Bluetooth技術は、そのユビキタスかつシンプルな特性により、機器間のワイヤレス通信に革命をもたらしました。 デバイスが高いセキュリティを維持しながら、ケーブルなしで通信することを可能にします。 低消費電力で低コストなため、Bluetooth は、高速の自動車用デバイスから複雑な医療用デバイスまで、アプリケーションの進化に極めて重要な役割を果たしました。
Bluetooth テクノロジーの容易さと世界的な普及により、Bluetooth 対応のデバイスは、ペアリングと呼ばれるプロセスを通じて、近くにある他のデバイスと接続することができます。 ペアリングにより、デバイスは、最大 8 台のデバイスをリンクできるピコネットとして知られる短距離アドホック ネットワークを通じて、データと音声を送信し、全二重通信を確立することができます。 1台のデバイスがマスターデバイスとして機能し、ネットワーク/ピコネット内の残りのデバイスはスレーブデバイスとなります。 マスター機器はハブとして機能し、スレーブ機器はマスター機器を経由して通信を行う。
Bluetooth テクノロジーの全二重機能は、ユーザーに、携帯電話と Bluetooth 音楽スピーカーの接続、車の運転中の通話、2 台のラップトップの接続によるファイル共有、およびゲーム機と Bluetooth 対応ゲーム用コントローラーの接続など、いくつかの使用例を挙げるときりがないほどの革新的な機能を提供しています。
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy は、Bluetooth ワイヤレス テクノロジーのインテリジェントで電力に優しいバージョンです。 Bluetooth Smart としても販売されている Bluetooth Low Energy は、Bluetooth 4.0 Core Specification の一部として開始されました。 Bluetooth Smartとしても販売されているBluetooth Low Energyは、Bluetooth 4.0コア仕様の一部として始まり、当初はNokiaがWibreeとして設計し、Bluetooth Special Interest Group（SIG）に採用されましたが、当初の焦点は、可能な限り低い電力消費で、特に低コスト、低帯域、低電力、および低い複雑性に最適化した無線規格を提供することでした。
これらの設計目標は、BLE を本物の低電力標準にすることを試みるコア仕様を通じて明らかであり、半導体メーカーによって実際に実装され、最小限の予算でエネルギーに厳しい実世界のアプリケーションで使用されるように設計されています。
BLE はそれ自体優れたテクノロジーですが、その驚異的な普及率を支えているのは、適切なタイミングで適切な妥協をしたテクノロジーであるということです。 比較的若い規格でありながら、すでに BLE を含む製品設計の数は、リリース サイクルの同じ時点で他のワイヤレス テクノロジーを大きくリードしています。
従来の Bluetooth が直面していた課題は、バッテリーの消耗が速く、接続が頻繁に失われるため、頻繁なペアリングと再ペアリングが必要であったことです。 これらにうまく対処できたことが、BLE が急速に成長した理由の 1 つです。 さらに、スマートフォン、タブレット、モバイルコンピューティングの驚異的な成長が採用を後押ししています。 モバイル業界の大手企業がBLEをいち早く積極的に採用したことで、BLEの導入が広がりました。
モバイルおよびタブレット市場はますます成熟していますが、外の世界とこれらのデバイス間の接続に対するニーズは、大きな成長の可能性を秘めています。 これは、消費者が今日持っていることにさえ気づかないような問題を解決する革新的なデバイスを開発する、周辺機器ベンダーにとってまたとない機会を提供します。 このように多くの利点が BLE に集約されているため、小規模で機敏な製品設計者は、比較的控えめな設計予算で、タスクに特化した創造的かつ革新的な製品によって、潜在的に巨大な市場にアクセスする機会を得ることができます。 また、BLE を利用することで、開発者は、アクセスしやすいチップ、ツール、および標準を使用して、あらゆる最新のモバイル・プラットフォームと通信可能な製品を現在設計することができます。
特徴
1. 最も低い電力消費
物理的な設計から使用モデルまで、すべてが電力消費を最小限に抑えるように設計されています。 消費電力を抑えるために、BLEデバイスはほとんどの時間、スリープ状態に保たれます。 イベントが発生すると、デバイスが起動し、ゲートウェイ、PC、スマートフォンに短いメッセージが転送されます。 最大/ピーク時の消費電力は15mA以下、平均消費電力は約1μAです。 アクティブな消費電力は、従来のBluetoothの消費電力と比較して10分の1にまで低減しています。
2.コスト効率と互換性
従来の Bluetooth テクノロジーとの互換性と小型のバッテリー駆動デバイスのコスト効率を提供するために、2 種類のチップセットタイプがあります：
- BLE と従来の Bluetooth 機能の両方を備えたデュアルモード テクノロジー
- 低コストと低消費電力を重視し小型バッテリー駆動デバイス向けに最適化したスタンドアロン BLE テクノロジー
3.コストパフォーマンスと互換性
BLE テクノロジーは、バッテリー駆動のデバイスのコスト効率と互換性を提供します。 堅牢性、セキュリティ、および信頼性
BLEテクノロジーは、従来のBluetoothテクノロジーと同じAFH（Adaptive Frequency Hopping）技術を使用しています。 これにより、BLE は、家庭、産業、および医療アプリケーションで見られる「ノイズの多い」RF 環境において、堅牢な伝送を実現できます。 AFH を使用することによるコストとエネルギー消費を最小限に抑えるため、BLE テクノロジーでは、チャネル数を 40 に減らし、従来の Bluetooth テクノロジーで使用されていた 79 の 1 MHz 幅のチャネルの代わりに 2 MHz 幅のチャネルを使用しました。
4 ワイヤレスの共存
Bluetoothテクノロジー、無線LAN、IEEE 802.15.4/ZigBee およびいくつかの独自の無線は、ライセンスのない 2.4 GHz 産業科学医療 (ISM) バンドを使用しています。 多くの技術が同じ無線空間を共有しているため、エラー訂正や再送信の必要性から、干渉によって無線性能が低下する可能性があります（遅延の増加やスループットの低下など）。 要求の厳しいアプリケーションでは、周波数プランニングと特殊なアンテナ設計により、干渉を低減することができます。 従来の Bluetooth テクノロジーと BLE テクノロジーの両方が、他の無線テクノロジーとの干渉を最小限に抑える AFH を利用しているため、Bluetooth 通信は堅牢で信頼性があります。 接続範囲
BLEテクノロジーは、従来のBluetoothテクノロジーとはわずかに異なる変調方式を採用しています。 この変調の違いにより、10 dBm の無線チップセットで最大 300 m の範囲を提供します (BLE 最大)。
6.使いやすさと統合
BLE ピコネットは通常、多数のスレーブに接続したマスターをベースにしています。 デバイスはマスターかスレーブのどちらかですが、両方であることはありません。 マスターはスレーブの通信頻度を制御し、スレーブはマスターからの要求によってのみ通信を行います。 BLEが従来のBluetoothと比較して新たに追加した機能は、「アドバタイジング」機能である。 この機能により、スレーブとして動作するデバイスは、マスターに送信するものがあることを告知することができる。
技術的な詳細
- データ転送 – BLE は、1 Mbps で転送される非常に短いデータ パケット (最小 8 オクテットから最大 27 オクテットまで) をサポートします。
- 周波数ホッピング – BLE は、2.4 GHz ISM バンドの他のテクノロジーからの干渉を最小限に抑えるため、すべてのバージョンの Bluetooth テクノロジーに共通する AFH を使用しています。 効率的なマルチパスの利点は、リンク バジェットと有効動作範囲を拡大し、エネルギー消費を最適化します。
- ホスト制御 – BLE は、かなりの量の知能をコントローラーに配置しています。 これにより、ホストはより長い時間スリープし、ホストが何らかのアクションを実行する必要がある場合にのみ、コントローラによって起動されるようになります。
- レイテンシー – BLE は、最短で 3 ms の接続設定とデータ転送をサポートできます。 これにより、アプリケーションは、接続を確立し、認証されたデータをわずか数ミリ秒で転送し、短い通信バーストを行った後、接続をすばやく切断することができます。
- 堅牢性 – BLE は、すべてのパケットで強力な 24 ビット CRC を使用し、干渉に対して最大の堅牢性を確保します。
- 強力なセキュリティ – CCM を使用したフル AES-128 暗号化によりデータ パケットの強力な暗号化および認証を行い、通信は安全です。
- Topology – BLE ではすべてのパケットで 32 ビット アクセス アドレスを使って各スレーブに接続し、何十億ものデバイスに対応することができます。 この技術は、1対1の接続に最適化されている一方で、スター型トポロジーを使用して1対多の接続を可能にします。
Application
携帯機器で遍く展開するため、BLE ではあらゆる業界でまったく新しいアプリケーションに対応することが可能です。 たとえば、新しい顧客に会うための企業の投資効果を高めるために、展示会で BLE を使用できるさまざまな方法を考えてみましょう。 ゲーミフィケーション – BLE を使用して、展示会のブースで人気のないエリアに戦略的に配置されたビーコンを発見した場合に特別な報酬を提供することにより、参加者にそのエリアの探索を促すことができます。
スポンサーシップ – 展示会場の特定のゾーンを通過したときに、参加者に最も近いブースをチェックするように促す通知をプッシュして追加収益を得るためにビーコンを活用します。
3.ヒート マッピング – リアルタイムの統計情報にアクセスすることにより、ビーコンはホットスポットを認識し、過密状態やセキュリティ侵害が起こりやすい場所についてイベント管理者にアラートを送信できます。
4.コンテンツ配信 – 出席者は、電子メールでプレゼンテーション スライドのコピーを受け取るのに長い時間を必要としません。 BLE ビーコンは、セッションで参加者を認識し、セッション中またはセッション直後にスライド、電子書籍、およびその他の資料を自動的に配信することができます。 自動チェックイン – イベント主催者は、会議場の入口でチェックインをシミュレートするビーコンを設置することで、イベントや展示会の参加者数の情報を簡単に収集し、リアルタイムでプロフィールを確認することができます。 これには、ユーザーによる手動での操作は必要ありません。 ユーザーがアプリをダウンロードし、モバイル デバイスで Bluetooth を有効にしていれば、ユーザーが会場に入ると同時に、アプリが自動的にチェックインします。
BLE開発には、成熟したエコシステムがすでに用意されています。 開発者は、BLE 対応デバイスのハードウェアとソフトウェアの両方の開発を加速できる幅広いチップとモジュールにアクセスできます。 たとえば、サイプレスは、ARM Cortex-M0 コアをベースにした PSoC 4 BLE プロセッサを提供しており、アナログ フロントエンド、デジタル ロジック、CapSense、および Bluetooth LE ラジオを統合して、BLE へのワンチップ アプローチを実現しています。 サイプレスのEZ-BLE PRoCモジュールは、完全に統合されたモジュールを好むOEM向けに、サイプレスのPRoC BLEチップをベースに使いやすさと市場投入までの時間短縮のために設計された10×10×1.8mmの認定およびプログラマブルなBLEモジュールです。
For more details on how to design with BLE see:
- Getting Started with PSoC 4 BLE
- Getting Started with PRoC BLE
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