cas d'utilisation de suivi des clés, l'application peut n'avoir besoin que de l'ID de la clé + de l'ID de la passerelle + RSSI. 

Pour une armoire frigorifique, il peut être nécessaire d'indiquer l'identifiant du capteur, la température et de fournir un indicateur d'alarme. 

Pour un badge de travailleur isolé, il peut être nécessaire d'indiquer l'identifiant du badge, le statut de panique et… RSSI + dernière passerelle vue.

Tout le reste n'est que décoration coûteuse. Nous avons constaté cette erreur lors des discussions de planification : les équipes se focalisent sur la portée de la passerelle, puis négligent la conception de la charge utile. Or, la portée permet d'acheminer les paquets. Le filtrage transforme ces paquets en événements exploitables.

Comment le filtrage de la charge utile BLE réduit l'utilisation du temps d'antenne LoRaWAN

LoRaWAN Il offre une longue portée et un fonctionnement à faible consommation, mais la taille de la charge utile et l'autonomie restent importantes.

Pour la norme EU863-870, la charge utile maximale des applications varie selon le débit de données : 51 octets pour les débits DR0 à DR2, 115 octets pour le débit DR3 et 222 octets pour les débits DR4 à DR7 en l’absence de FOpts. La même page indique que des facteurs d’étalement élevés entraînent des débits binaires plus faibles, et inversement. ⁽²⁾

En Europe, les règles de cycle de service déterminent également la fréquence de transmission des appareils. Il existe des limites de sous-bandes ETSI, telles que 1% pour les bandes 865-868 MHz et 868-868,6 MHz, 0,1% pour certaines sous-bandes voisines et 10% pour la bande 869,4-869,65 MHz. Il convient également de noter que les politiques des réseaux publics peuvent imposer des limites plus strictes, comme les 30 secondes de temps d'antenne montante par nœud et par jour imposées par le TTN Sandbox. ⁽²⁾

Cela ne signifie pas que chaque déploiement privé de Lansitec est limité par la politique de bac à sable de TTN. Cela signifie que les acheteurs doivent cesser de traiter LoRaWAN Les connexions montantes sont gratuites puisqu'il n'y a pas de carte SIM. Pas de carte SIM, c'est parfait. Il faut tout de même prendre en compte le temps de communication, la capacité de la passerelle et la batterie.

Exemple de suivi des actifs hospitaliers utilisant le filtrage de la charge utile BLE

Imaginez une aile d'hôpital équipée d'étiquettes BLE sur les fauteuils roulants, les pompes à perfusion, les moniteurs portables, les tables d'opération, les accessoires de tomodensitométrie, les badges du personnel et les capteurs de température. capteurs, et des bracelets d'appel d'urgence.

Une passerelle reçoit un paquet de balise. Le transfert brut transmettrait tout ce qu'elle reçoit. Cela pourrait inclure des champs jamais utilisés par le tableau de bord de l'hôpital, des paquets répétés provenant d'appareils immobiles et des signaux faibles provenant de la pièce voisine.

Un événement filtré a une apparence différente :

identifiant_actif + identifiant_passerelle + RSSI + drapeau_de_mouvement + drapeau_de_batterie

Ou, pour un capteur :

identifiant_capteur + température + état_alarme + RSSI

Le tableau de bord n'a pas besoin de recevoir l'intégralité du signal BLE à chaque fois. Il doit simplement savoir que la pompe 1842 se trouve près du couloir du service B, que le capteur 12 du congélateur a franchi un seuil de température ou qu'un bouton d'urgence a été actionné.

Lansitec Solar, Macro, Micro, Compact, Indoor et SocketSync Passerelles Bluetooth Tous les produits du catalogue incluent le filtrage des données Bluetooth configurable et la génération de rapports de charge utile. La fonction principale consiste à filtrer les octets de données d'une charge utile Bluetooth et à générer des rapports sur les données sélectionnées via… LoRaWAN. Il ne s'agit pas d'une fonctionnalité secondaire. Elle fait partie intégrante du fonctionnement à grande échelle des systèmes BLE-LoRaWAN.

Comment le filtrage de la charge utile prolonge l'autonomie de la batterie de la passerelle

Une passerelle qui envoie moins de messages, mais plus petits et de meilleure qualité, passe moins de temps à transmettre. C'est particulièrement important pour les appareils alimentés par batterie. passerelles. La macro Lansitec Passerelle Bluetooth, Par exemple, il utilise une batterie Li-SoCl2 de 38 000 mAh et est conçu pour les déploiements de longue durée dans des environnements où l’alimentation électrique peut être indisponible. Il intègre le filtrage des données Bluetooth, des intervalles de rapport de position et de pulsation réglables, la compression des données Bluetooth, la prise en charge TDMA et la possibilité d’envoyer jusqu’à 15 messages de balise par transmission. LoRaWAN paquet à SF9.

Ces fonctionnalités fonctionnent de concert. Le filtrage réduit la charge utile. La compression optimise le résultat. Le TDMA et la synchronisation des rapports facilitent le traitement multiple. passerelles Leur comportement est plus prévisible. Les intervalles réglables permettent à l'installateur de décider si le site nécessite une visibilité quasi temps réel ou simplement des changements d'état fiables.

Un portique de circulation très fréquenté dans une allée d'entrepôt ne devrait pas signaler la même étiquette de palette statique toutes les quelques secondes simplement parce qu'il la détecte. Il est préférable de signaler les entrées, les sorties, la dernière position connue et les changements d'état significatifs.

Pourquoi davantage de données de suivi n'améliorent pas toujours la visibilité

Un acheteur peut demander : “ Pouvons-nous recevoir des mises à jour toutes les cinq secondes ? ” Parfois, oui. Passerelles Lansitec prise en charge des intervalles de rapport configurables et plusieurs LoRaWAN Les modèles indiquent 5s xn comme intervalle de rapport de position ajustable. Mais la question la plus pertinente dépend du scénario :

• Avez-vous besoin d'un flux de localisation de cinq secondes, ou devez-vous savoir quand un bien étiqueté entre dans une pièce à accès restreint ?
• Avez-vous besoin de toutes les publicités pour les bracelets, ou seulement des alertes concernant le bouton d'urgence, les dépassements de durée de stationnement et les franchissements de zone ?
• Avez-vous besoin de valeurs de température brutes en continu, ou seulement des valeurs normales de fréquence cardiaque plus les exceptions de seuil ?

C’est là que le filtrage de la charge utile devient un sujet de discussion relatif à la conception du produit, plutôt qu’un détail du firmware.

Pour un badge visiteur, une mise à jour toutes les cinq secondes est peut-être superflue. Pour une alarme de proximité de chariot élévateur, le moment de l'événement est crucial. Pour un capteur de congélateur, le franchissement d'un seuil est plus important que la précision de la localisation. Pour les clés de voiture dans une concession, la détection de présence dans la pièce peut suffire jusqu'à ce qu'une personne recherche une clé spécifique, déclenchant ainsi une alarme sonore. Diffusez l'événement et limitez les alertes à un niveau local.

Fonctionnement du filtrage des charges utiles BLE dans le système de suivi Lansitec B-Mobile

À B-Mobile, le Passerelle Bluetooth est fixe, et la balise se déplace. La passerelle reçoit les messages BLE à proximité, restructure les données et les transmet. LoRaWAN. La solution LoRa de Lansitec possède balises publicité UUID, majeur, mineur, température ou autres données, tandis que le Passerelle Bluetooth reçoit et restructure ces données avant de les transmettre au LoRaWAN passerelle et application.

Dans ce contexte, “ restructurer ” signifie que le système peut convertir de nombreuses publicités BLE brutes en données de suivi exploitables par une application. En pratique, le système dorsal a généralement besoin de :

• Qui ou quoi a été détecté
• Quelle passerelle a reçu le signal ?
• Quelle était la force du signal ?
• Que l'état ait changé
• Quelle valeur de capteur ou quel signal d'alarme est important ?

B-Mobile souligne également que passerelles peut recevoir des signaux de balise provenant de pièces voisines, souvent beaucoup plus faibles RSSI, et cela RSSI Les performances peuvent varier en raison des interférences à 2,4 GHz et des effets de trajets multiples. Le filtrage ne peut pas résoudre comme par magie les problèmes physiques liés aux radiofréquences, mais il peut empêcher les paquets faibles, non pertinents et répétitifs de saturer la couche application.

Meilleures pratiques pour le filtrage des charges utiles BLE

Un bon plan de charge utile BLE vers LoRaWAN est généralement simple. C'est un compliment. Commencez par un petit dictionnaire d'événements. Définissez ce que l'application utilise réellement, puis associez chaque événement à des octets. Veillez à ce que le décodeur serveur soit simple, versionné et documenté. Dans les déploiements mixtes, séparez clairement les identifiants des actifs, du personnel, des capteurs et de l'infrastructure. balises.

Voici trois modèles pratiques que nous apprécions :

Erreurs courantes à éviter lors du filtrage de la charge utile BLE

Attention toutefois : le filtrage ne doit pas détruire la valeur diagnostique.

Lors de la mise en service, vous pourriez souhaiter des charges utiles plus riches : brutes RSSI, Vous pourrez ainsi collecter plusieurs observations de passerelle, des informations sur la batterie, la version du micrologiciel et éventuellement un code de motif d'envoi de l'événement. Une fois le site stabilisé, vous pourrez optimiser la charge utile.

Un déploiement réussi présente souvent deux profils :

• Mode de mise en service : Plus de données, des fenêtres de diagnostic plus courtes, un dépannage facilité.
• Mode de fonctionnement : Événements filtrés, charges utiles allégées, autonomie de batterie prolongée, moins de liaisons montantes.

Nous avons constaté les bénéfices de cette approche dans des projets où la première semaine est consacrée à la mise au point. RSSI Seuil de fonctionnement, limites des pièces et emplacement de la passerelle. Ensuite, le système peut se stabiliser et indiquer les opérations réellement nécessaires.

Comment construire un système de suivi BLE-LoRaWAN évolutif

Le suivi BLE vers LoRaWAN fonctionne de manière optimale lorsque la passerelle ne se contente pas d'écouter ; elle doit prendre des décisions.

La fonction de filtrage et de génération de rapports de données de Lansitec fait partie de ces détails pratiques qui ne sont pas toujours abordés lors des premières discussions avec l'acheteur. Pourtant, elle devrait l'être. En effet, dès qu'un site comporte des centaines de balises, des types de capteurs variés et des chevauchements de passerelles, LoRaWAN Avec les limites de charge utile et l'infrastructure alimentée par batterie, le transfert brut devient rapidement un gaspillage de ressources.

Envoyer l'identifiant. Envoyer le paramètre. Envoyer le RSSI. Donnez l'alerte. Laissez le bruit derrière vous.

Références et lectures complémentaires

1. Silicon Labs : Principes de base des données publicitaires Bluetooth
2. The Things Network : Guide relatif à la charge utile maximale et au cycle de service des normes EU863-870