Когда мы говорим о Bluetooth, мы часто слышим такие слова, как BLE, Beacon, iBeacon, Eddytstone и т. Д. Каковы связи и различия между ними? Ниже приводится подробное объяснение технологии Bluetooth, используемой в общих технических терминах и приложениях Bluetooth.

1. Объяснение технических терминов Bluetooth

Маяк: Beacon основан на Bluetooth-датчике приближения с низким энергопотреблением путем передачи универсального уникального идентификатора, полученного совместимым приложением или операционной системой.

2. Происхождение и классификация BLE.

Первоначальная спецификация была разработана Nokia в 2006 году под названием Wibree. Компания разработала беспроводную технологию, адаптированную к стандарту Bluetooth, которая обеспечила бы более низкое энергопотребление и стоимость, минимизируя ее отличия от технологии Bluetooth. Результаты были опубликованы в 2004 году под названием Bluetooth Low End Extension. Wibree - это новая радиочастотная технология, которая может работать вместе с Bluetooth, но потребляет лишь небольшую часть энергии. Технология продавалась как Bluetooth Smart, а интеграция с версией 4.0 Базовых спецификаций была завершена в начале 2010 года.

1) Устройства Bluetooth - Устройства до 4.0 - Bluetooth BR / EDR (Классический Bluetooth).

Устройство Classic Bluetooth может взаимодействовать с другими устройствами Classic Bluetooth и устройствами Bluetooth Smart Ready. Например, беспроводные телефонные соединения, беспроводные наушники, беспроводные колонки и т. Д. SPP (профиль последовательного порта) - это классический профиль Bluetooth, SPP определяет требования к устройствам Bluetooth, необходимые для настройки эмулируемых последовательных кабельных соединений с использованием RFCOMM между двумя одноранговыми устройствами.

2) Bluetooth Smart устройства - в основном устройства Bluetooth с низким энергопотреблением, такие как периферийные устройства (например, кардиомониторы, оборудование для фитнеса и т. д.).

Устройство Bluetooth Smart может взаимодействовать только с устройствами Bluetooth Smart и Bluetooth Smart Ready. Это протокол, который обеспечивает длительную работу устройств Bluetooth при передаче данных небольшого объема. BLE обеспечивает меньшие форм-факторы, лучшую оптимизацию энергопотребления и элементы питания, которые служат годами без подзарядки.

3) Устройства с поддержкой Bluetooth Smart - в основном устройства, которые могут поддерживать как Bluetooth с низким энергопотреблением, так и Bluetooth. BR / EDR (Классический Bluetooth).

Bluetooth с низким энергопотреблением Технология работает в том же диапазоне спектра (диапазон ISM 2,400 – 2,4835 ГГц), что и классическая технология Bluetooth, но использует другой набор каналов. Вместо классических семидесяти девяти каналов Bluetooth с частотой 1 МГц, Bluetooth Low Energy имеет сорок каналов по 2 МГц. BLE не подходит для передачи больших объемов данных и обычно используется для обнаружения устройств и выполнения некоторых простых коммуникаций.

И BLE, и Классический Bluetooth может охватывать расстояние до 100 м. По сравнению с классическим Bluetooth самым большим преимуществом BLE является энергопотребление. Энергопотребление BLE на 90% ниже, чем у Classic Bluetooth, при этом увеличено расстояние передачи, а также улучшены безопасность и стабильность. BLE поддерживает Шифрование AES а также Проверка CRC , что гарантирует безопасность связи между подключенными устройствами.

Beacon как технология позиционирования, основанная на протоколе Bluetooth 4.0, привлекает все больше и больше внимания на рынке внутреннего позиционирования. С развитием информатизации Интернета вещей и постоянным накоплением требований к сбору и обработке больших данных, маломощная и недорогая технология Beacon стала основным направлением приложений для определения местоположения внутри помещений. Его характеристики могут способствовать быстрому внедрению системы позиционирования IoT в помещении.

1) Без сопряжения

2) Получать информацию в фоновом режиме

Для информационного толчка Beacon требуется приложение. Однако нам не нужно открывать приложение, когда мы используем функцию определения местоположения в помещении для приема сигналов маяка. Соответствующее приложение необходимо открывать только при отображении службы отправки информации о маяке.

3) Нет функции передачи данных.

Базовая станция устройства Beacon передает только необходимую информацию в форме широковещательных данных и использует режим отключения Bluetooth.

Если приложение хочет запускать и передавать данные для связи с сервером для достижения настраиваемых функций и получения конкретных данных, необходимо включить другие методы передачи данных, такие как Wi-Fi, 4G и т. Д.

Кроме того, для определения местоположения маяка не требуется использование сети, что означает, что сеть не проходит через сервер. Алгоритм определения местоположения маяка может быть реализован локально, и устройство само выполняет определение местоположения без вычислений через онлайн-сервер. Предполагается, что данные карты инициализируются и записываются на локальное устройство заранее.

4. Разница между iBeacon и Eddystone

1) iBeacon

Технология iBeacon - это технология точного микропозиционирования, основанная на Bluetooth 4.0, запущенная Apple на WWDC в 2013 году. В основе лежащей в основе технологии используется BLE. Поддерживается после iPhone 4S.

Когда смартфон находится рядом с маяком, смартфон может принимать сигнал маяка. А дальность приема сигнала может достигать 50 м.

Apple поместила связанные с iBeacon интерфейсы в CoreLocation.framework. Google поддерживает эту функцию в Android 4.3 и более поздних версиях. Разработчики могут использовать технологию iBeacon, если они соответствуют техническим стандартам iBeacon. Определенное ограничение заключается в том, что формат протокола не может быть изменен.

2) Эддистоун

Eddystone - это кроссплатформенный радиомаяк Bluetooth LE с открытым исходным кодом, запущенный Google 15 июля 2015 года. Он в основном используется для отправки различной информации людям в общественных местах.

Поскольку Google рассматривает его как проект с открытым исходным кодом, они не используют название компании для наименования проекта с открытым исходным кодом. Например, операционная система Android не использует название компании Google. Общественности не нужно знать, из какой компании Eddystone. Об этом знают только OEM-производитель, создавший маяк, и соответствующий разработчик приложения.

5. Как использовать BLE для маяковых устройств

Теперь мы знаем, что такое BLE, Маяк, iBeacon, Eddytstone находятся. Давайте посмотрим, как реализовать функции на основе технологии BLE для маяковых устройств?

Роль устройств BLE меняется в одноранговом (например, одноадресном) или широковещательном режимах. Общие роли следующие.

Давайте разберемся, как работает полное соединение BLE.

1) Анализ процесса сканирования рекламы BLE и подключения

Периферийное устройство или вещательная компания всегда начинают с рекламы, прежде чем принять соединение. Фактически, рекламные пакеты - единственный способ, позволяющий центральному устройству или сканеру обнаруживать периферийное устройство или вещательную станцию. Подчиненное устройство будет отправлять рекламный пакет через каждый определенный интервал времени. Интервал составляет от 20 мс до 10,24 с, что называется интервал трансляции . Новая внутренняя широковещательная рассылка повлияет на время соединения для следующей загрузки.

Мастер должен получить широковещательный пакет перед отправкой запроса на подключение. Подчиненное устройство только отслеживает запрос на соединение ведущего устройства в течение определенного периода времени после отправки широковещательного пакета. Широковещательный пакет может нести определенное количество байтов данных [BLE4.2: 31 байт; BLE5.0: 251 байт (расширенный пакет)]. Обычно он содержит имя пользователя, информацию об устройстве, подключаемый логотип и т. Д. Типы трансляции можно разделить на четыре типа:

Когда мастер получает широковещательный пакет, он отправляет запрос на сканирование для получения дополнительных широковещательных данных, и предполагается, что активный сканер настроен. Затем ведомое устройство отвечает на запрос сканирования, отправляя ответ сканирования, который может содержать дополнительный 31 байт данных.

Широковещательная передача, запрос на сканирование и ответ, они используют три разных диапазона частот 2,4 ГГц, чтобы избежать помех WLAN.

Сканирование используется мастером для отслеживания широковещательных пакетов и отправки запросов на сканирование. Следует отметить два временных параметра: «Окно сканирования» (продолжительность одного сканирования) и «Интервал сканирования» (общее время сканирования, включая время, когда сканирование остановлено, и время, когда сканирование в процессе). Для каждого интервала сканирования время основного сканирования равно «окну сканирования». То есть, если «окно сканирования» равно «интервалу сканирования», это означает, что мастер непрерывно сканирует. Следовательно, рабочий цикл главного сканирования - это время «окна сканирования», разделенное на время «интервала сканирования», а затем умноженное на 100%.

Когда мастер хочет войти в соединение, он будет выполнять тот же процесс, что и при сканировании широковещательных пакетов. Когда соединение инициируется и ведущее устройство получает широковещательный пакет, ведущее устройство отправляет запрос на соединение ведомому устройству.

Роли ведущего и ведомого определяются в соответствии с первым обменом данными в соединении. При подключении мастер будет запрашивать данные в соответствии с «интервалом», определенным подчиненным. Интервал времени называется «интервалом подключения». И он используется для основного подключения. Однако ведомое устройство может отправлять ведущему устройству запросы на обновление параметров соединения.

Согласно спецификации ядра Bluetooth, интервал должен составлять от 7,5 мс до 4 с. Если ведомое устройство не отвечает на пакет от ведущего в течение указанного периода времени, это называется тайм-аутом надзора за соединением, и соединение считается потерянным. Возможно достичь большей пропускной способности данных, передавая несколько пакетов в каждом интервале соединения, и каждый пакет может отправлять до 20 байтов. Однако, если необходимо контролировать текущее энергопотребление, а ведомое устройство не имеет данных для отправки, определенное количество интервалов можно игнорировать. Игнорируемые интервалы называются «задержкой ведомого». При одном подключении устройство будет переключаться в полосе частот по всем каналам.

2) Как пользоваться Beacon

Устройство Beacon использует только широковещательный канал, поэтому нет никаких шагов подключения, связанных с BLE. Как буквальное значение маяка, это устройство отправляет пакеты данных через определенный интервал времени, и отправленные данные могут быть получены с помощью ведущего устройства, такого как мобильный телефон.

6. Введение в использование технологии iBeacon

Следующее в основном знакомит с тем, как использовать iBeacon.

1) Свойства iBeacon

iBeacon - это, по сути, информация о местоположении, поэтому Apple интегрировала функцию iBeacon в Core Location. Существует три атрибута для идентификации iBeacon: ProximityUUID, major и minor.

а) ProximityUUID - это NSUUID, используемый для идентификации компании. IBeacon, используемый каждой компанией и организацией, должен иметь один и тот же идентификатор близости, который также известен как UUID.

b) Крупный используется для идентификации группы связанных маяков. Например, в сетевом супермаркете маяк каждого филиала должен иметь одну и ту же категорию. Роль основного аналогична группировке, чтобы лучше управлять большим количеством устройств Beacon.

c) Незначительный используется для распознавания определенного маяка. Это управление количеством устройств Beacon в одной группе. Например, в сетевом супермаркете можно выделить разные товары на определенной полке.

Если эти атрибуты не указаны, они будут проигнорированы при сопоставлении устройства. Например, CLBeaconRegion, который указывает только вероятностьUUID, может соответствовать всем маяковым устройствам компании.

2) формат кадра iBeacon

Ниже приведен формат кадра широковещательного пакета iBeacon. Мы знаем, что формат кадра состоит из таких параметров, как длина широковещательной передачи, тип, идентификатор компании, тип iBeacon, длина iBeacon, UUID, Major, Minor и мощность передачи.

Идентификатор компании используется для отображения логотипа компании. Например, 16-битный UUID, который следующие компании применяют к Bluetooth SIG: Baidu (0xFDC2, 0xFDC3), Xiaomi (0xFDAB, 0xFDAA, 0xFE95), Alibaba (0xFE3C), Nordic (0xFE59, 0xFE58).

7. Введение в использование технологии Eddystone.

Следующее в основном знакомит с тем, как использовать Eddystone.

1) Свойства Eddystone

Eddystone не только поддерживает открытый исходный код, но также поддерживает несколько фреймворков. Apple iBeacon и Google «The Physical Web» ранее поддерживали только одну платформу.

Eddystone совместим с несколькими платформами, и разные поставщики маяков продают маяки для разных целей. Это означает, что телефоны iOS и Android могут принимать сигнал Google Eddystone Beacon. Это очень хорошая новость для продавцов, которым необходимо продвигать информацию о магазине. Это также означает, что все мобильные телефоны могут получать push-сообщения, а не ограничиваться системой iOS, такой как iBeacon.

Несколько структур Eddystone содержат данные в четырех форматах: UID, URL, TLM и EID.

UID Eddystone изначально предназначался для совместимости с UUID iBeacon. Это нарушает ограничение только iBeacon UUID, UID может быть свободно установлен торговцами. Приложение может принимать сообщения только от этого UID. С помощью уникального UID приложение продавца также может определять, где находится пользователь, и передавать соответствующую информацию, такую ​​как купоны, подключения к Wi-Fi и т. Д.

URL ссылка, очевидно, более широко используется и проще, чем UID. На любом мобильном телефоне есть браузеры, и они могут открывать URL. В этой одноразовой передаче пользователь не хочет загружать приложение для получения push-информации, и URL-адрес, несомненно, является лучшим выбором.

В TLM Фреймворк удаленной телеметрии полезен для компаний, которым необходимо контролировать большое количество маяков. Большинство маяков питаются от батарей, и их необходимо заменить или перезарядить через некоторое время. Структура данных телеметрии позволяет маяку отправлять свой собственный статус, например информацию о мощности, окружающему персоналу, так что персонал может быть выбран для обслуживания и замены.

EID это фреймворк безопасности. Это маяк, который позволяет читать информацию только авторизованным пользователям. Например, в компании маяки размещаются в вестибюле для трансляции всем клиентам и посетителям. Однако у компании также есть информация, которую она хочет транслировать только своим сотрудникам. Очевидно, они не хотят, чтобы эту информацию видели клиенты и посетители.

2) Формат кадра Eddystone

Eddystone не использует поле данных производителя, но помещает значение 0xFEAA в полное 16-битное поле UUID службы и использует связанное поле данных службы для хранения информации маяка. Вот полная информация.