Standardy łączności bezprzewodowej dla IoT i połączonych miast

Największą korzyścią z tych procesów jest prostota wymiany danych i ustawień konfiguracyjnych oraz dostępność sieci dla wielu urządzeń. Sprzęt działający w oparciu o różne standardy może się komunikować tworząc wspólne środowisko.

Obsługa nowych standardów sieciowych upraszcza projektowanie urządzeń i ułatwia życie użytkownikom. Jednak co to oznacza dla programistów, inżynierów i producentów? Co powinni oni wiedzieć i nad czym się zastanowić? Przyjrzyjmy się bliżej najnowszym standardom bezprzewodowym i temu, co wnoszą one do codziennego życia.

Protokół Bluetooth LE i Mesh

Nowe generacje standardu Bluetooth 5.4/5.3 i Mesh nie tylko poprawiają funkcjonalność pod względem zużycia energii, zasięgu i jakości połączenia, ale także przynoszą unikatowe możliwości na rozwijającym się i wymagającym rynku IoT. Obecnie Bluetooth obsługuje topologie o następującej funkcjonalności:

sygnalizacja (beaconing): obsługiwane formaty to iBeacon, EddyStone i inne oraz obsługa zaawansowanych funkcji sygnalizacji w Bluetooth 5.
połączenia punkt-punkt i gwiazda: tryby urządzeń peryferyjnych i centralnych Bluetooth, do 32 połączeń i podwójna topologia, jednoczesna praca jako urządzenie peryferyjne i centralne.
mesh: rozwiązanie Bluetooth Mesh dla dużych sieci urządzeń i komunikacji point-to-multipoint oraz jednoczesne korzystanie z Bluetooth LE i technologii mesh.

Ulepszony Bluetooth 5.3 jest zgodny ze stosem Bluetooth i ma obsługuje następujące funkcje:

dynamiczna kontrola mocy dawania z Bluetooth 5.2,
wyszukiwanie kierunku z Bluetooth 5.1,
standardowe funkcje z Bluetooth 5.0 i Bluetooth 4.x.

Najnowszy profil Bluetooth mesh rozszerza też możliwości sieci pod względem gęstości, opóźnień komunikacji i nowych profili. Wprowadzone i nadchodzące cechy i funkcje Bluetooth mesh uproszczą obsługę urządzeń i sieci, obniżą zużycie energii i poprawią stopień zabezpieczeń. Kompletny profil Bluetooth mesh obsługuje:

mesh obsługuje:

węzły proxy, przekazujące i zaprzyjaźnione,
węzły małej mocy sieci Bluetooth mesh (LPN)
komunikacja o małych opóźnieniach do 10 ms na przeskok,
obsługa dużych sieci do 4096 węzłów. Zalety technologii Bluetooth Mesh to m.in.:
uproszczona aktualizacja sieci, czyli automatyczne sprawdzanie dostępności nowego oprogramowania układowego i instalowanie go oraz jednoczesne aktualizacje oprogramowania układowego Over-the-Air dla jednorodnych urządzeń.
atwa skalowalność i uruchamianie nowych urządzeń w dużych wdrożeniach – urządzenie zarządzające (provisioner) nie musi już znajdować się w zasięgu radiowym.
plug and play – automatyczne wykrywanie zmiany właściciela urządzenia i resetowanie węzłów ze względów bezpieczeństwa i pod kątem identyfikacji
większe bezpieczeństwo i prywatność sieci, tj. dołączanie uwierzytelnionych urządzeń, certyfikaty do uwierzytelniania urządzeń przed włączeniem ich do sieci

Nadchodzące udoskonalenia funkcji Bluetooth Mesh:

aktualizacja oprogramowania sprzętowego urządzenia (DFU) – funkcja DFU Bluetooth Mesh dodaje standardowy sposób aktualizacji oprogramowania układowego w węzłach sieci
zdalne włączanie urządzeń do sieci (RPR) – Bluetooth Mesh wkrótce wprowadzi zdalne włączanie urządzeń do sieci, które pozwala dodawać urządzenia i konfigurować sieć za pośrednictwem węzła proxy, eliminując konieczność przebywania w zasięgu radiowym urządzenia zarządzającego.

RPR umożliwia szybszą i prostszą konfigurację sieci:

nowa funkcja włączania do sieci opartego na certyfikatach wprowadza rozwiązanie, w ramach którego podczas dodawania urządzeń do sieci wykorzystuje się certyfikaty służące do ich uwierzytelnienia,
mostkowanie podsieci, które umożliwia komunikację między urządzeniami w różnych podsieciach,
funkcja przekazywania kierowanego poprawia skalowalność sieci poprzez dodanie nowego typu węzła — węzła przekazywania kierowanego, a także modeli konfiguracji, ścieżek oraz metody do ich tworzenia i utrzymywania,
funkcja prywatnych beaconów szyfruje informacje, aby zapobiec zagrożeniom prywatności podczas sygnalizacji.

Gwarantuje to, że urządzenia w sieci ani ich użytkownicy nie mogą być śledzeni za pomocą informacji statycznych zawartych w komunikacie sygnalizacyjnym.

Nowy profil Bluetooth 5.4 dla elektronicznych cenówek

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 znaczące ulepszenia:

okresowe rozgłaszanie z odpowiedziami (PAwR) – umożliwia implementację sieci w topologii gwiazdy z synchronizacją czasową i dwukierunkową komunikacją z wykorzystaniem udoskonalonego okresowego rozgłaszania z odpowiedziami,
obsługę dużych sieci w topologii gwiazdy w sposób bardzo wydajny i dający ogromne możliwości, zaszyfrowane dane rozgłoszeniowe (EAD).

Dostępne układy

Złożoność sieci typu mesh i różnorodność typów węzłów wymaga dostępu do różnych zasobów sprzętowych, takich jak odpowiednia ilość pamięci Flash czy RAM. Firma Silicon Laboratories opracowała rodzinę produktów, które będą obsługiwać określone funkcjonalności/ profile. Główne produkty z oferty Silicon Labs pozwalające skorzystać z nowych funkcji Bluetooth 5.4:

do urządzeń Bluetooth: EFR32BG22 i EFR32BG24.
do punktów dostępowych Bluetooth: EFR32BG21.

Połączony świat staje się rzeczywistością dzięki najnowszym standardom łączności. Interoperacyjność protokołów umożliwia komunikację z różnymi urządzeniami, połączonymi z wykorzystaniem różnych standardów. 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.