Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy vezeték nélküli technológia _ _  _ _ _ _ energiafogyasztás és üresjárati energiafogyasztás.

A Bluetooth Low Energy technológiát használó eszközök kevesebb energiát fogyasztanak, mint a korábbi generációs Bluetooth-eszközök. Sok esetben a készülékek több mint egy éven keresztül működhetnek egyetlen miniatűr gombelemről töltés nélkül [2] . Így lehetővé válik például, hogy kisméretű érzékelők folyamatosan működjenek (például hőmérséklet-érzékelő), amelyek más eszközökkel, például mobiltelefonnal vagy PDA-val kommunikálnak [2] .

A Bluetooth specifikáció ezen új verziója az alkalmazások széles skálájának támogatását teszi lehetővé, és csökkenti a végkészülék méretét, így kényelmesen használható az egészségügy, a testmozgás és a sport, a biztonsági rendszerek és az otthoni szórakoztatás területén.

Történelem

2007. június 12-én a Bluetooth SIG bejelentette, hogy a Wibree a Bluetooth Ultra-Low Energy Technology ( ULP Bluetooth ) néven a Bluetooth specifikáció részévé válik . Az eredmény egy vezeték nélküli technológia alacsony energiafogyasztással és jelentősen meghosszabbított akkumulátor-élettartammal, amely hasonló a ZigBee -t használó áramkörökéhez .

2009. április 20-án a Bluetooth SIG bemutatta az új Bluetooth Low Energy technológiát, mint egy további veremprotokollt, amely teljes mértékben kompatibilis más meglévő Bluetooth-protokoll-veremekkel. A korábbi neveket, például a Wibree és az ULP Bluetooth (Ultra Low Power) felváltotta a Bluetooth low energy technológia elfogadott neve ( Bluetooth low energy ).

2009. december 17. A Bluetooth SIG közzétette a Bluetooth alacsony energiaigényű vezeték nélküli technológia elfogadását a Bluetooth specifikáció magjának 4.0-s verziójának egyik jellemzőjeként [3] .

A Bluetooth Low Energy integrálása az alapspecifikációba 2010 elején fejeződött be. Az első olyan eszköz, amely ezt a technológiát alkalmazta, a 2011 októberében kiadott iPhone 4S volt. Más gyártók 2012-ben mutatták be a Bluetooth Smart Ready funkcióval rendelkező eszközöket.

Konfigurációk

A kevesebb energiát fogyasztó Bluetooth alacsony energiafelhasználású technológia hosszú távú kapcsolatot kínál, és kis eszközöket, például szenzorokat és mobileszközöket csatlakoztathat a Personal Area Network (PAN) hálózaton belül.

A Bluetooth 4.0 specifikáció (és újabb) valójában két vezeték nélküli technológiát határoz meg: a BR/EDR-t (klasszikus Bluetooth, a szabvány első verziója óta fejlődik) és a BLE -t (Bluetooth Low Energy) [4] .

A BLE-t használó eszközök lehetnek kétmódusú BR /EDR/BLE (Bluetooth Smart Ready néven), amelyek kompatibilisek a klasszikus Bluetooth -eszközökkel, vagy egymódú BLE (Bluetooth Smart) [4] [2] .

A Bluetooth-eszközök alapvető építőkövei [4] :

• Alkalmazás ( angol  alkalmazás ) - a végfelhasználó számára hasznos munka logikáját valósítja meg;
• Master device, host ( angol  host ) - biztosítja a Bluetooth protokoll verem felső rétegeit;
• Controller ( angolul  controller ) - a Bluetooth alsó szintjeivel foglalkozik.

A kereskedelmi termékek általában az alábbi hardvermegoldások egyikét használják [4] :

• A SoC egy egychipes rendszer, amely egy alkalmazást, egy gazdagépet és egy vezérlőt egyesít. Kompakt, alacsony költségű eszközökben, például szenzorokban használják;
• Kétchipes megoldás, amelyben az alkalmazás és a gazdagép UART -on , USB -n , SDIO -n stb. [5] HCI protokollon keresztül kapcsolódik a vezérlőhöz . Ilyen konfiguráció például mobil eszközökben használható;
• Kétchipes megoldás, amelyben az alkalmazás egy kommunikációs eszközzel (gazdagéppel és vezérlővel) kommunikál egy védett protokoll segítségével.

Bluetooth LE protokoll verem

Az alkalmazási réteg  a protokollverem legmagasabb rétege.

A gazdagép szint a következő szinteket tartalmazza [6] :

• GAP (Generic Access Profile) – általános hozzáférési profil,
• GATT (Generic Attribute Profile) – általános tulajdonságok profilja,
• L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) – logikai csatlakozási és adaptációs protokoll,
• ATT (Attribute Protocol) - attribútum protokoll,
• SM (Security Manager) - biztonsági menedzser,
• HCI (Host Controller Interface) - gazdagépvezérlő interfész, része a gazdagép oldalon,

A gazdagép a HCI protokollon keresztül kapcsolódik a vezérlőhöz . A vezérlőszint a következő szintekkel rendelkezik [6] :

• HCI - gazdavezérlő interfész a vezérlő oldaláról,
• LL (Link Layer) - link réteg,
• A PHY  a fizikai réteg.

Lásd még: Bluetooth protokoll verem .

Profilok

A Bluetooth szabvány egyértelműen megkülönbözteti a protokoll és a profil fogalmát . A protokollok a specifikáció szerves részét képezik, és a Bluetooth-verem egyes rétegeinek „vízszintes” részei. A profilok ezzel szemben a funkcionalitás „függőleges” szeletei, és lehetnek kötelezőek ( Generic Access ProfileGAP Generic Attribute Profilevagy GATT), vagy egy adott eszközre specifikusak (például Find Me Profile, Proximity Profile). A gyártók saját profiljaikat is meghatározhatják, mint például az iBeacon és Apple Notification Center Serviceaz Apple [7 ] .

Műszaki adatok

Használati esetek

A Bluetooth Low Energy az alapvető Bluetooth vezeték nélküli technológiai specifikáció kiterjesztése, amely új funkciókat ad, és lehetővé teszi a távirányítók, orvosi felügyelet, sportérzékelők és egyéb eszközök alkalmazását. A Bluetooth Low Energy lehetőséget ad a meglévő alkalmazások fejlesztésére a Bluetooth technológia alkalmazhatóságának és funkcionalitásának bővítésével.

Megfelelő chipek beépíthetők olyan termékekbe, mint a karórák, vezeték nélküli billentyűzetek, játékvezérlők és testérzékelők , amelyek vevő (gazda) eszközökhöz, például mobiltelefonokhoz, személyi digitális asszisztensekhez (PDA) és személyi számítógépekhez (PC-k) csatlakozhatnak.

• Bluetooth LE Audio (2022 óta) [8]

Szoftverfrissítések

A meglévő eszközökhöz használható alkalmazások frissítéssel megnyithatók a Bluetooth Low Energy technológia használatához. Ez lehetővé teszi, hogy a meglévő Bluetooth technológiai szoftver adatokat fogadjon a Bluetooth Low Energy szolgáltatásból. A teljes duplex kommunikáció lehetősége azonban korlátozott a hagyományos Bluetooth technológia bizonyos frekvenciaelosztási sémáinál. Az olyan széles körben elterjedt eszközök, mint a mobiltelefonok, PDA-k ( PDA -k ) és személyi számítógépek ( PC -k ) képesek fogadni az alacsony energiafogyasztású Bluetooth-eszközök által továbbított adatokat összetett feladatokhoz.

Ezért a Bluetooth alacsony energiafelhasználású technológia bármilyen IEEE 802.15 személyi hálózatot ( WPAN ) képes összekapcsolni, amely minden egyszerű eszközzel kommunikál más eszközökkel összetett feladatok elvégzéséhez, valamint támogatja az átjárót az információk más hálózati entitásokhoz való átviteléhez.

Néha lehetséges a sugárzás szórt energiájának vagy a mozgási energiának „visszaállítása”. Az ilyen "szeméttisztító" rendszerek ultraalacsony energiafogyasztással képesek a Bluetooth-t táplálni, ami olyasmiket eredményez, mint az "okos por" érzékelők, nagyon kicsi, független, elérhető hálózati érzékelők, amelyek teljes képet adnak a környezetről, mindenhol szétszórva vannak, és nem fogynak ki. energia. Ráadásul megbízhatóak.

Szabványosítás

A szabadalmaztatott csatlakozási megoldások piacán a Bluetooth Low Energy technológia a következőképpen határozza meg magát:

• széles körben használt ipari szabványos protokollok (Bluetooth SIG)
• nemzetközi ipari szabvány az átvitelre (IEEE 802.15.1)
• alacsony ár a chip integráció miatt
• kompatibilitás a meglévő Bluetooth-eszközökkel a frissítések révén

Hardver platformok

Számos gyártó gyárt chipeket Bluetooth LE perifériákhoz, mint például a Nordic Semiconductor nRF51, nRF52 sorozatú chipekkel, a Texas Instruments CC2541 rendszerű chippel . Emellett a gyártók ahelyett, hogy saját rádiós megoldásaikat kifejlesztenék, kész modulokat vásárolhatnak, amelyek átestek a megfelelő, meglehetősen költséges tanúsítványon. 2014 elején megjelentek a Laird BL600, Bluegiga BLE112/BLE113 és RFDuino modulok ( Arduino platformhoz ) [9] .

Példaként az nRF51 sorozat [9] rendszerének jellemzőit a chipen az alábbiakban adjuk meg :

• ARM (architektúra) Cortex-M0 @ 16 MHz
• 128-256 KB flash memória , amelyből körülbelül 90 KB-ot a Bluetooth LE verem foglal el
• 16 KB SRAM , ebből 8 KB-ot az alkalmazás, a többit pedig a verem

Lásd még

• Wibree
• ANT+

Irodalom

• Kevin Townsend; Carles Cufi; Akiba; Robert Davidson. A Bluetooth Low Energy használatának első lépései. - O'Reilly Media, Inc., 2014. - 180 p. — ISBN 978-1-4919-4951-1 .

Linkek

1. ↑ PressReleasesDetail (downlink) . Hozzáférés dátuma: 2010. február 22. Az eredetiből archiválva : 2009. december 20.  (határozatlan)  Archivált : 2009. december 20. a Wayback Machine -nél
2. ↑ 1 2 3 Bluetooth SIG Letöltve: 2009-02-17. http://www.bluetooth.com/Bluetooth/Products/More_about_emBluetooth_low_energy_technology.htm Archiválva : 2009. augusztus 30. a Wayback Machine -nél
3. ↑ Bluetooth Core Specification letöltési oldal (lefelé mutató link) . Letöltve: 2010. február 22. Az eredetiből archiválva : 2008. január 17..  (határozatlan)  Archiválva : 2008. január 17. a Wayback Machine -nél
4. ↑ 1 2 3 4 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Konfigurációk.
5. ↑ Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Host Controller Interface (HCI).
6. ↑ 1 2 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , 2. fejezet Protokoll alapismeretek.
7. ↑ Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Protokollok versus profilok.
8. ↑ A vezeték nélküli fejhallgatók új korszakának küszöbén: hamarosan érkezik az elmúlt évek legnagyobb Bluetooth - frissítése
9. ↑ 1 2 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , 5. Hardverplatformok.