Bluetooth Low Energy

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 5. toukokuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Bluetooth Low Energy Wireless Technology _ _  _ _ _ _ virrankulutus ja virrankulutus tyhjäkäynnillä.

Bluetooth Low Energy -tekniikkaa käyttävät laitteet kuluttavat vähemmän virtaa kuin muut aiempien sukupolvien Bluetooth-laitteet. Monissa tapauksissa laitteet voivat toimia yli vuoden yhdellä nappiparistolla lataamatta uudelleen [2] . Siten on mahdollista saada esimerkiksi jatkuvasti toimivia pieniä antureita (esim. lämpötila-anturi), jotka kommunikoivat muiden laitteiden, kuten matkapuhelimen tai PDA:n kanssa [2] .

Tämä uusi Bluetooth-spesifikaatioversio mahdollistaa tuen monenlaisille sovelluksille ja pienentää päätelaitteen kokoa kätevää käyttöä varten terveydenhuollon, liikunnan ja urheilun, turvajärjestelmien ja kotiviihteen alueilla.

Historia

12. kesäkuuta 2007 Bluetooth SIG ilmoitti, että Wibreestä tulee osa Bluetooth-spesifikaatiota Bluetooth Ultra-Low Energy Technologyna ( ULP Bluetooth ). Tuloksena pitäisi olla langaton tekniikka, jolla on alhainen virrankulutus ja huomattavasti pidempi akun käyttöikä, joka on verrattavissa ZigBee -piirejä käyttäviin piireihin .

20. huhtikuuta 2009 Bluetooth SIG esitteli uuden Bluetooth Low Energy -teknologian lisäpinoprotokollana, joka on täysin yhteensopiva muiden olemassa olevien Bluetooth-protokollapinojen kanssa. Aiemmat nimet, kuten Wibree ja ULP Bluetooth (Ultra Low Power), on korvattu Bluetooth low energy -teknologian hyväksytyllä nimellä ( Bluetooth low energy ).

17. joulukuuta 2009. Bluetooth SIG on julkaissut Bluetooth-spesifikaatioiden ytimen version 4.0 ominaisuutena alhaisen energiankulutuksen langattoman Bluetooth-tekniikan käyttöönoton [3] .

Bluetooth Low Energyn integrointi ydinspesifikaatioon saatiin päätökseen vuoden 2010 alussa. Ensimmäinen laite, joka sisälsi tämän tekniikan, oli iPhone 4S, joka julkaistiin lokakuussa 2011. Muut valmistajat esittelivät laitteet Bluetooth Smart Readyllä vuonna 2012.

Asetukset

Vähemmän virtaa kuluttava Bluetooth low energy -tekniikka tarjoaa pitkäkestoisen yhteyden ja yhdistää pienet laitteet, kuten sensorit ja mobiililaitteet Personal Area Networks (PAN) -verkkoihin.

Bluetooth 4.0 -spesifikaatio (ja uudempi) määrittelee itse asiassa kaksi langatonta tekniikkaa: BR/EDR (klassinen Bluetooth, kehittynyt standardin ensimmäisen version jälkeen) ja BLE (Bluetooth Low Energy) [4] .

BLE:tä käyttävät laitteet voivat olla joko kaksoistilan BR/EDR/BLE (kutsutaan Bluetooth Smart Readyksi), yhteensopivia klassisten Bluetooth-laitteiden kanssa, tai yksimoodi BLE (Bluetooth Smart) [4] [2] .

Bluetooth-laitteen perusrakennuspalikoita ovat [4] :

• Sovellus ( englanninkielinen  sovellus ) - toteuttaa loppukäyttäjälle hyödyllisen työn logiikan;
• Päälaite, isäntä ( englanniksi  isäntä ) - tarjoaa Bluetooth-protokollapinon ylempiä kerroksia;
• Controller ( englanniksi  controller ) - käsittelee Bluetoothin alempia tasoja.

Kaupallisissa tuotteissa käytetään yleensä jotakin seuraavista laitteistoratkaisuista [4] :

• SoC on yksisiruinen järjestelmä, jossa yhdistyvät sovellus, isäntä ja ohjain. Sitä käytetään pienikokoisissa edullisissa laitteissa, kuten antureissa;
• Kaksisiruinen ratkaisu, jossa sovellus ja isäntä on kytketty ohjaimeen UART :n , USB :n , SDIO :n jne. [5] kautta HCI - protokollaa käyttäen . Tällaista konfiguraatiota voidaan käyttää esimerkiksi mobiililaitteissa;
• Kaksisiruinen ratkaisu, jossa sovellus kommunikoi viestintälaitteen (isäntä ja ohjain) kanssa patentoitua protokollaa käyttäen.

Bluetooth LE -protokollapino

Sovelluskerros  on protokollapinon ylin kerros .

Isäntätaso sisältää seuraavat tasot [ 6] :

• GAP (Generic Access Profile) - yleinen pääsyprofiili,
• GATT (Generic Attribute Profile) - yleisten ominaisuuksien profiili,
• L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) - looginen yhteys- ja sovitusprotokolla,
• ATT (Attribute Protocol) - attribuuttiprotokolla,
• SM (Security Manager) - tietoturvapäällikkö,
• HCI (Host Controller Interface) - isäntäohjaimen liitäntä, osa isäntäpuolella,

Isäntä on yhdistetty ohjaimeen HCI-protokollalla. Ohjaintasolla on seuraavat tasot [ 6] :

• HCI - isäntäohjaimen liitäntä ohjaimen puolelta,
• LL (Link Layer) - linkkikerros,
• PHY  on fyysinen kerros.

Katso myös Bluetooth - protokollapino .

Profiilit

Bluetooth - standardi erottaa selkeästi protokollan ja profiilin käsitteet . Protokollat ​​ovat olennaisia ​​määrityksiä ja ovat Bluetooth-pinon yksittäisten kerrosten "vaakasuuntaisia" osia. Profiilit puolestaan ​​ovat "pystysuuntaisia" toiminnallisuuksia ja voivat olla joko pakollisia ( Generic Access Profilejoko GAP Generic Attribute Profiletai GATT) tai tietylle laitteelle ominaisia ​​(esimerkiksi Find Me Profile, Proximity Profile). Valmistajat voivat myös määritellä omia profiilejaan, kuten iBeaconin ja Apple Notification Center ServiceApplen [7 ] .

Tekniset tiedot

Tietolomake	Klassinen Bluetooth	Bluetooth Low Energy
radiotaajuutta	2,4 GHz	2,4 GHz
Etäisyys	100 m	<100 m
Ilman tiedonsiirtonopeus	1-3 Mb/s	1 Mb/s
Kaistanleveys	0,7-2,1 Mb/s	0,27 Mb/s
Orjat	7	Ei ennalta määrätty; täytäntöönpanosta riippuvainen
Turvallisuus	64/128-bittinen ja käyttäjän määrittelemä sovelluskerros	128-bittinen AES laskurimoodilla CBC-MAC ja käyttäjän määrittämä sovelluskerros
Luotettavuus	Mukautuva taajuuden ketteryys, FEC , nopea ACK	Mukautuva taajuuden ketteryys, laiska kuittaus, 24-bittinen syklinen redundanssikoodi ( CRC ), 32-bittinen viestin eheyden tarkistus
Latenssi (yhteydettömästä tilasta)	Tyypillisesti 100ms	6 ms
Minimi tiedonsiirron kokonaisaika (riippuu akun tilasta)	100 ms	3 ms
Valtion sääntely	Maailmanlaajuinen	Maailmanlaajuinen
Sertifiointielin	Bluetooth SIG	Bluetooth SIG
Äänen siirto	Joo	Ei
Verkkotopologia	hajaverkko	hajaverkko
Tehon kulutus	1W kuin alkuperäinen	0,01 W - 0,5 W (käyttötapauksista riippuen)
Suurin virrankulutus	<30mA	<15 mA
Palvelun löytäminen	Joo	Joo
Kokoonpanon määritelmä	Joo	Joo
Käytä koteloita	Matkapuhelimet, pelit, kuulokkeet, stereoäänistreamit, autot, tietokoneet jne.	Matkapuhelimet, pelit, tietokoneet, kellot, urheilu ja liikunta, terveydenhuolto, autot, kulutuselektroniikka, automaatio, teollisuus jne.

Käyttötapaukset

Bluetooth Low Energy on langattoman Bluetooth-teknologian ydinspesifikaatioiden laajennus, joka lisää uusia toimintoja ja mahdollistaa sovelluksia kaukosäätimelle, lääketieteelliselle valvonnalle, urheiluantureille ja muille laitteille. Bluetooth Low Energy tarjoaa mahdollisuuden parantaa olemassa olevia sovelluksia laajentamalla Bluetooth-tekniikan soveltuvuutta ja toimivuutta.

Asianmukaisia ​​siruja voidaan integroida tuotteisiin, kuten rannekelloihin, langattomiin näppäimistöihin, peliohjaimiin ja kehon sensoreihin, jotka voidaan yhdistää vastaanottaviin (isäntä)laitteisiin, kuten matkapuhelimiin, kämmenmikroihin (PDA) ja henkilökohtaisiin tietokoneisiin (PC).

audio-

• Bluetooth LE Audio (vuodesta 2022) [8]

Ohjelmistopäivitykset

Nykyisten laitteiden tukikelpoiset sovellukset voidaan avata käyttämään Bluetooth Low Energy -tekniikkaa päivityksen kautta. Tämä mahdollistaa olemassa olevan Bluetooth-teknologian ohjelmiston vastaanottavan tietoja Bluetooth Low Energy -palvelusta. Mahdollisuus kommunikoida kaksisuuntaisesti on kuitenkin rajoitettu tietyissä perinteisen Bluetooth-tekniikan taajuudenjakomenetelmissä. Laajalle levinneet laitteet, kuten matkapuhelimet, kämmenmikrot ( PDA ) ja henkilökohtaiset tietokoneet ( PC :t ), voivat vastaanottaa vähän energiaa käyttävien Bluetooth-laitteiden lähettämiä tietoja vastaanottavina laitteina monimutkaisia ​​tehtäviä varten.

Siksi Bluetooth-vähäenergiatekniikka voi linkittää minkä tahansa IEEE 802.15 henkilökohtaisen verkon ( WPAN ), joka kommunikoi jokaisen yksinkertaisen laitteen kanssa muihin laitteisiin monimutkaisten tehtävien suorittamiseksi, sekä tukemaan yhdyskäytävää tiedon siirtämiseksi muille verkkokokonaisuuksille.

Joskus on mahdollista "palauttaa" säteilyn hajaenergia tai liikkeen energia. Tällaiset "roskansiivousjärjestelmät" voivat käyttää Bluetoothin erittäin vähän energiaa, mikä johtaa esimerkiksi "älykkäisiin pölyantureisiin", hyvin pieniin, riippumattomiin verkkotunnistimiin, jotka raportoivat kokonaiskuvan, ne ovat hajallaan kaikkialla, eivätkä ne lopu kesken. energiaa. Lisäksi ne ovat luotettavia.

Standardointi

Omien liitäntäratkaisujen markkinoilla Bluetooth Low Energy -tekniikka määrittelee itsensä seuraavasti:

• laajasti käytetyt alan standardiprotokollat ​​(Bluetooth SIG)
• kansainvälinen teollisuuden standardi lähetystä varten (IEEE 802.15.1)
• alhainen hinta siruintegraation ansiosta
• yhteensopivuus olemassa olevien Bluetooth-laitteiden kanssa päivitysten kautta

Laitteistoalustat

Useat valmistajat tuottavat siruja Bluetooth LE -oheislaitteille, kuten Nordic Semiconductor nRF51-, nRF52-sarjan siruilla, Texas Instruments , jossa on CC2541 -järjestelmä sirulla . Lisäksi valmistajat voivat omien radioratkaisujensa kehittämisen sijaan ostaa valmiita moduuleja, jotka ovat läpäisseet asianmukaisen, melko kalliin sertifioinnin. Vuoden 2014 alussa Laird BL600-, Bluegiga BLE112/BLE113- ja RFDuino-moduulit ( Arduino -alustalle ) [9] olivat saatavilla .

Esimerkkinä nRF51-sarjan [9] järjestelmän sirulle ominaisuudet on annettu alla :

• ARM (Arkkitehtuuri) Cortex-M0 @ 16 MHz
• 128 - 256 kt flash-muistia , josta noin 90 kt on Bluetooth LE -pinon varassa
• 16 kt SRAM-muistia , josta sovellus voi käyttää 8 kt ja loput pino

Katso myös

• Wibree
• ANT+

Kirjallisuus

• Kevin Townsend; Carles Cufi; Akiba; Robert Davidson. Bluetooth Low Energyn käytön aloittaminen. - O'Reilly Media, Inc., 2014. - 180 s. — ISBN 978-1-4919-4951-1 .

Linkit

1. ↑ PressReleasesDetail (downlink) . Käyttöpäivä: 22. helmikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 20. joulukuuta 2009.  (määrätön)  Arkistoitu 20. joulukuuta 2009 Wayback Machinessa
2. ↑ 1 2 3 Bluetooth SIG Haettu 17.2.2009. http://www.bluetooth.com/Bluetooth/Products/More_about_emBluetooth_low_energy_technology.htm Arkistoitu 30. elokuuta 2009 Wayback Machinessa
3. ↑ Bluetooth Core Specification -lataussivu (downlink) . Haettu 22. helmikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 17. tammikuuta 2008.  (määrätön)  Arkistoitu 17. tammikuuta 2008 Wayback Machinessa
4. ↑ 1 2 3 4 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Kokoonpanot.
5. ↑ Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Host Controller Interface (HCI).
6. ↑ 1 2 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , luku 2. Protokollan perusteet.
7. ↑ Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , Protokollat ​​vs. profiilit.
8. ↑ Langattomien kuulokkeiden uuden aikakauden kynnyksellä: viime vuosien suurin Bluetooth - päivitys on tulossa pian
9. ↑ 1 2 Townsend, Cufí, Davidson, 2014 , 5. Laitteistoalustat.

Langattomat anturiverkot
Käyttöjärjestelmät	Contiki ERIKA Yritys Nano-RK SOS TinyOS LiteOS NanoQ plus FreeRTOS
Alan standardit	6 LowPAN MUURAHAINEN Bluetooth LE DASH7 ONE-NET Lanka Z-Wave Zigbee Wibree WirelessHART IEEE 802.15.4
Ohjelmointikielet	C LabVIEW nesC
Laitteisto	EcoWizard FLEX Mini MICAz Iris Mote NeoMote auringon piste
Ohjelmisto	TinyDB TOSSIM NS-2 Cooja LinuxMCE
Sovellukset	avainten jakelu Sijaintiarvio Sensorin verkko telemetriaa
Protokollat	AODV DSR TSMP
Konferenssit / aikakauslehdet	SenSys IPSN EWSN SECON INSS

kodin automatisointi
Ohjaus	Ohjain Älypuhelin älykäs kaiutin
Anturit	Liiketunnistin Avausanturi paloilmaisin kaasun ilmaisin Vuotoanturi Valotunnistin
Esiintyjät	Turvallisuus Elektroninen lukko fiksu koodi biometrinen Älykäs videokamera video sisäpuhelin Sireeni portin ohjain Valaistus älykäs kytkin älykäs himmennin älykäs lamppu Kaukosäädin RGB-ohjain Verhojen ja kaihtimien ohjain Ilmasto termostaatti ilmastoinnin säädin Ohjaus älykäs pistorasia Kaukosäädin multimediaohjain
Sovellukset	Turvallisuus Turvahälytys Kulunvalvonta CCTV Palohälytys Vuotosuojaus Tallentaa energiansäästö Mukavuus Valon ohjaus ilmastointi Median ohjaus Henkilökohtainen avustaja
Protokollat	WiFi Z-Wave Zigbee Bluetooth Bluetooth Low Energy

Ambient Intelligence
Käsitteet	Asiayhteyteen suuntautuminen Esineiden internet Objektin Ihmisten profiloinnin käytäntö Spime Supranet Pervasive Computing Web of Things Langaton anturiverkko
Tekniikka	6 LowPAN ANT+ Bluetooth LE DASH7 IEEE 802.15.4 Internet Kone-kone-kommunikaatio RFID älykästä pölyä Tera-play XBee LPWAN NB-Fi lora Huom IoT sigfox XNB Zigbee Lanka
Alustat	Arduino Contiki Electric Imp Gadgeteer ioBridge_ TinyOS Johdotus Xively_
Sovellus	Ambient-laite CenSE kytketty auto kodin automatisointi homeOS älykäs jääkaappi Nabaztag älykäs kaupunki Älytelevisio Tehdään planeetta älykkäämmäksi
Ensimmäiset tutkijat	Kevin Ashton Adam Dunkels Stefano Marzano Donald Norman Roland Pieper Joseph Preishuber- John Seely Brown Bruce Sterling Mark Weiser
Katso myös	laitteet AmbieSense_ Ebbits-projekti IPSO Alliance