Ble là gì

     

Giới thiệu công nghệ Bluetooth không dây Low Energy

Trước không còn buộc phải nói rằng BLE chưa hẳn là tất cả, nó ko sửa chữa hoàn toàn các chuẩn truyền thông không dây khác như Wifi, Zigbee,… giỏi thậm chí còn là Bluetooth không dây Classic (2.0). Nó được thiết kế theo phong cách cùng với mục tiêu chuyên biệt rộng, với miền ứng dụng cụ thể rộng.

Bạn đang xem: Ble là gì

BLE (công nghệ Bluetooth không dây 4.0 trsinh hoạt đi) có thiết kế cho những ứng dụng:

Siêu tiết kiệm năng lượng, chất nhận được vật dụng chuyển động vào vài mon hoặc vài ba năm chỉ cách một viên pin đồng xu (coin-cell battery);

Khoảng cách nlắp, vận động định hình trong phạm vi 10m;

Dữ liệu truyền sở hữu khiêm tốn, thích hợp cho các vận dụng điều khiển ko tiếp tục, cảm ứng.

Các vận dụng điển hình sử dụng BLE như vật dụng quan sát và theo dõi sức khỏe, beacons, nhà thông minh, bình an, vui chơi giải trí, cảm biến tiệm cận, ô tô. Trung tâm của một hệ thống vận dụng BLE thường xuyên là Smart phones, tablets với PCs.

Lịch sử cách tân và phát triển công nghệ Bluetooth

*

Bo mạch VBLUno của ahtq.vn thực hiện chip Nordic nRF51822, hiện tại cung cấp mang đến chuẩn Bluetooth không dây 4.2

Điều gì làm BLE trsinh sống phải khác biệt?

Sự cải cách và phát triển to gan của các máy logic dẫn đến nhu cầu kết nối các vật dụng cùng với phía bên ngoài tăng mạnh. Trong Khi BLE được tích đúng theo vào hầu hết những điện thoại cảm ứng thông minh hợp lý.

Giá thành tốt.

BLE chất nhận được những lắp thêm rất có thể “nói chuyện” với những nền tảng di động hiện đại.

Một số thứ chỉ cần truyền nhấn một lượng bé dại tài liệu cho mỗi chu kỳ kết nối cùng chúng cũng cần phải tiết kiệm ngân sách và chi phí tích điện, ví dụ như lắp thêm theo dõi và quan sát nhịp tlặng, trang bị thống trị trẻ em,…

BLE có mô hình dữ liệu tương đối dễ hiểu, không cần chi phí giấy tờ với 1 Protocol stachồng không thực sự tinh vi.

Các loại vật dụng Công nghệ Bluetooth.

Tài liệu Bluetooth không dây Specification (4.0 trsinh sống đi) quan niệm nhì technology ko dây sau: BR/EDR (Classic Bluetooth) BLE (công nghệ Bluetooth không dây Low Energy)

Các dạng hình trang bị Bluetooth thông dụng hiện thời được bao hàm vào hình dưới:

*

Nhỏng hình trên ta thấy, vật dụng BLE tất cả hai một số loại là công nghệ Bluetooth không dây Smart với Bluetooth Smart Ready.

công nghệ Bluetooth không dây Smart (Single mode): Chỉ rất có thể giao tiếp với thứ Công nghệ Bluetooth Smart hoặc Bluetooth không dây Smart Ready

công nghệ Bluetooth không dây Smart Ready (Dual mode): cũng có thể tiếp xúc được các nhiều loại máy Bluetooth không dây như Công nghệ Bluetooth Smart, Bluetooth không dây Smart Ready với Classic Bluetooth.

CPU nRF51822 thuộc nhiều loại Công nghệ Bluetooth Smart.

Các kăn năn thiết yếu của một trang bị Bluetooth

Mỗi thứ Bluetooth không dây có 3 khối hận thiết yếu sau:

Application: Ứng dụng người tiêu dùng giao tiếp với Bluetooth protocol stachồng.

Host: Các lớp trên của công nghệ Bluetooth không dây protocol stachồng.

Controller: Các lớp bên dưới của Công nghệ Bluetooth protocol stachồng, bao hàm tác dụng truyền nhận radio.

(công nghệ Bluetooth không dây Protocol Stack: Sở giao thức dạng staông chồng được cho phép các thứ Bluetooth tùy chỉnh cấu hình, liên kết, truyền dìm dữ liệu với nhau)

Ba khối bao gồm của một máy công nghệ Bluetooth không dây được tích đúng theo vào phần cứng theo rất nhiều mẫu mã không giống nhau, dưới đó là 3 mẫu mã thông số kỹ thuật Hartware chính:

*

Chip nRF51822 thuộc các loại System on CPU (SoC), những nhân tố của Công nghệ Bluetooth được tích phù hợp vào một chip tuyệt nhất.

Các giới hạn thiết yếu của BLE

- Thông lượng dữ liệu nhỏ:

Tần số pha chế của sóng BLE trong không gian là 1Mbps. Đây là số lượng giới hạn trên của thông lượng theo lý thuyết. Tuy nhiên trong thực tế tmê mệt số này nhỏ dại hơn bởi vì tác động của đa số yếu tố.

Để minc họa ta đặt đưa thiết là một trong những thiết bị trung tâm (Master) được khởi sản xuất cùng thiết lập cấu hình kết nối đến một nước ngoài vi (Slave) qua bối cảnh BLE:

Ta có có mang về chu kỳ liên kết (Conneciton interval), đấy là khoảng thời gian giữa 2 sự kiện liên kết liên tiếp. Với BLE, lúc 1 sự khiếu nại kết nối diễn ra, các trang bị vào liên kết sẽ trao đổi dữ liệu cùng nhau, sau đó trngơi nghỉ về tinh thần IDLE để tiết kiệm năng lượng, cùng ngóng đến thời điểm thì triển khai sự kiện kết tiếp liền theo. Tham mê số này ở trong tầm 7.5ms mang lại 4s.

nRF51822 rất có thể truyền cho 6 gói dữ liệu trong mỗi sự kiện kết nối. Mỗi gói rất có thể đựng 20 bytes tài liệu của người dùng.

Giả sử tần số sự khiếu nại liên kết là lớn số 1 (chu kỳ liên kết bé dại duy nhất = 7.5ms). Lúc đó mỗi giây có thể xảy ra về tối nhiều 133 sự kiện kết nối

–> Công thức tính thông lượng: 133 * 1trăng tròn = 15960 bytes/s (125Kbit/s)

Theo khuyến cáo thì ta đề nghị gạn lọc thông lượng khoảng tầm 80 Kbit/s. Điều này cũng nói lên bởi sao Wifi, classic bluetooth vẫn có vị trí.

- Khoảng bí quyết gần

Các nguyên tố tác động mang đến khoảng cách truyền thông nhỏng môi trường hoạt động, xây cất anten, thứ cản, phía máy,…. BLE triệu tập vào những áp dụng truyền thông media trong phạm vi gần.

Với BLE ta có:

Khoảng bí quyết lý thuyết: 100m (điều kiện tốt).

Khoảng cách khả thi: 30m.

Khoảng phương pháp hay được sử dụng: 2-5m.

Mô hình mạng media cho BLE

Một thứ BLE hoàn toàn có thể giao tiếp với bên ngoài trải qua 2 cơ chế: Broadcasting hoặc Connection. Mỗi hiệ tượng tất cả vắt táo bạo với giới hạn riêng, cả nhì được thiết lập cấu hình bởi vì GAP (Generic Access Profile).

Broadcasting với Observing

*

Thiết bị Broadcaster: Gửi các gói tin quảng bá phi liên kết đến bất kỳ sản phẩm công nghệ làm sao rất có thể nhấn.

Thiết bị Observer: Quét tiếp tục theo tần số đặt trước để dìm các gói tin quảng bá phi kết nối

Đây là hình dáng truyền thông có thể chấp nhận được một trang bị có thể truyền tài liệu cho những trang bị không giống nhau đồng thời (một chiều). Đây là lý lẽ mau lẹ cùng dễ áp dụng, là chọn lọc tốt nếu muốn truyền lượng nhỏ tuổi dữ liệu mang đến nhiều thứ đồng thời. Hạn chế là dữ liệu ko được đảm bảo bình yên, vì thế ko phù hợp nhằm truyền các dữ liệu nhạy cảm.

Connection

*

Thiết bị Central (Master): Quét các gói tin quảng bá hướng liên kết theo tần số đặt trước, lúc cân xứng thì khởi chế tạo ra một kết nối với cùng 1 peripheral. Central quản lý timing cùng bắt đầu gần như sự hiệp thương dữ liệu theo chu kỳ luân hồi.

Thiết bị Peripheral (Slave): Phát những gói tin quảng bá hướng kết nối theo chu kỳ luân hồi với gật đầu đồng ý kết nối vày central trải nghiệm.

Khởi tạo nên kết nối:

Lúc ao ước kết nối, slave phân phát các gói tin tiếp thị ra không khí.

Central nhận được những gói tin tiếp thị của slave sầu, trong số đó đựng các đọc tin cần thiết có thể chấp nhận được liên kết với slave kia.

Dựa trên kia, central gửi thử khám phá kết nối cho slave để tùy chỉnh thiết lập một kết nối riêng rẽ thân nhì sản phẩm công nghệ.

Lúc liên kết được tùy chỉnh thiết lập, slave ngừng quảng bá và nhì thứ rất có thể bắt đầu hội đàm tài liệu hai phía.Vai trò Master và Slave sầu không ảnh hưởng tới sự việc truyền tài liệu, mặc dù Master là mặt thống trị cấu hình thiết lập liên kết.

Xem thêm: Download My Viettel - Tải Ứng Dụng My Viettel Cho Máy Tính Tải Về,

Lợi nắm của Connection đối với Broadcasting là:

Thông lượng cao.

Khả năng tùy chỉnh liên kết link mã hóa bình an.

Khả năng thống trị tích điện về tối ưu rộng.

Khả năng tổ chức triển khai dữ liệu với rất nhiều sự đổi khác phù hợp cho các nằm trong tính trải qua việc sử dụng các lớp giao thức bổ sung cập nhật thêm, nhất là Generic Attribute Profile (GATT). Dữ liệu được tổ chức triển khai theo cấu trúc gồm ý nghĩa sâu sắc chuyển phiên quanh dòng hotline là services và characteristics.

Protocols với Profiles

Để nhị máy hoàn toàn có thể giao tiếp cùng nhau trải qua chuẩn chỉnh BLE, các sản phẩm BLE bắt buộc tuân hành một số luật pháp. Các luật pháp này được tổng quan biến thành các giao thức với cấu hình.

Protocol (Giao thức): Tập những luật pháp chính sách việc định dạng gói tin, định con đường, dồn kênh, mã hóa,… nhằm điều đình dữ liệu giữa những mặt.

Profile (Cấu hình): Định nghĩa bí quyết cơ mà giao thức được dùng để đạt các phương châm rõ ràng. Có hai nhiều loại thông số kỹ thuật là cấu hình chung (generic profiles) cùng cấu hình cụ thể theo trường phù hợp áp dụng (use-case profiles)

Generic profiles: các protệp tin cửa hàng được tư tưởng vào tư liệu Bluetooth không dây Specifications, nhất là nhị profiles không thể thiếu giúp các sản phẩm BLE kết nối cùng đàm phán tài liệu với nhau, GAPhường cùng GATT.

Use-case profile: Các protệp tin cho những trường hòa hợp thực hiện cầm cố thể

Các profile do Bluetooth không dây Special Interest Group (SIG) định nghĩa

Các profile bởi vì vendor từ định nghĩa

The BLE Protocols Stack

Để thiết kế đến trang bị BLE, có thể chỉ cần quan tâm mang lại các hàm API sống lớp bên trên của cục giao thức BLE (BLE protocol stack), nhưng mà tốt rộng hết chúng ta cần bắt đầu với một chiếc quan sát cơ bạn dạng về cỗ giao thức đến BLE, góp cung ứng kiến thức căn cơ để có thể nghiên cứu và phân tích sâu hơn về BLE.

Hình bên dưới thể hiện không hề thiếu về các yếu tắc phía bên trong bộ giao thức BLE mang lại sản phẩm công nghệ Bluetooth không dây Smart.

*

Sở giao thức đến đồ vật BLE được phân thành 3 phần chính: controller, host với application. Mỗi phần gồm 1 hoặc nhiều lớp (layer) theo chức năng:

Application:Là lớp tối đa của cục giao thức, cung ứng đồ họa người tiêu dùng, xử lý súc tích, cùng tinh chỉnh và điều khiển dữ liệu của gần như thứ liên quan đến các ngôi trường hòa hợp hoạt động vui chơi của ứng dụng. Kiến trúc của application phụ thuộc những vào cụ thể từng bài xích toán thù rõ ràng.

Host: bao hàm các lớp sau

Generic Access Profile (GAP)

Generic Attribute Profile (GATT)

Attribute Protocol (ATT)

Security Manager (SM)

Logical Link Control và Adaptation Protocol (L2CAP)

Host Controller Interface (HCI), Host side

Controller: bao hàm những lớp sau

Host Controller Interface (HCI), Controller side

Link Layer (LL)

Physical Layer (PHY)

Bảng tổng thích hợp tác dụng của những lớp trong stack

*

*

*

Tóm lại, BLE protocol staông xã bao hàm nhiều lớp, mỗi lớp đảm nhận một vài tác dụng nhất mực góp tiến hành quá trình giao tiếp thân những thiết bị BLE cùng nhau.

Các profiles cơ sở: GAPhường và GATT

GAP.. (Advertising & Connections)

GAP (Generic Access Profile) là căn nguyên chất nhận được các thiết bị BLE giao tiếp cùng nhau. Nó cung ứng một framework nhưng bất kể lắp thêm BLE nào cũng bắt buộc tuân thủ theo đúng nhằm rất có thể tìm kiếm tìm các đồ vật BLE (Bluetooth) không giống, tiếp thị dữ liệu, cấu hình thiết lập kết nối an ninh, thực hiện nhiều hoạt động nền tảng gốc rễ theo một chuẩn chỉnh.

Tài liệu BLE Specifications định nghĩa những tư tưởng sau thời điểm xét đến sự tương tác giữa các thiết bị:

Roles: Mỗi sản phẩm công nghệ rất có thể vận động theo một hoặc những phương châm không giống nhau trên thuộc 1 thời điểm: broadcaster, obhệ thống, central, peripheral.

Modes: Một mode là một trong trạng thái nhưng mà thứ hoàn toàn có thể đưa cho trong một khoảng tầm thời gian nhằm đã đạt được một mục đích rõ ràng hoặc các điều quan trọng đặc biệt, để được cho phép một peer tiến hành một thủ tục cụ thể.

Procedures: Là những giấy tờ thủ tục (thường xuyên thì Link Layer điều khiển và tinh chỉnh sự đàm phán gói tin) nhằm được cho phép một sản phẩm công nghệ có được một mục tiêu chắc chắn. Một thủ tục hay được links với cùng 1 mode, đề nghị mode với procedure hay được xem xét cùng cả nhà.

Security: GAP. kiến tạo dựa vào Security Manager cùng Security Manager Protocol (có mang các modes cùng procedures an ninh nhằm xác định bí quyết nhưng các đồ vật đặt mức bình yên Khi hiệp thương dữ liệu). Ngoài ra GAP có mang thêm các hào kiệt an toàn cao hơn nữa mà lại ko thêm với modes và procedures cụ thể làm sao, tăng tốc nút đảm bảo an toàn tài liệu được những hiểu biết vì chưng từng áp dụng.

*

*

Xét một phương pháp bản chất thì GAP. là lớp tinh chỉnh cao nhất của BLE (Topmost control layer) cùng là cấu hình bắt buộc cho tất cả thiết bị BLE.

GATT (Services and Characteristics)

GATT thiết lập cụ thể biện pháp Bàn bạc tất cả profile và dữ liệu người tiêu dùng qua kết nối BLE. trái lại với GAP (có mang sự liên tưởng nút phải chăng cùng với các thiết bị), GATT chỉ trình bày những thủ tục truyền và định hình tài liệu thực tế

GATT thực hiện ATT cùng giao thức truyền của nó nhằm trao đổi tài liệu thân các sản phẩm công nghệ. Dữ liệu này được tổ chức triển khai phân cấp thành các phần call là services, nó team những phần tư tưởng liên quan của dữ liệu người dùng Call là characteristic. Nói một phương pháp ngắn thêm gọn gàng thì tài liệu truyền qua BLE là dữ liệu có cấu trúc, cơ mà ví dụ là được tổ chức triển khai phân cung cấp thành services và characteristics.

Roles

GATT Client: tương xứng cùng với ATT client, gửi đề xuất mang lại VPS và nhấn công dụng bình luận. Ban đầu, GATT Client lưỡng lự server cung cấp số đông nằm trong tính làm sao chính vì vậy nó rất cần được thực hiện service discovery.

GATT Server: khớp ứng ATT hệ thống, thừa nhận thưởng thức từ client và gửi đều ngôn từ khớp ứng.

Crúc ý rằng những vai trò của GATT ko dựa vào vào vai trò của GAP.. có nghĩa là cả GAP. Central với GAP. Peripheral hoàn toàn có thể vận động như GATT Client hoặc GATT Server hoặc thậm chí là là cả nhị tại cùng một thời điểm.

UUIDs

Là một trong những định danh thiết bị, dài 128 bit (16 byte) tốt nhất trên trái đất. Vì độ lâu năm quá lớn, chiếm phần nhiều vào gói dữ liệu, BLE Specification tư tưởng thêm 2 định hình UUID: 16bit với 32 bit. Các format nđính này hoàn toàn có thể chỉ được áp dụng với UUID được quan niệm vào BT Specification.

Attributes

Là thực thể tài liệu nhỏ dại độc nhất được khái niệm vì chưng GATT (với ATT).

Cả GATT và ATT chỉ thao tác làm việc cùng với attributes đề nghị để shop thân client cùng server toàn bộ tài liệu cần được tổ chức triển khai theo định dạng này.

Mỗi attribute cất báo cáo về thiết yếu nó là dữ liệu người tiêu dùng cùng được biểu hiện nhỏng sau:

Handle: số 16 bit độc nhất vô nhị bên trên từng VPS để địa chỉ hóa attribute

Type:là vẻ bên ngoài UUID, 16bit – 32bit – 128 bit

Permission: khẳng định những ATT opertation có thể xúc tiến trên attribute chũm thể

Value: đựng phần tài liệu thực tế trong attribute, số lượng giới hạn 512 byte

Services cùng Characteristics

Dữ liệu trao đổi trải qua kết nối BLE là tài liệu có kết cấu, được tổ chức triển khai phân cấp thành các services, phiên bản thân services lại bao hàm các characteristics.

*

Các profiles cho từng áp dụng núm thể

GAP. cùng GATT là hai profiles căn cơ cho rất nhiều áp dụng BLE. Ngoài ra, tùy vận dụng mà lại những sản phẩm đã hỗ trợ các profile không giống (dựa vào GAPhường với GATT). Các services chính là các các dịch vụ nhưng đồ vật hỗ trợ như: Heart Rate Monitor, Battery, Health Thermometer, HID,…

Để biết đọc tin cụ thể các services, truy cập những đường dẫn sau:

https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specificationshttps://www.bluetooth.com/specifications/gatt/services

Các băng thông trên trình diễn các profiles đã làm được tổ chức triển khai công nghệ Bluetooth không dây SIG khái niệm. Hình như những nhà phân phối lắp thêm có thể từ quan niệm thêm các profiles khác.

ví dụ như minch họa thiết bị theo dõi và quan sát nhịp tyên cùng với bo mạch VBLUno51 trên Arduino

Thiết bị quan sát và theo dõi nhịp tim: Heart Rate Monitor– HRM

Hình dưới thể hiện cấu trúc của Heart Rate Service (HRS)

*

Ta thấy, HRS bao hàm 2 characteristics góp cung cấp tin về nhịp tyên với vị trí đính thêm cảm ứng bên trên khung hình. Chi huyết rất có thể coi trên đường truyền sau:

https://www.bluetooth.com/specifications/gatt/viewer?attributeXmlFile=org.bluetooth.service.heart_rate.xml

lấy một ví dụ sau minc họa một thứ BLE tất cả tính năng đo nhịp tim với truyền về BLE Central (Smartphones, tablets, PC). Vì không có cảm ứng cung cấp tính năng này cần trong ví dụ này mình chỉ sản xuất giả bộc lộ theo diễn đạt sau:

Giá trị nhịp tyên ổn biến hóa con đường tính từ bỏ 100 mang lại 175 cùng với độ tăng là 1

Vị trí cảm ứng trên cơ thể: Finger (mã = 0x03)

Thực hiện:

Msinh sống ví dụ HRM: File => Examples => BLE_Examples => BLE_HRM

Tiến hành biên dịch với upload xuống bo mạch VBLUno. Nếu thành công bạn đã có một máy BLE minh họa tác dụng theo dõi và quan sát nhịp tyên ổn.

Để kết nối đến trang bị này, bạn cần một BLE Central (Smart phone, tablet, PC). Tại trên đây bản thân dùng phần mềm nRF Toolbox của Nordic cùng phần mềm BLE Tool để minc họa.

*

Trên điện thoại Android hoặc iPhone, chạy phần mềm nRF Toolbox, chọn mục HRM, dìm Connect nhằm tra cứu kiếm trang bị HRM với hưởng thụ kết nối.

*

*

*

Mã nguồn của công tác ví dụ khá đơn giản và dễ dàng, bạn có thể tự hiểu với tìm hiểu.

Xem thêm: Dàn Diễn Viên Phim Harry Potter ' 19 Năm Sau, Điểm Mặt Dàn Diễn Viên Harry Potter Sau 18 Năm

Sách giới thiệu về BLE

Để bài viết liên quan về BLE các chúng ta cũng có thể tham khảo một số tài liệu sau:

Getting started with Công nghệ Bluetooth Low Energy – Tool & techniques for low-power networking của Kevin Townsover, Carles Cufí, Akitía & Robert Davidson.


Chuyên mục: Tin Tức