Работа ячеистой сети BLE Mesh в многоэтажных зданиях

На пути массового внедрения ячеистых сетей стоит несколько задач, которые необходимо решить. На некоторых из наиболее часто задаваемых вопросов мы дадим ответы в данной статье — как будет работать сеть в многоэтажном здании? Будет ли передача между этажами? Возможна ли работа по цепочке? Какая реальная дальность передачи данных внутри здания по прямой видимости?

Для наглядного ответа на вопросы были проведены тесты в 9-этажном промышленном здании одного из технопарков, постройки советских времён. Для тестов была выбрана платформа Thingy:52, так как она имеет очень удобный форм-фактор для полевых испытаний (отладочные комплекты содержат батарейку и прорезиненный корпус, их можно просто разложить по зданию).

Производителем также предоставляется готовый набор ПО: прошивки и приложения конфигурации для Android, iOS). 

Выражаем благодарность компании Ультран из Санкт-Петербурга за предоставленные отладочные комплекты для проведения тестов.

Тест проводился в конфигурации, когда все устройства были объединены в одну сеть. При этом одно устройство выполняло роль клиента (издателя), который посылал на адрес 0xC001 команду переключения светодиода при нажатии на кнопку, а все остальные пять были подписаны на адрес 0xC001 и при получении команды зажигали или гасили светодиод. Все устройства в сети были сконфигурированы, как роутеры (ретрансляторы). Команда вкл/выкл отправляется с периодом 1 раз в секунду с 7 этажа. Таким образом нажатие на одну кнопку должно привести к зажиганию светодиодов на всех устройствах, можно наглядно установить дальность прохождения сигнала по всей цепочке.

Тестировалась передача данных в вертикальной плоскости здания (между этажами), так как межэтажные перекрытия состоят из гораздо более толстого и прочного бетона, и если сеть будет работать в таких условиях, то сеть гарантированно будет работать и по этажу в горизонтальной плоскости. Устройства были расположены на каждом этаже здания в зоне диаметром примерно 8-10 метров. На пути прохождения сигнала между некоторыми узлами к этажным горизонтальным перекрытиям добавляются 2-3 вертикальные перегородки, в зависимости от места расположения устройств, так как устройства были расположены не строго по прямой, а в различных кабинетах.

Были протестированы следующие 4 конфигурации расположения узлов сети (см. рисунок):

1. Тестирование работы по цепочке.
   Устройства расположены на каждом этаже здания с 7 по 2 этаж.
   Получена дальность в 5 прыжков. Устройства на всех этажах отрабатывают команду без сбоев.
2. Тестирование максимальной пробивной способности (количества перекрытий через которых проходит сигнал).
   Роутер, расположенный на 5 этаже перемещается на 6 этаж с образованием прыжка между узлами в два этажных перекрытия (с 6 на 4 этаж).
   Сеть работает при прыжке через два межэтажных перекрытия. Увеличение длины прыжка в три этажных перекрытия приводит к пропаданию связи.
3. Тестирование максимальной дальности связи в по этажу в прямой видимости.
   На 8 этаже с одной стороны коридора устанавливается узел сети, второй узел перемещается по коридору до момента пропадания сети.
   Дальность связи в прямой видимости — до конца коридора (100 метров). При смещении устройства с линии прямой видимости связь теряется.
4. Тестирование прохождения сигнала в условиях лестничных пролетов.
   Издатель располагается на лестничной клетке 7 этажа, подписчик спускается по лестнице вниз до момента пропадания сети.
   Достигнута стабильная связь при прыжке на 4 этажа (с 7 до 3).

Выводы:

1. При выстраивании устройств цепочкой на каждом этаже данные передаются стабильно.
2. Сеть работает при прыжке (расстоянии между узлами) в 2 межэтажных перекрытия.
3. При расположении устройств на лестнице связь сохраняется при прыжке в 4 этажа.
4. Дальность передачи данных по этажу в прямой видимости в условиях производственного здания достигает 100 метров.
5. Полученные результаты говорят о том, что BLE Mesh  предварительно подходит для систем передачи данных в многоэтажных зданиях.