Como Conseguir Intervalos de mais de 1 Km usando Bluetooth Low Energy

Introdução

Bluetooth Low Energy foi projetado para fornecer reduzido consideravelmente o consumo de energia e custo, mantendo a comunicação intervalos similar ao Bluetooth Clássico. no entanto, já não é esse o caso. Com Bluetooth versão 5.0, um novo modo de” longo alcance ” foi introduzido. Agora você pode alcançar intervalos de mais de 1 quilômetro usando Bluetooth de baixa energia!, O modo de longo alcance não é apenas útil para estender a gama de uma conexão Bluetooth ou descoberta de anúncios, mas também ajuda a alcançar uma comunicação mais robusta em ambientes ruidosos RF e em áreas com muitos obstáculos. Exemplos de aplicações incluem:

• controle Remoto com sistema de identificação por drones
• sensores de Monitoramento implantado em uma área de fazendas
• Fazer as conexões mais robustas em áreas com muitos obstáculos, como em ambientes industriais.,

Agora, você pode estar interessado em aprender mais sobre o modo de longo alcance e implementá-lo em sua própria aplicação, mas você não quer passar pelas 3000 páginas do documento de especificação Bluetooth, a fim de descobrir os passos e configurações necessárias para isso!bem, veio ao lugar certo.

neste post, vou guiá-lo através dos passos necessários para configurar o modo de longo alcance na sua aplicação Bluetooth de baixa energia., Vamos rever todos os detalhes técnicos de fundo do modo de longo alcance, os conceitos mais importantes, em seguida, cobrir os passos necessários para configurar cada um dos dispositivos centrais e periféricos para se comunicar usando o modo de longo alcance.o que é o modo de Longo Alcance (PHY codificada)?,

uma Vez que você terminar de ler este post no blog, você vai entender os conceitos gerais e os passos necessários para implementar intervalos de mais de 1KM em sua CIRCULAÇÃO Periférica e IRRESISTÍVEL Central dispositivos.

Long-Range Mode in Bluetooth Version 5.0

Long-range mode, also known with the technical term Coded PHY, was introduced in Bluetooth 5.,0 e permite que a conectividade Bluetooth se estenda além de 30-100 pés para além de um quilômetro! Para suportar este novo modo, algumas mudanças de hardware foram necessárias. Especificamente, o receptor final nível de sensibilidade exigida era de aumento para o suporte de cada um dos dois modos de Codificado PHY (S=2 e S=8):

A coisa importante a ter em mente é que, ao escolher um Bluetooth LE chipset/módulo Central e Periférico dispositivos, você quer certificar-se de que eles suportam Codificado PHY (não apenas Bluetooth 5.0 ou posterior, uma vez que o suporte de longo alcance modo é opcional por Bluetooth 5.0 especificação).

o que é o modo de longa distância (PHY codificada)?

um novo PHY foi introduzido na versão Bluetooth 5.0 chamado PHY codificado. Os dados brutos ainda são transmitidos à taxa de 1 Mbps., Mas os dados incluem redundância nos dados do usuário que reduz a taxa para 500 Kbps ou 125 Kbps, dependendo da configuração utilizada.

As taxas de dados referenciadas acima incluem sobrecarga de pacotes, cabeçalhos e outros dados, de modo que a taxa de dados efetivos do Usuário é, em última análise, inferior à taxa de dados brutos. Redundância permite que o receptor recupere os dados originais dos erros que ocorrem na transmissão usando algoritmos de correção de erro avançado (FEC) ao invés de aumentar a potência de transmissão. Quanto maior a redundância, maior a probabilidade de recuperação de dados., É por isso que a taxa de PHY é geralmente referida em unidades de Megasimbóis por segundo.

Aqui estão os diferentes PHYs e taxas disponíveis na versão Bluetooth 5.,–> onde cada bit de dados é representado pelo símbolo 1 –> 1 Mbps

E aqui está uma tabela que resume as diferenças:

neste post, vamos focar no PHY codificado e como ele pode ser usado para alcançar intervalos de até 1,5 km linha de visão!,rotocols em 0, 4 e 8dBm Potência de Transmissão de Definições

Detalhes Técnicos

Antes de chegarmos em como podemos criar nossos Bluetooth LE aplicação para utilizar Codificado PHY, vamos passar por cima de alguns detalhes técnicos importantes sobre este modo.,

Codificação

• Há duas opções para a configuração quando utilizar Codificado PHY:
  1. S=2, 2 onde os símbolos representam cada bit de dados –> 500 Kbps a taxa de dados
  2. S=8, onde 8 símbolos representam cada bit de dados –> 125 Kbps taxa de dados
• O termo de Codificação refere-se à adição de redundância para os dados sendo transmitidos. Utiliza a correção de erro avançado (FEC) para permitir que o receptor detecte erros e recupere os dados originais sem a necessidade de retransmitir os dados.,a codificação consiste em dois processos executados nos dados antes da sua transmissão: os dados são codificados pelo codificador convolucional FEC.
• Os dados de saída da etapa anterior são distribuídos por um mapeador padrão.existe um impacto significativo da escolha codificada de PHY no tempo de rádio, no consumo de energia e no ciclo de funcionamento para a programação e coexistência no ar. Por conseguinte, é necessário ponderar cuidadosamente a escolha do PHY codificado e do esquema de codificação específico (S=2 ou S=8)., S = 8 representa o pior cenário, causando quase 8 vezes o tamanho do pacote em comparação com o le 1M PHY.os pacotes de PHY BLE codificados têm um formato diferente do padrão 1m ou 2m PHYs. Vamos dar uma olhada no pacote formato:
  

  

  Notas Importantes Sobre o Formato:

  • O Preâmbulo nunca é codificada, que permite que o pacote seja detectado em qualquer modo (Codificado PHY, 1M PHY, ou 2M PHY) antes de determinar qual o modo utilizado para o restante do pacote de dados.
  • FEC bloco 1 é sempre codificado com S=8
  • FEC bloco 2 é codificado com S=2 ou S=8 (dependendo da configuração).
  • O IC (indicador de codificação) é utilizado para indicar qual o esquema de codificação utilizado no bloco FEC 2 (S=2 ou S=8).,
  • os valores de tempo mostrados indicam quanto tempo leva para transmitir o campo específico dentro do pacote.

  Aqui está uma tabela que mostra o tamanho e a duração de cada um dos campos dentro do pacote (retirado do Bluetooth 5.1 especificação):

  

  A tabela mostra as diferenças entre o uso de S=2 e S=8 para a codificação. Observe como a escolha afeta o tempo de rádio on, o que, por sua vez, afeta o consumo de energia.,

  Estado publicitário

  para dois dispositivos Bluetooth LE se conectarem com sucesso no modo de longo alcance, um dispositivo (o periférico) terá de anunciar no PHY codificado, enquanto o outro (o Central) terá de ser configurado para procurar anúncios no PHY codificado.

  Neste modo, propagandas estendidas são usadas. A forma como isso funciona é através da publicidade nos canais de publicidade primários, onde esses anúncios de canal primário apontam para Anúncios de Canal Secundário que detêm a informação de publicidade necessária para estabelecer uma conexão.,

  compreender os tipos de publicidade apropriados usados no modo PHY codificado é crucial para o desenvolvimento de aplicações BLE que podem funcionar usando o modo de longo alcance. Sem a configuração correta, um dispositivo BLE Central não será capaz de descobrir e/ou conectar a um BLE periférico sobre o PHY codificado.

  Let’s look at the different Advertising types used in Coded PHY:

  

  Isto significa que os pedidos de ligação em Codificados PHY não ocorrer no Primário Anúncio canais, ao invés de eles ocorrerem no Secundário Anúncio canais. Os tipos de PDU utilizados neste caso são os tipos AUX_CONNECT_REQ e AUX_CONNECT_RSP.

  PHY Update Procedure

  Bluetooth fornece a flexibilidade para mudar para usar PHYs diferentes durante uma conexão. PHYs diferentes podem ser usados em cada direção, bem como entre os dois dispositivos conectados., Por exemplo, este procedimento pode ser usado para mudar para usar o PHY codificado depois de dois dispositivos terem conectado usando o PHY padrão 1M permitindo que os dois dispositivos para aumentar a gama em que eles mantêm a conexão.

  O procedimento de atualização do PHY pode ser iniciado pelo mestre ou pelo escravo após a conexão ser estabelecida.,

  Quando o Mestre inicia a conexão:

  • Mestre envia LL_PHY_REQ PDU
  • o Escravo responde com LL_PHY_RSP PDU
  • Mestre em seguida, responde a isso com LL_PHY_IND PDU

  

  Quando o Escravo inicia a conexão:

  • Escravo envia LL_PHY_REQ PDU
  • Mestre em seguida, responde a isso com LL_PHY_IND PDU

  

  O PDU inclui tanto o preferido de transmitir e receber PHYs.,

  Implementation Steps for Coded PHY

  Next, we will go through the steps necessary for implementing Coded PHY on a Bluetooth LE Central and a Bluetooth LE Peripheral. Também vamos rever os tipos de publicidade que permitem estabelecer uma conexão. Finalmente, vamos rever os detalhes de cada passo e focar nas etapas gerais de implementação de acordo com a especificação Bluetooth oficial.

  configuração periférica

  1. configurada para utilizar PHY codificada como PHY configurada para publicidade primária e Secundária.,criado para usar publicidade estendida, que é necessário para o modo PHY codificado.configure a publicidade primária para usar o tipo ADV_EXT_IND (publicidade não direccionada conectável Extendida).
  2. configure a opção do modo de descoberta geral para 1.

  configuração Central

  1. Configure o Central para aceitar e descobrir pacotes publicitários estendidos (uma vez que a publicidade no PHY codificado requer o uso de anúncios estendidos).
  2. Ao iniciar o processo de digitalização / descoberta, certifique-se de que a Central está configurada para digitalizar o PHY codificado.,
  3. certifique-se de que quando um periférico é descoberto, que os parâmetros de conexão são configurados para usar o PHY codificado quando uma conexão é iniciada. Isto garante que quando os dispositivos se conectam, eles continuam usando o PHY codificado em vez de mudar para outro PHY (usando o pedido de atualização PHY).

  com estes passos, a sua aplicação de BLE deve ser capaz de anunciar, descobrir, conectar e transferir dados todos usando o PHY codificado.,

  Próximos Passos: Implementar Codificado PHY para a CIRCULAÇÃO Central e IRRESISTÍVEL Dispositivos Periféricos Nórdicos nRF52840 chipset

  Naturalmente, o próximo passo seria a caminhar através de etapas detalhadas para a implementação e o teste de sua Codificado PHY para a CIRCULAÇÃO Central e IRRESISTÍVEL Dispositivos Periféricos Nórdicos nRF52840 chipset. Se estiver interessado em saber mais sobre como configurar intervalos de mais de 1 km para os seus dispositivos Bluetooth LE periférico e Bluetooth LE Central no chipset nRF52840, verifique a all-new Bluetooth Developer Academy.,

  ao aderir à academia de desenvolvimento Bluetooth, você terá acesso a uma crescente biblioteca de cursos e tutoriais.

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  – Christopher Gates, Diretor de Segurança do Sistema de Arquiteto – Velentium

  Os cursos actuais incluem:

  • O Básico do Bluetooth Low Energy
  • Análise de CIRCULAÇÃO de eventos por meio de uma IRRESISTÍVEL sniffer
  • de Longo alcance (modo Codificado PHY) utilizando o Bluetooth 5.0
  • Desenvolvimento de nRF52 aplicativos usando o Visual Studio Código
  • Sobre o Aparelho de Ar Firmware Atualização OTA (DFU) – nRF52 caso de uso
  • primeiros passos com o Zephyr (incluindo a adição de costume GATT Serviços e Características)
  • O Guia do Desenvolvedor para o que há de novo na Bluetooth 5.,2
  • SweynTooth: um resumo para os desenvolvedores da BLE
  • Introdução à segurança da BLE
  • começando com o desenvolvimento de BlueZ
  • Introdução ao desenvolvimento da BLE para iOS
  • …e mais cursos adicionados a cada mês!

  para uma lista completa de cursos incluídos, confira a biblioteca de cursos aqui:

  Bluetooth Developer Academy Courses Library

  A Academia também possui uma próspera comunidade de especialistas, desenvolvedores e inovadores Bluetooth., Você vai começar a se conectar e interagir com outros especialistas no espaço Bluetooth, aprender com a experiência e conhecimento de outros, e compartilhar o seu.

  também incluído na academia está o acesso ao apoio privado de mim pessoalmente.

  na comunidade, irá encontrar:

  • discussões em torno de novas funcionalidades, como o modo de Longo Alcance (Bluetooth 5.0) e a procura de direcção (Bluetooth 5. 1).
  • discute sobre as capacidades de diferentes sniffers de BLE.comparações de suporte de BLE e restrições em iOS e Android.,várias perguntas técnicas e respostas a estas perguntas.
  • Listagem de ofertas de trabalho relacionadas com Bluetooth.e muitas mais discussões!

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  Resumo

  neste post, nós fomos os passos que você precisa para alcançar intervalos de mais de 1 quilômetro para a comunicação entre dois BLE dispositivos.,

  cobrimos:

  • detalhes técnicos da Codificado PHY incluindo as duas diferentes configurações disponíveis (S=2 e S=8)
  • detalhes Codificados de FÍSICA de pacotes
  • As restrições aplicadas ao usar Codificado PHY
  • A diferentes procedimentos relacionados ao Codificado PHY
  • As etapas necessárias para implementar Codificado PHY para a CIRCULAÇÃO Central e IRRESISTÍVEL dispositivos Periféricos