Zaloguj się
Wszystkie
23 czerwca 2023
951
Computer Controls Sp. z o.o.
Ewolucja standardów łączności bezprzewodowej sprawia, że coraz więcej osób i urządzeń komunikuje się z jedną infrastrukturą sieciową, co przekłada się na wiele udogodnień w codziennym życiu i ułatwia życie użytkownikom końcowym. Nowe standardy sieciowe dają również szereg korzyści przy projektowaniu urządzeń. Jednak co to oznacza dla programistów, inżynierów i producentów? Co powinni oni wiedzieć i nad czym się zastanowić? W artykule przyjrzyjmy się bliżej najnowszym standardom bezprzewodowym.
Protokół Bluetooth LE i Bluetooth Mesh
Kolejne generacje standardu Bluetooth nie tylko poprawiają dostępne funkcje pod względem zużycia energii, zasięgu i jakości połączenia, ale także przynoszą unikalne możliwości. Obecne generacje stosów Bluetooth 5.4/5.3 i Mesh otwierają nowe drzwi dla tego standardu na rozwijającym się i wymagającym rynku IoT.
Obecnie Bluetooth obsługuje topologie o określonej funkcjonalności:
1. Sygnalizacja (beaconing)
- obsługiwane formaty iBeacon, EddyStone i inne,
- obsługa zaawansowanych funkcji sygnalizacji w Bluetooth 5.
2. Punkt-punkt i gwiazda
- tryb urządzeń peryferyjnych i centralnych Bluetooth,
- do 32 połączeń i podwójna topologia,
- jednoczesna praca jako urządzenie peryferyjne i centralne.
3. Siatka (mesh)
- rozwiązanie Bluetooth Mesh dla dużych sieci urządzeń i komunikacji wiele-do-wielu,
- jednoczesne korzystanie z Bluetooth LE i technologii mesh.
Struktura stosu Bluetooth została pokazana na rysunku 1. Ulepszony Bluetooth 5.3 jest zgodny ze stosem Bluetooth i ma wbudowane następujące funkcje:
- dynamiczna kontrola mocy nadawania z Bluetooth 5.2,
- wyszukiwanie kierunku z Bluetooth 5.1,
- standardowe funkcje z Bluetooth 5.0,
- funkcje z Bluetooth 4.x.
Najnowszy profil Bluetooth Mesh rozszerza możliwości sieci pod względem gęstości, opóźnień komunikacji i nowych profili. Struktura stosu Bluetooth Mesh została pokazana na rysunku 2. Wprowadzone i nadchodzące cechy i funkcje Bluetooth Mesh uproszczą konserwację urządzeń i sieci, obniżą zużycie energii i zabezpieczą każdy węzeł i sieć. Kompletny profil Bluetooth Mesh, obsługuje:
- węzły proxy, przekazujące i zaprzyjaźnione,
- węzły małej mocy sieci Bluetooth mesh (LPN),
- komunikację o niskich opóźnieniach do 10 ms na przeskok,
- duże sieci – do 4096 węzłów.
Nowe funkcje Bluetooth Mesh dają wiele korzyści – rysunek 3. Najważniejsze z nich to:
1. Uproszczona aktualizacja sieci
- automatyczne sprawdzanie dostępności nowego oprogramowania układowego i instalowanie go,
- standaryzacja i jednoczesne aktualizacje oprogramowania układowego Over-the-Air dla jednorodnych urządzeń.
2. Łatwa skalowalność
- skalowalne uruchamianie nowych urządzeń w dużych wdrożeniach,
- urządzenie zarządzające (provisioner) już nie musi znajdować się w zasięgu radiowym.
3. Plug and play
- automatyczne wykrywanie zmiany właściciela urządzenia,
- resetowanie węzłów ze względów bezpieczeństwa i pod kątem identyfikacji.
4. Większe bezpieczeństwo i prywatność sieci
- dołączanie uwierzytelnionych urządzeń,
- certyfikaty do uwierzytelniania urządzeń przed włączeniem ich do sieci.
Co dalej?
Nadchodzące udoskonalenia funkcji Bluetooth Mesh przewidują:
- Aktualizację oprogramowania sprzętowego urządzenia (DFU) – funkcja DFU Bluetooth Mesh dodaje standardowy sposób aktualizacji oprogramowania układowego w węzłach sieci;
- Zdalne włączanie urządzeń do sieci (RPR) – funkcja pozwala dodawać urządzenia i konfigurować sieć za pośrednictwem węzła proxy, eliminując konieczność przebywania w zasięgu radiowym urządzenia zarządzającego (rysunek 4);
- Włączanie do sieci bazujące na certyfikatach (CBP) – nowa funkcja wprowadza rozwiązanie, w ramach którego podczas dodawania urządzeń do sieci stosowane się certyfikaty uwierzytelniające (rysunek 5);
- Mostkowanie podsieci – umożliwia komunikację między urządzeniami w różnych podsieciach (rysunek 6). Mostki między podsieciami operują na tabelach mostkowania;
- Przekazywanie kierowane – funkcja poprawia skalowalność sieci poprzez dodanie nowego typu węzła – węzła przekazywania kierowanego, a także modeli konfiguracji, ścieżek oraz metody do ich tworzenia i utrzymywania (rysunek 7);
- Prywatne beacony – funkcja szyfruje informacje statyczne, aby zapobiec zagrożeniom prywatności podczas sygnalizacji. Prywatne beacony gwarantują, że ani urządzenia w sieci, ani ich użytkownicy, nie mogą być śledzeni za pomocą informacji statycznych zawartych w komunikacie sygnalizacyjnym.
Zasoby sprzętowe
Złożoność sieci Bluetooth Mesh i różnorodność typów węzłów wymaga różnych zasobów sprzętowych, takich jak odpowiednia ilość pamięci Flash czy RAM. Silicon Laboratories opracowało rodziny produktów z serii 2, które będą obsługiwać określone funkcjonalności/profile – rysunek 5.
Bluetooth 5.4
Najnowszy stos Bluetooth 5.4 poprawia dwukierunkową komunikację z tysiącami węzłów końcowych z jednego punktu dostępowego. Wymagający i rozwijający się rynek elektronicznych etykiet cenowych (ESL) odniesie z tej funkcji duże korzyści. Ponadto w nowym standardzie Bluetooth 5.4 zostaną wprowadzone dwa znaczące ulepszenia:
- Okresowe rozgłaszanie z odpowiedziami (PAwR)
- umożliwienie implementacji sieci w topologii gwiazdy z synchronizacją czasową i dwukierunkową komunikacją z uzyciem udoskonalonego okresowego rozgłaszania z odpowiedziami,
- obsługa dużych sieci w topologii gwiazdy w sposób bardzo wydajny i dający ogromne możliwości.
- Zaszyfrowane dane rozgłoszeniowe (EAD)
- włączenie możliwości szyfrowania danych rozgłoszeniowych.
Główne produkty z oferty Silicon Labs pozwalające skorzystać z nowych funkcji Bluetooth 5.4 to:
- kluczowe produkty dla urządzeń Bluetooth: EFR32BG22 i EFR32BG24,
- kluczowe produkty dla punktów dostępowych Bluetooth: EFR32BG21.
Podsumowanie
Połączony świat staje się rzeczywistością dzięki najnowszym standardom łączności. Interoperacyjność protokołów umożliwia komunikację z różnymi urządzeniami, połączonymi z użyciem różnych standardów. Wszyscy producenci urządzeń muszą na bieżąco śledzić trendy rynkowe i dbać o zgodność z nimi.
Mnogość standardów i rozwiązań może powodować pewne trudności w procesie selekcji. Jednak kluczowym punktem dla wszystkich programistów i producentów produktów końcowych jest wybór najlepszego rozwiązania pod każdym względem, z uwzględnieniem ceny i parametrów.
Skontaktuj się z nami, jeśli będziesz mieć dodatkowe pytania dotyczące odpowiedniego stosu lub wyboru rozwiązania. Szczegółowe informacje o standardach i rozwiązaniach dostępne są na żądanie w webinariach: https://www.silabs.com/support/training.ap-language_english.ct-webinars_tech-talk.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
