Компания Bluetooth SIG недавно выпустила базовую спецификацию Bluetooth 5.4. Одним из основных улучшений спецификации Bluetooth 5.4 является реализация двусторонней связи без установления соединения между одной точкой доступа и тысячами терминальных узлов. Эта функция в основном предназначена для электронных полок. рынок этикеток (электронные полочные этикетки, ESL).
Электронная полочная этикетка представляет собой электронное устройство отображения ценников с функцией отправки и получения информации. Оно состоит из экрана дисплея (чернильного экрана), коммуникационного модуля и прикладных аксессуаров. Помимо отображения основной информации о товаре и цены, оно также может отображать штрих-коды или. QR-коды или даже картинки. Одной из его самых важных и важных особенностей является «низкое энергопотребление и долговечность», благодаря которым срок службы батареи обычно может достигать нескольких месяцев или даже лет.
Спецификация Bluetooth 5.4 представляет новую логическую передачу «Периодическая реклама с ответами (PAwR)», которая может поддерживать двустороннюю передачу данных приложений без установления соединения. Благодаря поддержке этой технологии оборудованию ESL не нужно часто переключать режимы приема, что позволяет значительно продлить срок службы батареи. В то же время режим передачи данных на основе PAwR обеспечивает корреляцию между оборудованием передачи данных и оборудованием мониторинга, тем самым сокращая время работы. Энергетические потери Реализовать возможность устройства ESL получать данные и отвечать отправителю.
Кроме того, спецификация профиля электронной этикетки включает схему адресации, а также ряд команд и параметров, которые точка доступа может передавать на одно или несколько устройств ESL в одном пакете, отправленном во время подсобытия PAwR. В сети устройств ESL может быть 128 групп, и каждая группа имеет числовой идентификатор. Аналогично, каждая группа может иметь максимум 255 устройств ESL, и каждое устройство также имеет числовой идентификатор. Во всей сети уникальный адрес одного ESL представляет собой комбинацию идентификатора группы и идентификатора ESL. Таким образом, это означает, что сеть ESL, основанная на новом стандарте, может содержать до 32 640 электронных ценников, и каждая этикетка может быть. доступ из одной точки доступа. Возьмите под свой контроль.
Новые функции Bluetooth 5.4 в основном включают следующие четыре аспекта:
В этой статье мы в основном представляем функцию PAwR, которая также является наиболее важной функцией Bluetooth 5.4.
Базовая спецификация Bluetooth определяет несколько концепций, составляющих архитектуру Bluetooth. Эти понятия включают физическую передачу, физический канал, физическое соединение, логическое соединение, логическую передачу и т. д. Bluetooth BLE поддерживает некоторые методы связи без установления соединения, состоящие из вещателя и одного или нескольких наблюдателей. Широковещательные данные, отправляемые телевещательной компанией, могут осуществляться через фиксированные или нерегулярные интервалы.
BLE имеет два метода сканирования: активное сканирование и пассивное сканирование. Пассивное сканирование означает, что получатель сканирует только широковещательные пакеты и не отправляет ответные пакеты. При активном сканировании после того, как приемник получит сканируемый широковещательный пакет, он ответит пакетом PDU запроса сканирования, чтобы попросить вещательную станцию отправить дополнительную широковещательную информацию. После его получения вещательная компания продолжит транслировать данные ответа на сканирование.
Режимы вещания ble делятся на следующие типы в зависимости от поддерживаемых функций:
Традиционные широковещательные данные BLE передаются поочередно по трем каналам вещания. В широковещательной передаче BLE имеется параметр интервала трансляции advInterval, но во избежание конфликта с другими устройствами широковещательной передачи с таким же интервалом широковещательной передачи в широковещательную рассылку вводится параметр advDelay. Этот параметр представляет собой случайное значение в диапазоне 0–10 мс. После каждой широковещательной передачи данных. , будет задерживать advDelay на основе интервала трансляции advInterval, как показано ниже:
Это действительно позволяет избежать некоторых конфликтов трансляции, но случайная задержка после каждой трансляции также не позволяет наблюдателю точно узнать время следующей трансляции, поэтому наблюдателю приходится все время сканировать, что приводит к высокому энергопотреблению. И хотя традиционный широковещательный пакет BLE может содержать некоторые данные приложения, пакет запроса сканирования, отправленный сканером, не содержит никакой информации о данных приложения, а это означает, что передача данных приложения между вещательной компанией и сканером является односторонней.
Расширенное вещание также делится на два режима, один – нерегулярный, то есть интервал вещания не фиксирован. Другой — обычный режим вещания.
Периодическая рекламная трансляция (PADVB) — это обычный расширенный режим трансляции, в котором используется фиксированный график трансляции.
Нерегулярная расширенная трансляцияипериодическое вещаниеPADVB использует 3индивидуальных канала вещания и 37и канал связи для отправки данных.
Нерегулярная расширенная трансляцияи Традиционное существование радио в некоторых отношениях похоже из,потому что Нерегулярная расширенная Некоторые виды трансляции осуществляются только на основном канале вещания, существующем в настоящее время. Их неравномерность также в основном обусловлена 0 после каждой трансляции. - 10msизadvDelayзначение приводит киз。Нерегулярная расширенная трансляцияи Традиционные различия в вещании существуют по конкретным типам изPDUизиспользовать. Хотя некоторые типы PDU передаются по основному широковещательному каналу, PDU может быть AuxPtr. Указывает на дополнительный канал вещания. Длинные пакеты можно передавать пакетами, а затем объединять или связывать через AuxPtr. Как показано ниже:
Периодическая реклама (PADVB) отправляет широковещательные данные путем передачи пакетов данных с фиксированным интервалом и определенным расписанием. Сканирующее устройство может обнаружить расписание передачи вещательной компании, а затем синхронизировать свое собственное время сканирования. Эту операцию можно выполнить путем запроса PDU AUX_ADV_IND. это можно сделать с помощью информации в поле SyncInfo или с помощью операции, называемой периодической передачей синхронизации рекламы (PAST).
PAST относится к устройству, передающему наблюдателям периодические значения параметров широковещательной синхронизации путем установления соединения GATT. Лицом, передающим эту информацию, может быть сам вещатель или стороннее устройство. Стороннее устройство получает значение параметра синхронизации вещания путем сканирования PDU AUX_ADV_IND вещателя, а затем синхронизирует его со сканером. Этот метод позволяет избежать непрерывного сканирования сканером и более удобен для сканирования устройств с высокими требованиями к энергопотреблению.
Благодаря точной синхронизации расписаний вещания вещательных компаний сканеры могут сканировать передачи наиболее энергоэффективным способом.
Периодические трансляции отправляются с использованием 40 каналов BLE. Сначала PDU ADV_EXT_IND передается по основному широковещательному каналу. Он содержит поле AuxPtr, которое указывает на PDU AUX_ADV_IND. PDU AUX_ADV_IND передается по вторичному широковещательному каналу. Этот PDU содержит поле SyncInfo. Наблюдатель может синхронизировать свое сканирование с периодически широковещательным PDU AUX_SYNC_IND. Следует отметить, что наблюдателю необходимо только получить PDU ADV_EXT_IND, который необходимо синхронизировать и содержащийся в поле SyncInfo выше. Как только наблюдатель получит эти данные, он сможет сканировать PDU AUX_SYNC_IND только в течение фиксированного периода времени.
PDU AUX_SYNC_IND отправляется через фиксированные интервалы. Поскольку наблюдатели не могут отвечать на периодические широковещательные сообщения PADVB, направление передачи данных на уровне приложения является односторонним и поддерживает только одностороннюю передачу данных приложения.
Ниже приводится разница между традиционным вещанием BLE и расширенным вещанием.
Было введено так много традиционных трансляций BLE и расширенных трансляций (нерегулярные трансляции и PADVB), так каковы различия и связи между ними и PAwR, которые будут представлены в этой статье?
Сходства:
Отличия:
Понимание того, как PAwR делит и использует время, является ключом к пониманию этого логического переноса.
Как и в других режимах вещания, широковещательная активность PAwR происходит в виде событий. В режиме PAwR эти события называются событиями PAwR. Эти события происходят через фиксированные промежутки времени, и в расписании нет случайных задержек. В каждой периодической трансляции генерируется одно событие. Каждое событие PAwR содержит несколько подсобытий, и во время подсобытий передаются широковещательные пакеты. Конфигурация хоста имеет максимальное количество вложенных событий — 128 на одно событие. Дополнительные события транслируются каждый периодический интервал дополнительных событий. Хост использует команду HCI HCI_LE_Set_Periodic_Advertising_Parameters для настройки количества дополнительных событий для каждого события и интервала для регулярной трансляции дополнительных событий. Как показано ниже:
В каждом подсобытии вещательная компания передает пакет, который обычно содержит PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND или PDU AUX_CONNECT_REQ. После фиксированной задержки в течение одного и того же периода времени резервируется ряд временных интервалов для дополнительных событий для получения ответов от устройства-наблюдателя. Ответ на PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND отправляется в PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP. Хост настраивает необходимое количество перерывов в ответах с помощью команды HCI HCI_LE_Set_Periodic_Advertising_Parameters.
Выбор канала осуществляется с использованием алгоритма выбора канала №2 и происходит при каждом периодическом субсобытии вещания. Ответы на PDU, передаваемые в подсобытиях, используют один и тот же канал. Сюда входит PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP, отправленный в ответ на PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND, и PDU AUX_CONNECT_RSP, отправленный в ответ на PDU AUX_CONNECT_REQ.
Процесс синхронизации предоставляет устройствам-наблюдателям информацию, необходимую им для эффективного сканирования и получения соответствующих пакетов, передаваемых широковещательными устройствами. В случае PAwR это включает в себя три аспекта:
После получения информации о синхронизации событий, описанной в (1), и информации о подсобытиях в (2), наблюдатель получает полное описание параметров синхронизации и структуры событий и подсобытий в поезде широковещательной передачи PAwR. Но он может сканировать только в том случае, если у него есть информация в (3), поэтому он получает только те пакеты, которые, как ожидается, будут содержать соответствующие данные, и может передавать пакеты ответа.
И PAwR, и PADVB используют аналогичный процесс для получения информации периодической широковещательной синхронизации путем сканирования.
Для PAwR и PADVB наблюдатель сканирует пакеты AUX_ADV_IND, передаваемые по вторичному широковещательному каналу. На эти PDU указывают индекс канала, смещение и информация PHY в поле AuxPtr в PDU ADV_EXT_IND, передаваемом по основному каналу.
AUX_ADV_IND включает поле SyncInfo, которое содержит значение периодического интервала широковещания и некоторые элементы данных, на основе которых рассчитывается переменная syncPacketWindowOffset. Получив эти два значения, наблюдатель может рассчитать, когда произойдет периодическая трансляция с ответным событием.
PAwR также требует информацию о дополнительных событиях и интервалах ответа, прежде чем он сможет завершить процесс синхронизации. Эту информацию можно найти в том же PDU AUX_ADV_IND, из которого получен интервал периодической широковещательной передачи, но в новом типе AD с информацией о времени ответа периодической широковещательной передачи. Новый тип AD передается в поле дополнительной информации объявления контроллера (ACAD) PDU AUX_ADV_IND.
При использовании процедуры PAST иногда устройство, передающее параметр синхронизации через соединение GATT, сначала сканирует другие устройства, чтобы получить его. А в случае PAwR поддержка PAST обязательна, чтобы вещательные компании PAwR могли передавать необходимые данные синхронизации наблюдателям через соединения LE ACL. Если принят этот подход, ни одному устройству не нужно сканировать PDU AUX_ADV_IND.
Те же элементы данных, которые показаны в приведенной выше таблице, передаются через соединение BLE GATT в новом типе PDU LL_PERIODIC_SYNC_WR_IND.
Синхронизация подсобытий включает в себя подсобытия, указывающие устройству-наблюдателю, что оно должно выполнить сканирование. Одно или несколько устройств-наблюдателей могут быть синхронизированы с одним и тем же подсобытием. Один наблюдатель может получать одно или несколько дополнительных событий синхронно. Кроме того, чтобы наблюдатель мог отправить ответный PDU, он должен иметь некоторую основу для определения того, какой слот ответа на подсобытие использовать. Конечно, эти вещи определяются прикладным уровнем.
Как показано на рисунке выше, основные преимущества PAwR заключаются в том, что передача данных приложений является двунаправленной, что обеспечивает большую гибкость с точки зрения выбора топологии и доступного одновременного использования приемников, а количество устройств, с которыми может взаимодействовать каждый вещатель, может достигать тысяч.
Профиль Electronic Shelf Label (ESL) определяет стандартизированное использование Bluetooth LE для управления и передачи электронных ценников.
Профиль ESL использует как PAwR, так и GATT для удовлетворения всех требований к функциональности. Например, изображения записываются на устройство через соединение BLE GATT. Но большинство команд и ответов представляют собой сообщения ESL, транспортируемые с использованием PDU PAwR.
ESL использует схему адресации устройств, состоящую из 8-битного идентификатора ESL и 7-битного идентификатора группы. Идентификатор ESL уникален в пределах группы устройств, идентифицируемых идентификатором группы. Таким образом, сеть устройств ESL может содержать до 128 групп, причем каждая группа содержит до 255 уникальных устройств ESL, являющихся членами группы. Всего в сети может быть 32 640 устройств ESL.
Файл конфигурации ESL обрабатывает синхронизацию подсобытий и распределение слотов ответа следующим образом:
На следующем рисунке показана передача PDU, которая происходит, когда точка доступа выдает команду для одной электронной полочной этикетки. На этой диаграмме показано, как PAwR действует как транспорт для определенных в профиле команд и ответов ESL.
Полочная этикетка, на которую направлена команда ESL, является членом группы ESL 1. Это означает, что оно синхронизировано с подсобытием PAwR №1. Таким образом, точка доступа формирует полезную нагрузку ESL, которая может включать в себя массив из одной или нескольких команд, каждая из которых адресована определенному идентификатору ESL в одной группе, и отправляет его как PDU PAwR AUX_SYNC_SUBEVENT_IND во время передачи полезной нагрузки подсобытия PAwR №1.
Отправленный пакет принимается одновременно всеми метками полок членов группы 1, поскольку все они синхронизированы и прослушиваются во время подсобытия №1. Единственная команда в этом PDU предназначена для ESL ID #n, поэтому все полочные этикетки, получившие это сообщение, отбросят его, за исключением устройства с адресом ESL ID #n и Group ID #1. Устройство обрабатывает команду в соответствии со спецификацией профиля ESL, а затем формулирует и передает ответ в PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP во время слота ответа №0. Слот ответа #0 используется, поскольку команда ответа является первым и единственным членом массива команд в запросе.
На следующем рисунке показана передача PDU, которая происходит, когда точка доступа выдает команды нескольким меткам полки, каждый из которых является членом группы ESL № 1. Далее следует одна команда, адресованная одному устройству, принадлежащему группе ESL №2.
Первый запрос ESL содержит три команды. Запрос предназначен для трех этикеток полок, принадлежащих группе ESL № 0, поэтому он форматируется и устанавливается как полезная нагрузка PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND и передается в подсобытии PAwR № 0.
Все полочные этикетки ESL, являющиеся членами группы № 0, получают PDU одновременно, поскольку все они синхронизируются по подсобытию PAwR № 0. Массив команд ESL содержит команды для ценников с идентификаторами #0, #1 и #n в группе. Эти три устройства обрабатывают свои собственные команды. Идентификатор устройства № 0 отвечает PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP в ответном слоте 0. Идентификатор устройства №1 отвечает PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP в ответном слоте 1.
Наконец, устройство с идентификатором #n отвечает PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP в слоте ответа #2, поскольку отвечающая команда является третьей в массиве команд ESL. Другие устройства с другими идентификаторами проигнорируют запрос.
В субсобытии №1 PAwR переданный PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND содержит команду, адресованную одному ESL с ESL_ID=n. Все ESL, являющиеся членами группы ESL № 1, синхронизируются по подсобытию PAwR № 1 и, следовательно, получают этот PDU. ESL с ESL_ID=n обрабатывает уникальную команду в полезной нагрузке и отвечает в слоте ответа PAwR №0.
У точки доступа нет команд для отправки другим ESL в других группах, поэтому в остальных подсобытиях передаются PDU AUX_SYNC_SUBEVENT_IND с пустыми полезными данными.
Благодаря функции PAwR Bluetooth 5.4 можно обеспечить двустороннюю связь между устройствами. Функция PAwR применяется в области электронных ценников. Она может не только осуществлять двустороннюю связь между электронными ценниками на полках и шлюзами Bluetooth. также значительно снизить энергопотребление этикеток.
Но одной функции PAwR недостаточно. Как обеспечить безопасность канала связи между электронными ценниками и шлюзами Bluetooth? Для динамической настройки режима RF-кодека обеих сторон требуется использование ряда других функций Bluetooth 5.4.
В следующей статье мы продолжим знакомить с остальными функциями Bluetooth 5.4.