Cymhariaeth RF Perchnogol a Bluetooth

Mae gan ddylunwyr lawer o ddewisiadau o ran cysylltedd diwifr mewn ceisiadau sy'n amrywio o ddyfeisiau rhyngwyneb dynol (HIDs) i synwyryddion pell ar gyfer Rhyngrwyd pethau (IoT). Un o'r penderfyniadau mwyaf sylfaenol y mae angen eu gwneud, ac un y mae llawer o ddylunwyr yn dal i ymladd â hi, yw a ddylid mynd â rhyngwyneb RF seiliedig ar safonau fel Wi-Fi, Bluetooth, neu ZigBee, neu haen gorfforol RF perchnogol (PHY ) dylunio a phrotocol.

Mae'r rhesymau dros ddewis un dros y llall yn llawer, ond hefyd hefyd y masnachwyr cymharol o ran cost, diogelwch, defnydd pŵer, rhyngweithrededd, amser dylunio, cadernid yn wyneb ymyrraeth, cydfodoli, latency, a gofynion ardystio. Mae llawer o'r tradeoffs hyn yn gydberthynol felly mae'n rhaid i ddylunwyr benderfynu ar y gofynion dylunio yn gyntaf, yna'n well gwneud hynny.

Bydd yr erthygl hon yn trafod y ffactorau i'w hystyried wrth ddewis rhwng rhyngwyneb Bluetooth safonol a phrotocol RF perchnogol. Yna bydd yn cyflwyno modiwl Bluetooth 5, ac yna ateb silicon ar y gellir gweithredu protocol perchnogol, gyda chanllawiau priodol ar gyfer pob un ar sut i godi a rhedeg yn gyflym.


Manteision ac anfanteision RF perchnogol
Mae'r achos dros PHY a phrotocol perchnogol yn gryf os oes angen optimization ar ddyluniad i gyfeiriad diogelwch, pŵer isel, ôl troed bach a pherfformiad.

Mae diogelwch yn hanfodol ar gyfer nifer o geisiadau, o agorwyr drws modurdy i ddyfeisiau IoT. Gyda radios perchnogol, ymdrinnir â hi mewn sawl ffordd. I gychwyn, mae dyluniadau perchnogol yn sicrhau "diogelwch-trwy-ddibynadwy," yn y ffaith bod rhyngwyneb RF nad yw'n hysbys yn anoddach i'w hacio. Mae yna hefyd y duedd i ryngwynebau perchnogol fod yn bwynt-i-bwynt, neu i weithredu mewn systemau caeedig nad ydynt yn cysylltu â rhwydweithiau ehangach, ac felly yn aros yn gudd. Yn olaf, mae dylunwyr rhyngwynebau perchnogol yn rhydd i ddatblygu eu algorithmau amgryptio datblygedig eu hunain neu eu tweak, heb orfod bod yn rhyngweithredol ag algorithmau diogelwch gan weithgynhyrchwyr eraill. Dim ond bod yn wahanol, yn ei hun, yn fantais diogelwch.

Gall dyluniadau radio perchnogol fod yn fanteisiol o ran sicrhau cysylltiad cadarn yn wyneb ymyrraeth o rwydweithiau Wi-Fi, popty microdon, ffonau diwifr a rhwydweithiau diwifr pŵer isel eraill. Heb fod yn gysylltiedig â safon, mae gan ddylunwyr yr hyblygrwydd i wneud defnydd gwell o'r sbectrwm gan ddefnyddio technegau megis sbectrwm lledaeniad dilyniant uniongyrchol (DSSS) a sbectrwm lledaenu amlder (FHSS). Yn ogystal, gallant fabwysiadu eu cynllun codio dewisol eu hunain yn seiliedig ar eu cyllideb ddolen ddisgwyliedig i gael trwybwn uwch neu ddefnyddio llai o bŵer.

Mae'r hyblygrwydd hwn hefyd yn berthnasol i'r strwythur pecyn data. Heb y gorbenion pecyn sydd ei angen i sicrhau rhyngweithrededd â dyfeisiau diwifr sy'n seiliedig ar safonau, gellir symleiddio'r strwythur pecyn yn ôl anghenion y cais.

O safbwynt dylunio caledwedd, gofynion perfformiad a sicrwydd a ddeellir yn dda na fydd y gofynion hynny yn newid yn ddiweddarach, yn caniatáu i ddylunwyr rhyngwyneb RF perchnogol gael eu optimeiddio ar gyfer gofod, pŵer a pherfformiad. Gallant wneud hynny eto gan gynnwys dim ond y swyddogaethau hynny sydd eu hangen i ddiwallu anghenion y cais.

Er bod gan RF perchnogol lawer o fanteision, mae yna nifer o ffactorau y mae'n rhaid eu hystyried. Y cyntaf yw cost: i gyfiawnhau cost peirianneg anarferol (NRE) dyluniad RF IC arferol a meddalwedd gysylltiedig, yn enwedig ar gyfer dyfeisiau cost isel, dylai'r gyfrol ddisgwyliedig fod> 100,000.

Yn gyflym â chost yw'r amser dylunio, yn enwedig o ystyried vagaries dylunio RF a'r prinder arbenigedd RF sydd wedi'i dogfennu'n dda, yn ogystal â'r amser a gymerir i ddatblygu'r firmware a'r feddalwedd sydd ei angen ar gyfer dyluniad llwyddiannus.

Bluetooth a fabwysiadwyd yn eang, bob amser yn addasu
Ar y eithafol arall yw Bluetooth. Dyluniwyd yn wreiddiol fel dechnoleg newydd cebl pwynt-i-bwynt syml ar gyfer HIDs a dyfeisiau eraill a oedd yn ymgysylltu â defnyddwyr, yn fuan daeth yn ddatrysiad cysylltiedig â sain di-wifr a dyfais-i-ddyfais. Gan fanteisio ar reolaeth dynn gan Grŵp Diddordeb Arbennig Bluetooth (SIG), mae Bluetooth yn ddeall yn dda a gall dylunwyr fod yn hyderus y bydd eu dyfeisiau'n cysylltu ac yn rhyngweithredol â dyfeisiau eraill Bluetooth sy'n galluogi, waeth beth fo'r ffynhonnell caledwedd.

Mae dyfeisiau mabwysiadu eang a rhyngweithiol wedi arwain at lawer o galedwedd a meddalwedd, gan ddod ag ef yn is cost ac amser cyflym i farchnata ar gyfer dyluniad sydd angen rhyngwyneb di-wifr. Yn ogystal, mae Bluetooth wedi esblygu dros y blynyddoedd.

Mae bob amser wedi gweithredu yn y band diwydiannol, gwyddonol a meddygol (ISM) 2.4 GHz, gan ddechrau gyda modiwliad GFSK o'i gludwyr saithn naw na 1 MHz, gan roi trwybwn o 1 Mbit / s. Gelwir hyn yn Gyfradd Sylfaenol Bluetooth (BR). Mae ei gynllun amgodio FHSS addasol yn caniatáu iddi barhau i fod yn gadarn yn wyneb ymyrraeth, hyd yn oed wrth i'r IoT ddod â dyfeisiau cysylltiedig di-wifr. I gyrraedd cyfraddau data uwch, mae Bluetooth 2.0 + Cyfradd Data Well (EDR) yn defnyddio π / 4-DQPSK (addasiad sifft symudiad cwadratif gwahaniaethol) a modiwleiddio 8DPSK, i gyrraedd cyfraddau 2 a 3 Mbits / s, yn y drefn honno.

Er bod Bluetooth wedi'i reoli'n dynn gan y SIG, mae angen i ddylunwyr astudio'n agos y newidiadau a ddaeth yn sgil cyflwyno Manyleb Craidd 4.0 Bluetooth yn 2010. Cyflwynodd hyn ynni isel Bluetooth (BLE), a oedd gynt yn cael ei farchnata fel Bluetooth Smart. Nid yw BLE yn ôl yn gydnaws â Bluetooth Classic, felly mae angen i ddylunwyr fod yn ofalus yma.

Prif nod BLE yw pŵer isel. Mae'n cyflawni hyn trwy symud o ymagwedd cysylltiedig â Bluetooth Classic, lle mae dyfeisiau bob amser yn gysylltiedig, ag ymagwedd heb gysylltiad lle maen nhw'n cysylltu yn unig pan fydd angen iddyn nhw am gyfnodau byr. Mae'r ceisiadau yn wearables fel gwylio gwylio a synwyryddion ar gyfer yr IoT.

Mae'r fersiwn ddiweddaraf, Bluetooth 5, yn dyblu'r gyfradd ddata BLE i 2 Mbits / s o 1 Mbit / s, ac yn cynyddu'r ystod o gysylltiad 128 kbit / s gan 4x hyd at 50 m trwy ddefnyddio cywiro camgymeriad ymlaen llaw cryfach (FEC) . Mae'r gyfradd ddata uwch yn caniatáu trosglwyddo mwy o becynnau ar gyfer slot amser penodol, felly mae'r defnydd o bŵer yn cael ei leihau gan y gall y ddyfais aros mewn modd pŵer isel neu segur am gyfnodau estynedig.

Mae'r ystod hwy yn rhoi mwy o hyblygrwydd i ddylunwyr gyfradd data gwahardd am bellter ar gyfer unrhyw ddyfais Bluetooth, gan gynnwys Beacon. Dyfeisiau BLE sy'n cael eu gyrru gan batri sy'n cael eu dynodi i ddyfeisiau symudol cyfagos yw beacons, felly gall y dyfeisiau hynny berfformio rhai camau gweithredu wrth ymyl y ddaear. Yn boblogaidd gyda hysbysebwyr, maent hefyd yn galluogi olrhain manwl dan do ac awyr agored.

Fodd bynnag, mae'r SIG wedi gweithredu tweak diddorol arall y gall dylunwyr rhyngwyneb RF perchnogol ei wneud hefyd: fe wnaethon nhw ostwng y gymhareb llwythi i dâl, sy'n gofyn am lai o drosglwyddiadau i anfon swm penodol o ddata "go iawn" i leihau'r defnydd o bŵer ymhellach.

Mae'r hyn a ddechreuodd fel dechnoleg syml i ailosod ceblau wedi bod yn rhywbeth llawer mwy defnyddiol. O ganlyniad, mae dylunwyr bellach yn fwy addas i chwilio am ateb Bluetooth hawdd ac yn gyflym yn hytrach na mynd trwy gostau a chost dylunio eu rhyngwyneb RF eu hunain.


Mynd i fyny a rhedeg ar Bluetooth
Mae'r rheswm hwn i ddewis rhyngwyneb Bluetooth yn golygu bod angen bod ffenestri amser-i-farchnad yn golygu bod cyllidebau cul a dyluniad yn lleihau. Yn ffodus, ar gyfer llawer o ddyluniadau mae digon o le i gynnwys modiwl Bluetooth oddi ar y silff, a fydd yn caniatáu i'r tîm dylunio ffocysu ar eu cais terfynol a'u gwahaniaethu.


Manylyn peryglus yn erbyn Bluetooth melys
Rhwng dyluniad radio perchnogol arferol llawn a Bluetooth safonol, mae opsiwn arall: transceiver radio oddi ar y silff y gall dylunwyr ddatblygu eu protocol a'u cynlluniau codio eu hunain, neu fabwysiadu fersiynau oddi ar y silff megis Ant, Thread, neu ZigBee. Gyda chost syrthio silicon sydd ar gael ac ystod eang o gefnogaeth meddalwedd, efallai mai dyma'r "llecyn melys" ar gyfer dylunwyr sy'n chwilio am wahaniaethu, rhywfaint o lledred i'w optimeiddio, a'r opsiwn i wella diogelwch, tra'n cadw costau i leiafswm a dyluniad amserlenni yn gyfan.


Casgliad
Mae yna lawer o resymau i ddewis naill ai llwybr dylunio RF perchennog llawn neu radio Bluetooth safonol. Mae gan bob un o'i le o ran bodloni'r gofynion dylunio a chymhwyso o ran cost, amser, perfformiad, maint, diogelwch a llawer o ffactorau eraill. Fodd bynnag, ar gyfer dylunwyr sydd am gael llawer o fuddion a chostau arbed amser silicon oddi ar y silff, yn ogystal â'r hyblygrwydd i ychwanegu rhywfaint o wahaniaethu perchnogol, mae gwerthwyr bellach yn darparu llwyfannau caledwedd cadarn i adeiladu arnynt.

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon