A tecnologia Bluetooth revolucionou as comunicações sem fio entre dispositivos com suas características simples e onipresentes. Ela permite que os dispositivos se comuniquem sem cabos, mantendo elevados níveis de segurança. Devido à sua baixa potência e baixo custo, o Bluetooth tem desempenhado um papel fundamental na evolução das aplicações desde dispositivos automotivos de alta velocidade até dispositivos médicos complexos.
A facilidade e a aceitação global da tecnologia Bluetooth significa que qualquer dispositivo com Bluetooth pode se conectar com outros dispositivos localizados nas proximidades através de um processo conhecido como emparelhamento. O emparelhamento permite que os dispositivos estabeleçam uma comunicação duplex completa, transmitindo dados e voz através de redes ad hoc de curto alcance, conhecidas como piconets, que podem ligar até oito dispositivos. Um dispositivo serve como dispositivo mestre, enquanto o resto dos dispositivos dentro da rede/piconet são dispositivos escravos. O dispositivo mestre funciona como um hub, e os dispositivos escravos comunicam através do dispositivo mestre de modo a comunicarem entre si. Outra característica importante da tecnologia Bluetooth é o uso de salto de frequência para reduzir o impacto da interferência.
Os recursos completos de duplex da tecnologia Bluetooth oferecem aos usuários recursos inovadores, como conectar um telefone com um alto-falante de música Bluetooth, atender chamadas enquanto dirigindo um carro, conectar dois laptops para compartilhamento de arquivos e conectar um console de jogos com um controlador de jogos habilitado para Bluetooth, para citar alguns casos de uso.
Bluetooth Low Energy
p>Bluetooth Low Energy é a versão sem fio inteligente e de baixo consumo de energia da tecnologia Bluetooth. Ela já está desempenhando um papel significativo na transformação de gadgets inteligentes em gadgets mais inteligentes, tornando-os compactos, acessíveis e menos complexos.
Bluetooth Low Energy, também comercializado como Bluetooth Smart, começou como parte da Especificação Central Bluetooth 4.0. Inicialmente projetado pela Nokia como Wibree antes de ser adotado pelo Bluetooth Special Interest Group (SIG), seu foco inicial era fornecer um padrão de rádio com o menor consumo de energia possível, especificamente otimizado para baixo custo, baixa largura de banda, baixa potência e baixa complexidade.
Esses objetivos de design são evidentes através da especificação principal, que tenta fazer do BLE um padrão genuíno de baixo consumo de energia, projetado para ser realmente implementado por fabricantes de semicondutores e utilizado em aplicações do mundo real com baixo consumo de energia e orçamento mínimo. Já é uma tecnologia amplamente adotada que pode, realisticamente, afirmar funcionar por um longo período de tempo fora de uma única célula de moeda.
Embora o BLE seja uma tecnologia superior por seu próprio mérito, o que tem impulsionado sua fenomenal taxa de adoção é que é a tecnologia certa, com os compromissos certos, no momento certo. Para um padrão relativamente jovem, o número de desenhos de produtos que já incluem o BLE coloca-o bem à frente de outras tecnologias sem fio, no mesmo ponto de seus ciclos de lançamento.
Os desafios que o Bluetooth clássico enfrentou foram a rápida drenagem da bateria e a frequente perda de conexão, exigindo frequentes emparelhamentos e reparos. Ser capaz de resolver estes problemas com sucesso é uma das razões para o rápido crescimento do BLE. O crescimento fenomenal em smartphones, tablets e computação móvel é outro fator que impulsiona a adoção do BLE. A adoção precoce e ativa do BLE pela indústria móvel de pesos pesados quebrou as portas para uma implementação mais ampla do BLE. Isso, por sua vez, levou os fabricantes de semicondutores a comprometer seus limitados recursos com a tecnologia que eles sentiam ser a mais provável de florescer a longo prazo.
Embora os mercados de celulares e tablets estejam cada vez mais maduros, a necessidade de conectividade entre o mundo externo e esses dispositivos tem um enorme potencial de crescimento. Ela oferece aos fornecedores de periféricos uma oportunidade única de desenvolver dispositivos inovadores que resolvem problemas que os consumidores podem nem mesmo perceber que têm hoje. Tantos benefícios convergiram em torno do BLE, criando uma oportunidade para designers de produtos pequenos e ágeis obterem acesso a um mercado potencialmente massivo com produtos específicos, criativos e inovadores, com um orçamento de design relativamente modesto. O BLE também permite que esses desenvolvedores projetem hoje produtos viáveis que podem falar com qualquer plataforma móvel moderna usando chips, ferramentas e padrões que são de fácil acesso.
Faatures
1. O menor consumo de energia
Muito do design físico para usar modelos é projetado para manter o consumo de energia em um mínimo. Para reduzir o consumo de energia, um dispositivo BLE é mantido em modo de repouso a maior parte do tempo. Quando ocorre um evento, o dispositivo acorda e uma pequena mensagem é transferida para um gateway, PC ou smartphone. O consumo máximo/pico de energia é inferior a 15 mA e o consumo médio de energia é de cerca de 1 μA. O consumo de energia ativa é reduzido a um décimo do consumo de energia do Bluetooth clássico. Em aplicações de baixo ciclo de funcionamento, uma bateria de célula de botão poderia fornecer 5-10 anos de operação confiável.
2. Econômico e compatível
Para oferecer compatibilidade com a tecnologia Bluetooth clássica e eficiência de custo para pequenos dispositivos operados por bateria, há dois tipos de chipset:
- Tecnologia de modo dual com funcionalidade BLE e Bluetooth clássico
- Tecnologia BLE autônoma otimizada para pequenos dispositivos operados por bateria com baixo custo e baixo consumo de energia como seu foco
3. Robustez, segurança e confiabilidade
tecnologia BLE usa a mesma tecnologia de salto de freqüência adaptável (AFH) que a clássica tecnologia Bluetooth. Isso permite que o BLE alcance uma transmissão robusta nos ambientes ‘ruidosos’ de RF encontrados nas aplicações domésticas, industriais e médicas. Para minimizar o custo e o consumo de energia da utilização da AFH, a tecnologia BLE reduziu o número de canais para 40 canais de 2 MHz de largura em vez dos 79 canais de 1 MHz utilizados com a tecnologia Bluetooth clássica.
4. Coexistência sem fios
Tecnologia Bluetooth, Wireless LAN, IEEE 802.15.4/ZigBee, e vários rádios proprietários utilizam a banda Industrial Scientific Medical (ISM) sem licença de 2.4GHz. Com tantas tecnologias compartilhando o mesmo espaço de rádio, as interferências podem diminuir o desempenho sem fio (ou seja, aumentando a latência e diminuindo o rendimento) devido à necessidade de correção de erros e retransmissão. Em aplicações exigentes, a interferência pode ser reduzida através do planejamento de freqüência e do projeto especial da antena. Como tanto a tecnologia Bluetooth clássica quanto a tecnologia BLE utilizam AFH, que minimiza a interferência com outras tecnologias de rádio, a transmissão Bluetooth é robusta e confiável.
5. A faixa de conexão
tecnologia BLE tem uma modulação ligeiramente diferente da tecnologia Bluetooth clássica. Esta diferenciação de modulação oferece um alcance de até 300 metros com um chipset de rádio de 10 dBm (BLE máximo).
6. Facilidade de utilização e integração
Um piconet BLE é tipicamente baseado num master ligado a um número de escravos. Um dispositivo é ou um mestre ou um escravo, mas nunca os dois. O mestre controla a freqüência com que os escravos podem se comunicar, e o escravo só se comunica a pedido do mestre. Uma nova característica que o BLE acrescenta em comparação com a tecnologia Bluetooth clássica é a funcionalidade “publicidade”. Com esta funcionalidade, um dispositivo agindo como escravo pode anunciar que tem algo para transmitir ao mestre. Uma mensagem publicitária também pode incluir um evento ou um valor de medição.
Detalhes técnicos
- Transferências de dados – BLE suporta pacotes de dados muito curtos (8 octetos mínimo até 27 octetos máximo) que são transferidos a 1 Mbps. Todas as conexões usam a classificação sniff-sub avançada para alcançar ciclos de trabalho ultra-baixo para manter o consumo de energia a um mínimo.
- Frequency hopping – BLE usa o AFH comum a todas as versões da tecnologia Bluetooth para minimizar a interferência de outras tecnologias na banda ISM de 2,4 GHz. Os benefícios multi-path eficientes aumentam os orçamentos dos links e o alcance operacional efetivo, bem como otimizam o consumo de energia.
- Controle de host – O BLE coloca uma quantidade significativa de inteligência no controlador. Isto permite ao host dormir por períodos de tempo mais longos e ser acordado pelo controlador apenas quando o host precisa de executar alguma acção. Isto permite a maior economia de corrente já que o processador do host normalmente consome mais energia do que o controlador BLE.
- Range – Um índice de modulação aumentado permite um alcance máximo para BLE de mais de 100 metros.
- Robustness – BLE usa um CRC forte de 24 bits em todos os pacotes para garantir a máxima robustez contra interferência.
- Segurança forte – Encriptação AES-128 completa usando CCM fornece criptografia forte e autenticação dos pacotes de dados para que as comunicações sejam seguras.
- Topologia – BLE usa um endereço de acesso de 32 bits em cada pacote para cada escravo, permitindo que bilhões de dispositivos sejam conectados. A tecnologia é otimizada para conexões um-para-um enquanto permite conexões um-para-muitos usando uma topologia estelar.
Latency – BLE pode suportar configuração de conexão e transferência de dados em tão rápido quanto 3 ms. Isto permite a uma aplicação estabelecer uma conexão e transferir dados autenticados em apenas alguns milissegundos para uma curta explosão de comunicação antes de destruir rapidamente a conexão.
br>Aplicações
Por causa de sua implantação onipresente em dispositivos portáteis, o BLE permite aplicações totalmente novas em todas as indústrias. Por exemplo, considere as diferentes formas como o BLE pode ser usado em uma feira de negócios para aumentar a eficácia do investimento de uma empresa no atendimento a novos clientes:
1. Gamificação – O BLE pode ser usado para encorajar os participantes a explorar áreas menos populares de um estande de feira comercial, oferecendo-lhes recompensas especiais por descobrirem balizas estrategicamente colocadas nessas áreas.
2. Patrocínios – Alavanque as balizas para receitas adicionais empurrando notificações que levam os participantes a verificar o estande mais próximo quando passam por uma determinada zona no local da feira comercial. Este pode ser um serviço premium oferecido aos patrocinadores.
3. Mapeamento de calor – Com acesso a estatísticas em tempo real, os beacons podem reconhecer hotspots e enviar alertas aos gerentes de eventos sobre locais superlotados e mais propensos a violações de segurança.
4. Entrega de conteúdo – Os participantes podem evitar a longa espera por uma cópia dos slides de apresentação via email. BLE beacons podem reconhecer os participantes em uma sessão e automaticamente entregar slides, e-books e outros colaterais durante ou imediatamente após a sessão.
5. Check-in automático – Os organizadores do evento podem facilmente reunir informações sobre o número de pessoas que comparecem a um evento ou a uma feira e ver os seus perfis em tempo real, configurando balizas para simular os check-ins na entrada do local da conferência. Isto não requer interação manual dos usuários. Se um usuário tiver baixado o aplicativo e ativado o Bluetooth em seu dispositivo móvel, o aplicativo fará o check-in automaticamente assim que o usuário entrar no local.
Um ecossistema maduro já está disponível para o desenvolvimento do BLE. Os desenvolvedores têm acesso a uma ampla gama de chips e módulos que podem acelerar o desenvolvimento de hardware e software de dispositivos habilitados para BLE. Por exemplo, a Cypress oferece seu processador PSoC 4 BLE baseado no núcleo ARM Cortex-M0 que integra front ends analógicos, lógica digital, CapSense, e um rádio Bluetooth LE para uma abordagem de um chip ao BLE. Para OEMs que preferem um módulo totalmente integrado, o módulo Cypress EZ-BLE PRoC é um módulo BLE 10×10×1,8 mm certificado e programável projetado para facilidade de uso e tempo de colocação no mercado reduzido, construído em torno do chip PRoC BLE da Cypress.
For more details on how to design with BLE see:
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- Getting Started with PRoC BLE
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