Bluetooth i jego odmiany są synonimami technologii bezprzewodowej komunikacji na niedużą odległość. Protokół ten jest, dzięki dostępności wersji Low Energy, coraz popularniejszy również w systemach IoT. Przedstawiamy omówienie rozwoju standardu Bluetooth oraz powiązane z nim zastosowania.

────── Artykuł firmowy ──────

Publikacja stanowi skrót większego artykułu na temat ewolucji standardu Bluetooth i jego zastosowań w obszarze Internetu Rzeczy

Bluetooth został zaimplementowany jak dotąd w ponad 8 miliardach produktów, wytworzonych przez ponad 30 tysięcy członków grupy Bluetooth SIG. Stanowi niewymagającą dużej ilości mocy technologię łączności, wykorzystywaną do strumieniowania dźwięku, przesyłania danych i rozgłaszania informacji pomiędzy urządzeniami. Obecnie Bluetooth pojawia się głównie w dwóch odmianach: Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) i Low Energy (LE). Ten ostatni pozwala na krótkotrwałe połączenia bezprzewodowe i może bazować na wielu różnych topologiach sieciowych.

Bluetooth 4.0 LE

Bluetooth Smart, czyli Bluetooth 4.0 LE, rozwiązuje dwa kluczowe problemy, z jakimi mierzyli się użytkownicy. Nie tylko ogranicza szybkość wyczerpywania baterii, o czym wspomnieliśmy już wcześniej, ale też likwiduje konieczność ciągłego parowania ze sobą, połączonych już raz urządzeń. Nowa generacja technologii Bluetooth kładzie mniejszy nacisk na podtrzymywanie stałego strumienia informacji. Zamiast tego koncentruje się na wysyłaniu mniejszych porcji danych, kiedy jest to potrzebne, a następnie przełącza połączenie w tryb uśpienia na czas, gdy nie jest ono używane. Wskutek tego Bluetooth 4.0 pozwala producentom urządzeń zastąpić własnościowe technologie komunikacji pomiędzy sensorami na rzecz Bluetootha.

Architektura Bluetooth Low Energy

Oprócz tego, że BLE (Bluetooth Low Energy) jest protokołem umożliwiającym projektowanie urządzeń o bardzo małym poborze mocy, ma też następujące zalety:

  • niezawodna i odporna na zakłócenia transmisja, korzystająca z adaptacyjnego zmieniania częstotliwości,
  • bezpieczeństwo: parowanie, łączenie i prywatność oraz ochrona przed atakami typu Man-In-The-Middle i szyfrowanie AES-128,
  • szybkie prototypowanie,
  • relatywnie niski koszt wdrożeń,
  • zgodność z szerokim wyborem urządzeń: standard jest obsługiwany w ramach najbardziej popularnych systemów operacyjnych, włączając w to iOS, Android, Windows 8 oraz OSX i Linux.

Więcej na omawiany temat znajdziesz w artykule.

Ulepszenia w kolejnych wersjach Bluetooth LE

Dla twórców aplikacji IoT bardzo istotne są zmiany w najnowszych wersjach standardu Bluetooth, począwszy od 4.0 aż do 5. Poniżej przytaczamy kilka z nich:

Bluetooth 4.1 wprowadził trzy główne ulepszenia względem wersji 4.0: brak zakłócania się czy interferencji z sieciami 4G, lepsze zarządzanie poborem mocy poprzez parowanie, a także to, że urządzenia mogą jednocześnie pracować jako krańcowe węzły sieci, jak i koncentratory/kontrolery, dzięki czemu różnorodne peryferia mogą się niezależnie komunikować ze sobą.

Z kolei zaprezentowany w 2014 roku Bluetooth 4.2 stworzony został z myślą o urządzeniach IoT nowej generacji. Obejmuje on: usprawnioną łączność z Internetem i polepszone bezpieczeństwo, wielkość pakietów została zwiększona niemal 10-krotnie względem wersji 4.1, a także zwiększenie szybkości komunikacji 2,5-krotnie.

Bluetooth 5.0 – prędkość, zasięg i różne topologie

Bluetooth 5.0 dalej zwiększa dostępną przepustowość oraz zmniejsza opóźnienia transmisji, a także wydłuża zasięg i pozwala na bardziej elastyczne korzystanie z protokołu IP. Warto zwrócić szczególną uwagę na następujące nowości:

  • nawet dwukrotne zwiększenie przepustowości względem Bluetootha 4.2 (przepustowość zwiększona do 2 Mb/s, możliwość szybkiej aktualizacji firmwaru),
  • nawet czterokrotne zwiększenie zasięgu (teoretycznie 300 m i więcej),
  • nawet 8-krotne zwiększenie możliwości rozgłaszania wiadomości,
  • wykrywanie i zapobieganie interferencjom pomiędzy urządzeniami pracującymi w paśmie ISM 2,4 GHz i sąsiadującymi pasmami LTE,
  • obsługa pracy w sieciach o topologii kraty (mesh): funkcja mająca szczególne znaczenie dla aplikacji IoT. W sieci tego typu wszystkie urządzenia mogą się bezpośrednio, wzajemnie ze sobą komunikować, zamiast zawsze przesyłać dane poprzez centralny hub.

Więcej na omawiany temat przeczytasz w tym artykule.

Jak zacząć? Czyli o produktach do rozwoju aplikacji Bluetooth

Farnell element14 oferuje szeroki wybór zestawów deweloperskich i modułów Bluetooth – w ramach oferty dostępne są zestawy różniące się mocno mocą obliczeniową, możliwościami komunikacji oraz dostępnymi wejściami i wyjściami, ale wszystkie z nich mają pomóc projektantom zaimplementować obsługę interfejsu Bluetooth w ich produktach. Dalsze informacje oraz opisy przykładowe podzespołów do sieci Bluetooth znaleźć można w cytowanym artykule.

Zobacz również – IoT Hub

Powyższy artykuł to druga z cyklu publikacji w ramach kompendium technologii Internetu Rzeczy. Zapraszamy na stronę główną IoT Hub!

IoT Hub: Technologie Internetu Rzeczy