Quando falamos sobre Bluetooth, freqüentemente ouvimos palavras como BLE, Beacon, iBeacon, Eddytstone, etc. Quais são as conexões e diferenças entre eles? A seguir está uma explicação detalhada da tecnologia Bluetooth envolvida em termos técnicos e aplicativos comuns do Bluetooth.

1. Explicação dos termos técnicos do Bluetooth

Baliza: O Beacon é baseado em detecção de proximidade de baixa energia por Bluetooth, transmitindo um identificador universalmente exclusivo captado por um aplicativo ou sistema operacional compatível.

2. A Origem e Classificação de BLE

A especificação original foi desenvolvida pela Nokia em 2006 com o nome de Wibree. A empresa desenvolveu uma tecnologia sem fio adaptada do padrão Bluetooth que proporcionaria menor consumo de energia e custo, ao mesmo tempo que minimizaria suas diferenças em relação à tecnologia Bluetooth. Os resultados foram publicados em 2004 usando o nome Bluetooth Low End Extension. Wibree é uma nova tecnologia de radiofrequência que pode funcionar junto com o Bluetooth, mas usando apenas uma fração da energia. A tecnologia foi comercializada como Bluetooth Smart e a integração na versão 4.0 da Core Specification foi concluída no início de 2010.

1) Dispositivos bluetooth - Dispositivos pré-4.0 - Bluetooth BR / EDR (Bluetooth clássico).

Um dispositivo Bluetooth Classic é capaz de se comunicar com outros dispositivos Bluetooth Classic e dispositivos Bluetooth Smart Ready. Como conexões de telefone sem fio, fones de ouvido sem fio e alto-falantes sem fio, etc. SPP (Perfil de porta serial) é um perfil Bluetooth clássico, SPP define os requisitos para dispositivos Bluetooth necessários para configurar conexões de cabo serial emulado usando RFCOMM entre dois dispositivos de mesmo nível.

2) Bluetooth Smart dispositivos - Basicamente, dispositivos Bluetooth de baixa energia, como periféricos (pense em monitores cardíacos, equipamentos de ginástica, etc.).

Um dispositivo Bluetooth Smart só pode se comunicar com dispositivos Bluetooth Smart e Bluetooth Smart Ready. É um protocolo que permite a operação de longo prazo de dispositivos Bluetooth na transmissão de dados de baixo volume. O BLE permite fatores de forma menores, melhor otimização de energia e células de energia que duram anos com uma única carga.

3) Dispositivos Bluetooth Smart Ready - Basicamente, dispositivos que podem suportar Bluetooth de baixa energia e Bluetooth BR / EDR (Bluetooth clássico).

Bluetooth de baixa energia a tecnologia opera na mesma faixa de espectro (a banda ISM de 2,400 – 2,4835 GHz) que a tecnologia Bluetooth clássica, mas usa um conjunto diferente de canais. Em vez dos clássicos Bluetooth setenta e nove canais de 1 MHz, o Bluetooth Low Energy possui quarenta canais de 2 MHz. BLE não é adequado para comunicar grandes quantidades de dados e geralmente é usado para descobrir dispositivos e fazer algumas comunicações simples.

BLE e Bluetooth clássico pode cobrir um alcance de até 100 m. Comparado com o Bluetooth clássico, a maior vantagem do BLE é o consumo de energia. O consumo de energia do BLE é 90% menor do que o do Bluetooth Clássico, enquanto a distância de transmissão é aumentada, e a segurança e estabilidade também são aprimoradas. BLE suporta Criptografia AES e Verificação CRC , que garante a segurança da comunicação entre os dispositivos conectados.

Beacon, como uma tecnologia de posicionamento baseada no protocolo Bluetooth 4.0, tem atraído cada vez mais a atenção do mercado de posicionamento interno. Com o desenvolvimento da informatização da Internet das Coisas e o acúmulo contínuo de requisitos de coleta e processamento de big data, a tecnologia Beacon de baixo custo e baixo consumo se tornou o foco das aplicações de posicionamento interno. Suas características podem promover a rápida implementação do sistema de posicionamento interno IoT.

1) Sem emparelhamento

2) Receber informações em segundo plano

O envio de informações do Beacon requer um APP. No entanto, não precisamos abrir o APP quando usamos a função de posicionamento interno para receber sinais de Beacon. O APP correspondente só precisa ser aberto ao exibir o serviço de envio de informações do Beacon.

3) Sem função de transmissão de dados.

A estação base do dispositivo Beacon apenas envia as informações necessárias na forma de dados de transmissão e usa o modo Bluetooth não conectável.

Se o APP deseja executar e transmitir dados para se comunicar com o servidor para obter funções personalizadas e obter dados específicos, outros métodos de comunicação de dados precisam ser ativados, como Wi-Fi, 4G, etc.

Além disso, o posicionamento do Beacon não precisa usar a rede, o que significa que a rede não passa pelo servidor. O algoritmo de posicionamento Beacon pode ser implementado localmente, e o próprio dispositivo completa o posicionamento sem fazer cálculos por meio do servidor online. A premissa é que os dados do mapa sejam inicializados e gravados no dispositivo local com antecedência.

4. A diferença entre iBeacon e Eddystone

1) iBeacon

A tecnologia iBeacon é uma tecnologia de microposicionamento precisa baseada em Bluetooth 4.0 lançada pela Apple na WWDC em 2013. A tecnologia subjacente usa BLE. É compatível com o iPhone 4S.

Quando o smartphone está perto de um Beacon, o smartphone pode receber o sinal do Beacon. E o alcance de recepção do sinal pode chegar a 50 m.

A Apple colocou interfaces relacionadas ao iBeacon em CoreLocation.framework. O Google oferece suporte ao recurso no Android 4.3 e versões posteriores. Os desenvolvedores podem usar a tecnologia iBeacon, desde que atendam aos padrões técnicos do iBeacon. Uma certa limitação é que o formato do protocolo não pode ser modificado.

2) Eddystone

Eddystone é um beacon Bluetooth LE de plataforma cruzada lançado pelo Google em 15 de julho de 2015. Ele é usado principalmente para enviar vários impulsos de informações para as pessoas em público.

Como o Google o considera um projeto de código aberto, eles não usam o nome da empresa para nomear o projeto de código aberto. Por exemplo, o sistema operacional Android não usa o nome da empresa Google. O público não precisa saber de qual empresa é Eddystone. Apenas o OEM que fez o beacon e o desenvolvedor do aplicativo correspondente sabem.

5. Como usar BLE para dispositivos Beacon

Agora, sabemos o que BLE, Beacon, iBeacon, Eddytstone estão. Vamos dar uma olhada em como implementar funções baseadas na tecnologia BLE para dispositivos de beacon.

A função dos dispositivos BLE muda nos modos ponto a ponto (ou seja, Unicast) ou de transmissão. As funções comuns são as seguintes.

Vamos entender como funciona a conexão BLE completa.

1) A análise do processo de varredura e conexão de publicidade BLE

Um periférico ou emissora sempre começa anunciando antes de aceitar uma conexão. Na verdade, os pacotes de anúncios são a única maneira que permite que uma central ou scanner descubra um periférico ou transmissor. O escravo enviará um pacote de anúncios a cada certo intervalo de tempo. O intervalo é entre 20 ms e 10,24 s, que é chamado de intervalo de transmissão . A nova transmissão interna afetará o tempo de conexão para a próxima inicialização.

O mestre deve receber o pacote de transmissão antes de enviar a solicitação de conexão. O escravo monitora apenas a solicitação de conexão do mestre por um período de tempo após enviar um pacote de broadcast. Um pacote de broadcast pode transportar um certo número de bytes de dados [BLE4.2: 31 byte; BLE5.0: 251 byte (pacote estendido)]. Geralmente contém o nome do usuário, informações do dispositivo, logotipo conectável, etc. Os tipos de transmissão podem ser divididos em quatro tipos:

Quando o mestre recebe um pacote de broadcast, ele enviará uma solicitação de varredura para obter mais dados de broadcast, e a premissa é que o scanner ativo foi configurado. Em seguida, o escravo responde à solicitação de varredura enviando uma resposta de varredura, que pode conter 31 bytes de dados adicionais.

Transmissão, solicitação de varredura e resposta, eles usam três bandas de frequência 2.4G diferentes para evitar interferência de WLAN.

A varredura é usada pelo mestre para monitorar pacotes de transmissão e enviar solicitações de varredura. Há dois parâmetros de tempo que precisam ser observados: "Janela de varredura" (a duração de uma varredura) e "Intervalo de varredura" (o tempo total de uma varredura, incluindo o tempo em que a varredura é interrompida e quando o a varredura está em andamento). Para cada intervalo de varredura, o tempo de varredura mestre é igual à "janela de varredura". Ou seja, se a "janela de varredura" for igual ao "intervalo de varredura", significa que o mestre está escaneando continuamente. Portanto, o ciclo de trabalho da varredura mestre é o tempo da "janela de varredura" dividido pelo tempo do "intervalo de varredura" e, a seguir, multiplicado por 100%.

Quando o mestre deseja entrar na conexão, ele passará pelo mesmo processo de varredura de pacotes de transmissão. Quando a conexão é iniciada e o mestre recebe um pacote de broadcast, o mestre enviará uma solicitação de conexão ao escravo.

As funções do mestre e do escravo são definidas de acordo com a primeira troca de dados na conexão. Ao conectar, o mestre irá solicitar os dados de acordo com o “intervalo” definido pelo escravo. O intervalo de tempo é denominado "intervalo de conexão". E é usado para conexão mestre. No entanto, o escravo pode enviar solicitações de atualização de parâmetro de conexão ao mestre.

De acordo com a Especificação do Bluetooth Core, o intervalo deve ser entre 7,5 ms e 4 s. Se o escravo não responder ao pacote do mestre dentro do intervalo de tempo, isso é chamado de tempo limite de supervisão de conexão e a conexão é considerada perdida. É possível obter mais rendimento de dados transmitindo vários pacotes em cada intervalo de conexão, e cada pacote pode enviar até 20 bytes. No entanto, se o consumo de energia atual precisar ser controlado e o escravo não tiver dados para enviar, um certo número de intervalos pode ser ignorado. Os intervalos que são ignorados são chamados de "latência do escravo". Em uma conexão, o dispositivo irá saltar na banda de frequência através de todos os canais.

2) Como usar o Beacon

O dispositivo Beacon usa apenas o canal de transmissão, portanto, não há etapas de conexão relacionadas a BLE. Como o significado literal de beacon, este dispositivo envia pacotes de dados em um determinado intervalo de tempo, e os dados enviados podem ser obtidos por um dispositivo mestre, como um telefone móvel.

6. Introdução ao uso da tecnologia iBeacon

A seguir, principalmente, apresenta como usar o iBeacon.

1) Propriedades do iBeacon

O iBeacon é essencialmente uma informação de localização, então a Apple integrou a função iBeacon no Core Location. Existem três atributos para identificar um iBeacon: ProximityUUID, maior e menor.

a) ProximityUUID é um NSUUID, usado para identificar a empresa. O iBeacon utilizado por cada empresa e organização deve ter o mesmo UUID de proximidade, também conhecido como UUID.

b) Principal é usado para identificar um grupo de beacons relacionados. Por exemplo, no aplicativo de uma rede de supermercados, o balizador de cada filial deve ter o mesmo principal. A função do principal é semelhante ao agrupamento para melhor gerenciar um grande número de dispositivos Beacon.

c) Menor é usado para distinguir um farol específico. É o gerenciamento de número de dispositivos Beacon no mesmo grupo. Por exemplo, em uma rede de supermercados, produtos diferentes em uma determinada prateleira podem ser diferenciados.

Se esses atributos não forem especificados, eles serão ignorados quando o dispositivo for correspondido. Por exemplo, CLBeaconRegion, que especifica apenas a probabilidadeUUID, pode corresponder a todos os dispositivos de beacon de uma empresa.

2) formato de quadro iBeacon

A seguir está o formato de quadro de pacote de transmissão iBeacon. Sabemos que o formato do quadro é composto de parâmetros como comprimento de transmissão, tipo, ID da empresa, tipo de iBeacon, comprimento de iBeacon, UUID, Principal, Menor e potência TX.

O ID da empresa deve exibir o logotipo da empresa. Por exemplo, o UUID de 16 bits que as seguintes empresas aplicam ao Bluetooth SIG: Baidu (0xFDC2, 0xFDC3), Xiaomi (0xFDAB, 0xFDAA, 0xFE95), Alibaba (0xFE3C), Nordic (0xFE59, 0xFE58).

7. Introdução ao uso da tecnologia Eddystone

O que se segue apresenta principalmente como usar o Eddystone.

1) Propriedades de Eddystone

Eddystone não só oferece suporte a código aberto, mas também a vários frameworks. O iBeacon da Apple e o Google “The Physical Web” eram compatíveis apenas com uma estrutura antes.

Eddystone é compatível com vários frameworks e diferentes fornecedores de beacons vendem beacons para diferentes fins. Isso significa que os telefones iOS e Android podem receber o sinal Google Eddystone Beacon. Esta é uma notícia muito boa para os comerciantes que precisam enviar informações sobre a loja. Isso também significa que todos os telefones celulares podem receber mensagens push em vez de serem restringidos pelo sistema iOS, como o iBeacon.

As estruturas múltiplas da Eddystone contêm dados em quatro formatos: UID, URL, TLM e EID.

O UID da Eddystone foi originalmente concebido para ser compatível com o iBeacon UUID. Ele quebra a limitação de apenas iBeacon UUID, UID pode ser definido livremente pelos comerciantes. O aplicativo pode escolher aceitar apenas mensagens deste UID. Com um UID exclusivo, o aplicativo do comerciante também pode determinar onde o usuário está no mundo e enviar informações relevantes, como cupons, conexões Wi-Fi e assim por diante.

URL link é obviamente mais amplamente usado e mais simples do que UID. Existem navegadores em qualquer telefone celular e eles podem abrir o URL. Nessa transmissão única, o usuário não deseja baixar o aplicativo para receber as informações de push, e a URL é, sem dúvida, a melhor escolha.

o TLM A estrutura de telemetria remota é útil para empresas que precisam controlar um grande número de beacons. A maioria dos beacons são alimentados por bateria e precisam ser substituídos ou recarregados após um período de tempo. A estrutura de dados de telemetria permite que o farol envie seu próprio status, como informações de energia, para a equipe ao redor, de modo que a equipe possa ser direcionada para manutenção e substituição.

EID é uma estrutura de segurança. É um farol que permite apenas que usuários autorizados leiam as informações. Por exemplo, em uma empresa, beacons são colocados no saguão para serem transmitidos a todos os clientes e visitantes. No entanto, a empresa também possui informações que deseja divulgar apenas aos funcionários. Obviamente, eles não querem que essas informações sejam vistas pelos clientes e visitantes.

2) Formato do quadro Eddystone

Eddystone não usa o campo de dados do fabricante, mas coloca o valor 0xFEAA no campo UUID de serviço de 16 bits completo e usa o campo de dados de serviço associado para conter as informações do Beacon. Aqui estão os detalhes completos.