Bluetooth SIG positioniert Bluetooth LE als Basis für Ambient IoT
Bluetooth LE entwickelt sich zu einer Verbindungsoption für Ambient-IoT-Geräte, die durch Licht, Funkwellen, Bewegung oder Wärme mit Energie versorgt werden. Batterielose und batteriegestützte Smart Labels und Sensoren könnten den Wartungsaufwand verringern, doch ihre Leistung hängt von der gesamten Energie- und Systemarchitektur ab.
Ambient-IoT verändert die Energiearchitektur
Ambient IoT bezeichnet vernetzte Geräte, die ihre Betriebsenergie ganz oder teilweise aus Quellen beziehen, die bereits in der Umgebung vorhanden sind. Zu diesen Quellen zählen unter anderem Innen- oder Außenlicht, HF-Energie, Bewegung und Wärme.
Die gewonnene Energie kann die Elektronik direkt versorgen oder vorübergehend für die Erfassung, Verarbeitung und drahtlose Übertragung gespeichert werden. Je nach Anwendung können Geräte ohne herkömmliche Batterie betrieben werden oder die Energiegewinnung mit Kondensatoren, wiederaufladbaren Mikrobatterien oder anderen kompakten Speichertechnologien kombinieren.
Die Bluetooth SIG positioniert Bluetooth LE aufgrund seines geringen Energiebedarfs, der vergleichsweise niedrigen IC-Kosten und der Unterstützung flexibler Netzwerktopologien als geeignete Kommunikationsschicht für diese Geräteklasse.
Smart Labels werden zu Sensorknoten
Bluetooth-Smart-Labels können die Identifizierung von Gegenständen mit Informationen zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewegung und Handhabungsereignissen kombinieren.
ABI Research prognostiziert, dass die jährlichen Auslieferungen von Bluetooth-Smart-Labels bis 2030 138 Millionen Einheiten erreichen werden. Es wird erwartet, dass ein wachsender Teil davon mit wenig oder gar keiner herkömmlichen Batterie auskommt, indem er Energie aus der Umgebung gewinnt.
In Logistik- und Lieferkettenanwendungen könnten diese Etiketten dabei helfen, festzustellen, ob Waren schädlichen Temperaturen oder unsachgemäßer Handhabung ausgesetzt waren. Präzisere Zustandsdaten können gezielte Maßnahmen unterstützen, die Genauigkeit von Rückrufaktionen verbessern und vorsorgliche Entsorgungen aufgrund fehlender Informationen reduzieren.
Das Etikett ist jedoch nur eine Komponente der Lösung. Empfänger, Gateways, Softwareplattformen und Schnittstellen zu Lager-, Transport- oder Unternehmenssystemen sind erforderlich, um Sensormesswerte in operative Entscheidungen umzusetzen.
Die verfügbare Energie bestimmt die Geräteleistung
Die Machbarkeit eines Ambient-IoT-Geräts hängt von seinem gesamten Energiebudget ab. Sensoren, Prozessoren, Speicher und Funkübertragungen müssen im Rahmen der unter realen Umgebungsbedingungen verfügbaren Energie betrieben werden.
Die Effizienz der Energiegewinnung, die Speicherkapazität, die Messintervalle und die Kommunikationsfrequenz stehen in direktem Zusammenhang. Häufigere Messungen und Übertragungen erhöhen den Energiebedarf, während schwankende Licht-, Temperatur- oder Funkbedingungen die Aktualisierungsraten einschränken können.
Batterien mit extrem geringem Stromverbrauch können in dieser Architektur zwei verschiedene Rollen spielen. Sie können entweder als eigenständige Stromquellen für Geräte mit sehr geringem Energiebedarf dienen oder die gewonnene Energie speichern, bis genügend Strom für die Sensorik und die Funkübertragung zur Verfügung steht.
Für Systemintegratoren ist daher nicht einfach die Frage entscheidend, ob ein Gerät als batterielos bezeichnet wird. Das gesamte Design muss die erforderlichen Daten über die gesamte vorgesehene Betriebsdauer hinweg zuverlässig liefern.
Anwendungen in Gebäuden und in der Industrie
Bluetooth-basierte Sensorik wird bereits in vernetzten Beleuchtungssystemen, der HLK-Automatisierung und der Zustandsüberwachung eingesetzt.
Anwesenheits-, Tageslicht- und Umgebungssensoren können die Daten liefern, die erforderlich sind, damit Gebäudesysteme auf die tatsächliche Nutzung reagieren können, anstatt sich ausschließlich auf feste Zeitpläne zu verlassen. Die daraus resultierenden Einsparungen hängen von der Platzierung der Sensoren, der Automatisierungslogik und der Integration in das übergeordnete Gebäudemanagementsystem ab.
In industriellen Umgebungen können Sensoren Schwingungen, Temperatur, Druck und andere Indikatoren für den Maschinenzustand messen. Vernetzte Analyse- und Wartungssoftware kann diese Daten nutzen, um Veränderungen zu erkennen, bevor sie zu unerwarteten Ausfällen führen.
Sensor-Knoten mit Energy-Harvesting-Technologie könnten die Überwachung auf Orte ausweiten, an denen eine Verkabelung oder ein wiederholter Batteriewechsel unpraktisch ist. Ihre Eignung hängt von der verfügbaren Energie, der erforderlichen Messqualität, der Übertragungsrate und der Netzabdeckung ab.
Nachhaltigkeit erfordert eine Bewertung auf Systemebene
Bluetooth LE kann wartungsarme intelligente Etiketten, Sensoren und Steuerungssysteme unterstützen, doch die Funktechnologie allein macht eine Anwendung noch nicht nachhaltig.
Eine umfassende Bewertung muss die Geräteproduktion, die Energiegewinnung, die Speicherung, gegebenenfalls Batterien, Empfänger, Gateways, die Datenverarbeitung und die Wartung einbeziehen. Diese Faktoren müssen mit messbaren Reduzierungen des Energieverbrauchs, des Abfallaufkommens, der Ausfälle oder des Geräteaustauschs verglichen werden.
Beim Ambient IoT geht es daher nicht einfach nur darum, die Batterie zu entfernen. Stromversorgung, Speicherung, Sensorik, Kommunikation und Datenverarbeitung müssen als eine integrierte Architektur konzipiert werden.
Lesen Sie den vollständigen Artikel der Bluetooth SIG: https://www.bluetooth.com/blog/how-bluetooth-technology-is-being-used-to-help-create-a-more-sustainable-world/