Was ist ein BLE-Gateway?

Das BLE-Gateway ist ein wesentliches Element in der Architektur einer IoT-Lösung, aber wissen Sie wirklich, wozu es dient? Und wie es funktioniert?

Ob im Alltag oder in industriellen Bereichen, die drahtlose Kommunikationstechnologie Bluetooth ist allgegenwärtig. Das offene Protokoll ist in vielen Geräten wie Smartphones, Tablets und Computern integriert und hat zum starken Wachstum des Marktes für vernetzte Objekte beigetragen.

Obwohl die Bluetooth-Technologie es den Geräten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren, ist die Sammlung und Rückführung von Daten zur Cloud oder zu Servern ein notwendiger Schritt.

In diesem Artikel erläutern wir, welche Rolle das Gateway bei der Datenverwaltung spielt und gehen auf einige konkrete Anwendungsbeispiele ein.

Was ist ein BLE-Gateway?

Ein BLE-Gateway ist ein Kommunikationsportal zwischen Bluetooth-Geräten (z.B. Beacons und Sensoren) und der Cloud/dem Client-Server, das im Prinzip mit einem Internet-Router vergleichbar ist. Wenn man von diesem Element spricht, unterscheidet man manchmal zwischen dem Hardwareobjekt und der Softwareumgebung. Da das Gateway über verschiedene Protokolle wie WIFI / Ethernet / Bluetooth oder Mobilfunk kommunizieren kann, eignet es sich besonders für industrielle Anwendungen. Mit Standardschnittstellen wie MQTT, API Rest oder GRPC bietet es Flexibilität und Effizienz für IoT-Infrastrukturen.

Wie funktioniert ein BLE-Gateway?

Um zu funktionieren und die Daten der Bluetooth-Geräte in der Nähe korrekt zu erfassen, wird das BLE-Gateway seine Umgebung in einem Radius von etwa 100 m kontinuierlich scannen. Die Geräte werden in regelmäßigen Abständen senden, um dem Gateway ihre Anwesenheit zu signalisieren. Das Gateway sammelt die Daten in Form von Frames und veröffentlicht sie auf einem MQTT-Broker, so dass sie einfach von der Cloud/Server abgerufen werden können.

Ein Bluetooth Low Energy Gateway kann im Advertising-Modus und im Connected-Modus arbeiten. Im Advertising-Modus werden nur Daten gesammelt, während im Connected-Modus Befehle von der Cloud/Server über einen MQTT-Broker an die BLE-Geräte gesendet werden können.

Wussten Sie das?

MQTT steht für Message Queuing Telemetry Transport und ist ein leichtgewichtiges Messaging-Protokoll, das sich besonders für den Versand “kleiner” Daten zwischen Rechnern eignet. In einer MQTT-Architektur gibt es Clients und Broker. Der Broker ist ein Server (Makler), der die Kommunikation zwischen den Clients ermöglicht. Die Clients können BLE-Geräte oder Computer sein. Dieses Nachrichtenprotokoll basiert auf der “publish-subscribe”-Methode. Der Kunde abonniert Kommunikationskanäle, die als “Topics” bezeichnet werden.

Warum ein BLE-Gateway?

Eine IoT-Lösung kann auch ohne Gateway funktionieren. Es kann jedoch die Verwaltung eines Netzwerks von BLE-Geräten erleichtern und eine Vielzahl von Daten einfach sammeln.

Er hat die Aufgabe, die Daten zu sammeln und weiterzuleiten, die von den verschiedenen Bluetooth-fähigen Geräten in der Nähe gesendet werden. Ein Gateway ist jedoch mehr als nur ein WIFI-Router. Einige Gateways sind echte Verbündete bei der zuverlässigen Übertragung von Daten an das Informationssystem des Kunden und ermöglichen es Ihnen, über die einfache Datenübertragung hinauszugehen.

Vorteile der Nutzung eines BLE-Gateways

Sie lassen sich nahtlos in jede Architektur integrieren , sei es lokal oder über Webanwendungen.

Sie können Ihr Netzwerk einfach konfigurieren, Ihre Daten in Echtzeit anzeigen und herunterladen, aber auch Befehle an Ihre Geräte senden, z.B. eine LED aus der Ferne einschalten, einen akustischen Alarm auslösen oder in manchen Fällen Ihre Geräte aus der Ferne aktualisieren.

Grenzen der Verwendung eines BLE-Gateways

Die wichtigsten Einschränkungen bei der Verwendung eines Gateways in Ihrem IoT-Netzwerk sind die Notwendigkeit, das Gateway zu verkabeln, um es mit Strom zu versorgen und es mit dem Internet zu verbinden. Dies kann zusätzliche Infrastrukturkosten verursachen, die in die Gesamtkosten der Lösung einbezogen werden müssen.

Der zweite Punkt, den es zu berücksichtigen gilt, ist das Auftreten potenzieller Schäden. die sich auf das gesamte Netzwerk auswirken kann. Wenn ein Vermittler zwischen den Geräten und der Cloud hinzugefügt wird, kann dies zu einer Unterbrechung des Datenrückflusses führen, wenn das Gateway ausfällt. Dieses Problem kann jedoch durch die Verwendung mehrerer Gateways in einem Netzwerk begrenzt werden.

Beispiele für Use Cases mit einem industriellen BLE-Gateway

Das IoT ist ein Wachstumsmarkt und immer mehr Unternehmen integrieren es in ihre digitale Transformation. Während Privatpersonen einfache Internet-Router verwenden, um auf Webanwendungen zuzugreifen und ihre verschiedenen Geräte miteinander zu verbinden, investieren Unternehmen in fortschrittlichere IoT-Infrastrukturen. Lassen Sie uns gemeinsam einige Anwendungsfälle untersuchen.

Smart Building und Smart Office

Das “Smart Building”, ein häufig verwendeter Begriff für intelligente Gebäude, ist ein Trend, der in den letzten Jahren explosionsartig zugenommen hat. Die Entwicklung von vernetzten Objekten in der Industrie hat stark dazu beigetragen, da dieses neue Gebäudemodell auf der Sammlung und Analyse zahlreicher Daten beruht, die es ermöglichen, den Energieverbrauch der Unternehmen besser zu verwalten. Um diesem Informationsbedarf gerecht zu werden, investieren die Unternehmen in Sensoren der neuesten Generation, die alle Arten von Metriken messen können, wie z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit oder die Auslastung von Büros und Konferenzräumen.

Um all diese Daten zu sammeln und zu übertragen und auf Dashboards zuzugreifen, die den Verbrauch eines Gebäudes in Echtzeit anzeigen, stützen sich die Netzwerkinfrastrukturen auf IoT-Infrastrukturen, die z.B. aus Bluetooth-Sensoren und Gateways bestehen.

Inventar von Werkzeugen und Ersatzteilen

Die Optimierung der Lieferketten ist eine der größten Herausforderungen der Industrie 4.0. Um die Versorgung zu verbessern oder um Werkzeugparks in Echtzeit zu verfolgen und zu inventarisieren, verwenden die Hersteller automatische Identifikations- und Lokalisierungssysteme. Durch das Ausstatten von Werkzeugen und Ersatzteilen mit Identifikationsmarkierungen, den sogenannten Beacons, können Sie die Werkzeuge und Ersatzteile identifizieren. Beacons versehen werden.Mit Hilfe von Beacons ist es möglich, ihre Bewegungen in Echtzeit zu verfolgen. Mit Hilfe eines BLE-Gateways können die Bewegungen historisiert und auf einer Plattform zur Datenvisualisierung dargestellt werden.

Überwachung von Patienten in Krankenhäusern

Bei einer ständig steigenden Zahl von Krankenhausaufenthalten steht die Leistungsfähigkeit der Krankenhäuser im Mittelpunkt des Interesses. Umden Patientenpfad zu verbessern, investieren viele Krankenhäuser in vernetzte Lösungen. Durch die Verwendung von Beacon-Identifikatoren können Patientenakten leicht von einer Abteilung zur anderen übertragen werden, ohne dass Daten verloren gehen. Darüber hinaus kann der Einsatz von Beacons auch zur Lokalisierung von Patienten in Krankenhäusern genutzt werden, wodurch diese sich leichter zurechtfinden können. Dies wird Verzögerungen und Nichterscheinen zu Terminen, überfüllte Wartezimmer und auch Patientenkreuzungen und -ströme verringern. Um eine gute Erfahrung für die Patienten und das Krankenhauspersonal zu gewährleisten, ist es jedoch notwendig, sich auf eine leistungsfähige und sichere Infrastruktur zu verlassen. Da die Anzahl der Bluetooth-Beacons sehr hoch sein kann, ist es empfehlenswert, mehrere Gateways zu verwenden, um den Datenfluss zu den Client-Servern zu vereinfachen.

Obwohl es nicht immer notwendig ist, ein Gateway zu verwenden, um eine IoT-Architektur richtig zu betreiben, kann es in vielen Fällen dennoch empfohlen werden, z.B. wenn die Dichte von Bluetooth-Geräten an einem Ort hoch ist.