Технология Bluetooth в интернете вещей
В промышленном интернете вещей устройствам часто приходится отправлять короткие пакеты данных в пространстве со множеством сигналов (шумов). С потенциальными сотнями датчиков и устройств, отправляющих данные, Bluetooth становится универсальным и надежным средством связи.
Что такое интернет вещей?
Понятие интернета вещей (IoT, Internet of Things) подразумевает интернет-соединение для привычных бытовых предметов из нашего окружения. Объединение и взаимодействие друг с другом устройств через разные каналы связи и объясняет это название. Иными словами, это сеть физических объектов (датчиков, модулей, электроприборов и т. д.) со встроенными средствами, позволяющими обмениваться информацией. А “общение” обеспечивают Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee и другие технологии.
Bluetooth в интернете вещей
Важной технологией связи на малых расстояниях является Bluetooth, которая приобрела колоссальное значение при работе с вычислительной техникой. Ожидается, что она станет ключевой для большинства продуктов IoT, расширяя и укрепляя тренд “умного дома”. Новая Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) или Bluetooth Smart является важным протоколом для приложений IoT. Аналогичная по диапазону с Bluetooth, она была разработана, чтобы значительно снизить энергопотребление.
Smart/BLE на самом деле не предназначена для передачи файлов и больше подходит для обмена небольшими пакетами данных. Она имеет преимущество перед многими конкурирующими технологиями, учитывая широкую интеграцию технологии со смартфонами и многими другими мобильными устройствами. Согласно данным SIG, к 2018 году ожидается, что более 90 процентов смартфонов с поддержкой этой функции, включая модели на базе iOS, Android и Windows, будут готовы к работе в режиме Smart Ready.
Устройства с функцией Smart включают версию ядра 4.0 и выше с комбинированной конфигурацией, базовой скоростью передачи данных и низким энергопотреблением для радиочастотного приемопередатчика. Важно отметить, что версия 4.2 через профиль поддержки интернет-протокола позволит датчикам Smart напрямую подключаться к Интернету через соединение 6LoWPAN. Такое IP-соединение позволяет использовать существующую IP-инфраструктуру для управления “периферийными” устройствами.
Вот еще несколько характеристик современного Bluetooth:
- стандарт: спецификация ядра 4.2;
- частота: 2,4 ГГц (ISM);
- диапазон: 50-150 м (Smart/BLE);
- скорость передачи данных: 1 Мбит/с (Smart / BLE);
Сильные и слабые стороны
Основным преимуществом Bluetooth является связь между устройствами, такими, как смартфоны, планшеты, датчики, бытовая техника. Поскольку он не обеспечивает прямого подключения к интернету, как сотовая и спутниковая связь, для доступа требуется шлюз. Зона покрытия в настоящее время составляет около 100 метров. Для больших пространств можно настроить несколько шлюзов на всех объектах для более качественного обмена данными.
Bluetooth 5 был представлен в марте 2016 года. Стандарт обеспечивает зону покрытия, в четыре раза превосходящую текущую, и может сделать технологию более привлекательной, чем Wi-Fi, для приложений IoT (из-за меньшей разрядки батареи). Даже при увеличении радиуса действия требуется, чтобы обмен данными между устройствами происходил в пределах определенной зоны. После того, как устройства обменялись информацией, их данные по-прежнему должны достигать шлюза для доступа к интернету.
Если сравнить с BLE спутниковые или сотовые беспроводные технологии, которые обеспечивают отслеживание данных объекта независимо от местоположения и мгновенное соединение с интернетом, мобильная связь по-прежнему будет лучшим выбором в отдаленных местностях, например, для нахождения источников нефти и строительного оборудования.
IoT в будущем
Роль и использование BLE в автомобилях и домах будут продолжать расти и расширяться. Представьте, как вы получаете автоматические обновления или отчеты о погоде на приборной панели автомобиля во время ежедневных поездок на работу. Поскольку создание шлюза для Bluetooth становится проще и дешевле в разработке, рынок найдет его более универсальным и экономически эффективным решением для связи IoT. Блютуз может привести к более рациональному управлению отходами в городах, точному мониторингу состояния здоровья людей и быстрой связи между целым рядом цифровых устройств.
Mesh-сети на Bluetooth 5 – интернет вещей становится ближе
Испокон веков Bluetooth как стандарт подразумевал наличие «мастера» – главного устройства – и «слейва» – подчинённого устройства (коих могло быть несколько). Но 18 июля 2017 года группа компаний Bluetooth SIG объявила о переходе на новую концепцию mesh-сети – сети без определённого мастера!
Само внедрение новой технологии связано с появлением долгожданного стандарта Bluetooth 5 – ещё менее потребляющего и быстрее и дальше передающего по сравнению с предыдущей спецификацией. Возможность работы в режиме mesh-сети – своеобразная «вишенка» на торте.
Mesh-сеть (сеть ячеек) – децентрализованная сеть, предполагающая последовательное подключение устройств. Плюсы – каждое новое устройство расширяет сеть, позволяя подключать ещё больше устройств. В итоге, охватить единой коммуникацией большое пространство станет гораздо легче!
Ещё одно немаловажное преимущество – mesh-технология не прикручена намертво к BT5, а реализуется на всех устройствах, поддерживающих Bluetooth Low Energy (BLE). Заявляется, что после надлежащего обновления программного обеспечения даже на устройствах с версией BT от 4.0 и выше технология mesh уже будет работать!
Компания Qualcomm уже заявила о сотрудничестве – все новые версии процессоров будут оборудованы периферийным блоком BLE с поддержкой развёртывания mesh. Одно из преимуществ нового протокола – он призван объединить все IoT сети (начиная с QCA4020 и QCA4024 – процессоров, использующихся как ядро для умных устройств, не требующих выполнения производительных задач).
Применение Bluetooth Mesh в IoT
Идея добавить новый вид развёртывания сети связана, собственно, с решением задачи по упрощению развертывания легко изменяемых и подгоняемых сетей Умного дома. Независимость устройств от главного повышает надёжность системы и позволяет не перегружать имеющийся «мозг» системы мелкими периферийными соединениями, в которых вмешательство центрального компьютера не очень-то и нужно.
По сути, реализуется что-то типа DMA (Direct Memory Access) в микропроцессорах, когда периферийные модули способны обмениваться данными, не загружая ядро.
В целом, ячеистая сеть позволит беспрепятственно общаться даже самым удалённым датчикам на производстве без необходимости применения маршрутизатора и проводного соединения с хабами. На производстве с помощью такой сети можно гораздо проще передать большое количество данных, например, от робота к панели управления.
Акцент сделан и на защите, ведь чем больше автоматики в Умном доме – тем большие последствия могут возникнуть при взломе такой системы. Новый стандарт поддерживает шифрование всех сообщений тремя видами ключей, что обеспечивает достаточную защиту (не говоря о том, что можно организовать ещё и свой защищённый протокол более высокого уровня).
Еще одно преимущество нового протокола – он призван объединить все IoT устройства и обратно совместим с предыдущими версиями Bluetooth. Спецификация должна стать одним из краеугольных камней интернета вещей и всего связанного с этой темой – особенно если учесть, что её представляют в момент, казалось бы, максимального пика автоматизации всех процессов!
В скором будущем прогнозируется увеличение количества устройств интернета вещей до 48 миллиардов, из которых не менее 16 миллиардов будут работать посредством Bluetooth-подключения! Не упустите новую технологию – а модули, поддерживающие Bluetooth 5, уже можно приобрести в нашем магазине!