ОИВ лекция 6 (ЭУ) (2)
.pdf
ОСНОВЫ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
ЛЕКЦИЯ 6. УСТРОЙСТВА И СЕРВИСЫ
BLUETOOTH LOW ENERGY (BLE)
Лектор: М.С. Степанов к.т.н., доцент кафедры ССиСК mihstep@yandex.ru
Москва, 2022
ТИПЫ УСТРОЙСТВ
BLUETOOTH LOW ENERGY
Передатчик |
Периферийное |
Наблюдатель |
Центральное |
|
устройство |
|
устройство |
Не нужен |
Нужны приемник |
Не нужен |
Нужны |
приемник |
и передатчик |
передатчик |
приемника и |
|
|
|
передатчик |
Нет |
Поддержка |
Нет |
Поддержка |
двунаправленного |
двунаправленного |
двунаправленного |
двунаправленног |
обмена данными |
обмена данными |
обмена данными |
о обмена |
|
|
|
данными |
Упрощенная схема, |
Требует полного |
Упрощенная схема, |
Требует полного |
уменьшенный |
программного |
уменьшенный |
программного |
размер |
стека BLE |
размер |
стека BLE |
программного |
|
программного |
|
стека BLE |
|
стека BLE |
|
ТИПЫ УСТРОЙСТВ
Передатчик - устройство, которое также рассылает широковещательные пакеты, но не разрешает другим устройствам устанавливать с ним соединение.
Пример: маячки
Периферийное устройство – устройство, которое рассылает широковещательные пакеты и принимает запросы на соединение от
центральных устройств. Пример: термометр, монитор сердечного ритма.
Наблюдатель – устройство, которое сканирует эфир в поисках широковещательных сообщений, но не может устанавливать соединения. Пример: удаленный дисплей, который получает температурные данные и выдает их на экран или следит за электронными метками.
Центральное устройство – устройство, которое обнаруживает периферийные устройства и считывает передаваемую ими информацию. Пример: смартфон, компьютер, планшет
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ
•Центральное устройство осуществляет основную работу по управлению соединениями и обработке информации. Тем самым, к вычислительной мощности и энергопотреблению периферийных устройств предъявляются более низкие требования.
•Центральное устройство чаще всего имеет перезаряжаемый аккумулятор большой емкости.
•Центральное устройство может быть подключено к нескольким периферийным одновременно. Пример: смартфон, подключенный к умным часам, термостату умного дома и фитнес-трекеру одновременно.
•Допускается поддержка устройством Bluetooth LE центральной и периферийной роли одновременно приносит заметную пользу. Пример: устройство может контролировать несколько датчиков (периферийных устройств) и в то же время иметь возможность передавать данные с этих датчиков на смартфон, обеспечивая доступ к ним из интерфейса мобильного приложения.
4
ОБЩИЙ ПРОФИЛЬ ДОСТУПА
GENERIC ATTRIBUTE PROFILE (GAP)
Общий профиль доступа предоставляет структуру, который определяет способы взаимодействия устройств в сети Bluetooth LE. В него входят:
•Режимы и роли устройств;
•Обнаружение устройств: рассылка пакетов адвертайзинга, сканирование, параметры рассылки и сканирования, содержимое пакетов;
•Установка соединения: инициация, подтверждение, параметры соединения;
•Обеспечение безопасности
Согласно официальной спецификации Bluetooth, реализация данной структуру является обязательной и позволяет устройствам Bluetooth LE обмениваться данными и взаимодействовать друг с 5 другом.
ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНАЯ РАССЫЛКА (РЕКЛАМА)
•В состоянии Реклама (Advertising) устройство через определенные интервалы времени (рекламные интервалы) рассылает пакеты, содержащие полезную информацию для других устройств, чтобы они приняли и обработали её.
•Bluetooth LE использует частотный диапазон 2.400 - 2.4835 ГГц, который делится на 40 каналов по 2 МГц каждый. Три канала называются первичными широковещательными каналами, 37 - вторичными широковещательными каналами, которые используется для передачи данных во время соединения.
Первичный широковещательный канал Вторичный широковещательный канал
Канал
Диапазон частот
2402 МГц – 2480 МГц
ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНАЯ РАССЫЛКА (РЕКЛАМА)
Широковещательные каналы разнесены по спектру, чтобы избежать перекрестных помех между устройствами, которые вещают на разных каналах. Также, это помогает исключить влияние от наиболее часто используемых каналов Wi-Fi (так как обе технологии работают в одном частотном диапазоне 2,4 ГГц).
Широковещательная рассылка осуществляется по трем первичным каналам (всем сразу или некоторым). Таким образом, центральное устройство находит периферийные устройства. Далее, может запуститься процесс подключения.
Длина первичного широковещательного пакета имеет ограничение в 31 байт. Длина вторичного широковещательного пакета ограничена 245 байтами. Если в основной пакет не поместились какие-то данные, они могут быть переданы в процессе сканирования (запрос/ответ)
Когда периферийное устройство находится в состоянии широковещательной |
7 |
рассылки, оно не может получать сообщения от центрального устройства |
|
РЕКЛАМНЫЙ ИНТЕРВАЛ
•Значение рекламного интервала может дискретно изменяться в пределах от 20
миллисекунд до 10.24 секунд, с шагом в 625 микросекунд.
•От выбранной величины рекламного интервала зависит продолжительность работы от батареи.
•Рекомендуется выбирать наибольший рекламный интервал, при котором соблюдается оптимальный баланс между скоростью обнаружения и энергопотреблением.
8
АКТИВНОЕ И ПАССИВНОЕ СКАНИРОВАНИЕ
Пассивное сканирование |
Активное сканирование |
Реклама
Устройство, которое принимает широковещательные пакеты, и не посылает запросов на сканирование, находится в режиме пассивного сканирования.
Реклама
Сканированиезапрос
Сканированиеответ
Устройство, которое прослушивает широковещательные каналы на предмет рекламных пакетов, а затем посылает запросы сканирования, находится в режиме активного сканирования,
СХЕМА СЕТИ BLUETOOTH MESH
10