Σύγκριση ιδιόκτητων RF και Bluetooth

Οι σχεδιαστές έχουν πολλές επιλογές όταν πρόκειται για ασύρματη συνδεσιμότητα σε εφαρμογές που κυμαίνονται από συσκευές ανθρώπινης διασύνδεσης (HID) έως απομακρυσμένους αισθητήρες για το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT). Μία από τις πιο θεμελιώδεις αποφάσεις που πρέπει να γίνουν, και μία που πολλοί σχεδιαστές εξακολουθούν να παλεύουν, είναι να ακολουθήσουν μια διεπαφή RF που βασίζεται σε πρότυπα, όπως Wi-Fi, Bluetooth ή ZigBee, ή ένα ιδιόκτητο φυσικό στρώμα RF (PHY ) σχεδιασμό και πρωτόκολλο.

Οι λόγοι για την επιλογή μεταξύ τους είναι πολλοί, αλλά και οι σχετικές συναλλαγές όσον αφορά το κόστος, την ασφάλεια, την κατανάλωση ενέργειας, τη διαλειτουργικότητα, το χρόνο σχεδιασμού, την ευρωστία ενόψει των παρεμβολών, της συνύπαρξης, της καθυστέρησης και των απαιτήσεων πιστοποίησης. Πολλές από αυτές τις συμφωνίες είναι αλληλένδετες, έτσι οι σχεδιαστές πρέπει πρώτα να καθορίσουν τις απαιτήσεις σχεδίασης, στη συνέχεια να βελτιστοποιήσουν ανάλογα.

Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή ανάμεσα σε μια τυπική διεπαφή Bluetooth και ένα ιδιόκτητο πρωτόκολλο RF. Στη συνέχεια, θα εισαχθεί μια ενότητα Bluetooth 5, ακολουθούμενη από ένα διάλυμα πυριτίου στο οποίο μπορεί να εφαρμοστεί ένα ιδιόκτητο πρωτόκολλο, με κατάλληλες οδηγίες για το καθένα για το πώς να ξεκινήσει γρήγορα και να λειτουργήσει.


Ιδιόκτητα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα RF
Η περίπτωση για το ιδιόκτητο PHY και το πρωτόκολλο είναι ισχυρή αν ένας σχεδιασμός απαιτεί βελτιστοποίηση προς την κατεύθυνση της ασφάλειας, της χαμηλής ισχύος, του μικρού αποτυπώματος και της απόδοσης.

Η ασφάλεια είναι ζωτικής σημασίας για πολλές εφαρμογές, από ανοίγματα θυρών γκαράζ σε συσκευές IoT. Με ιδιόκτητα ραδιόφωνα, αντιμετωπίζεται με διάφορους τρόπους. Για να ξεκινήσετε, τα ιδιόκτητα σχέδια εξασφαλίζουν "ασφάλεια μέσω της αφύπνισης", στο ότι μια διασύνδεση RF που δεν είναι γνωστή είναι πιο δύσκολη. Υπάρχει επίσης η τάση οι ιδιόκτητες διεπαφές να είναι σημείο-προς-σημείο ή να λειτουργούν σε κλειστά συστήματα που δεν συνδέονται με ευρύτερα δίκτυα και έτσι παραμένουν κρυμμένα. Τέλος, οι σχεδιαστές των ιδιόκτητων διεπαφών είναι ελεύθεροι να αναπτύξουν τους δικούς τους προηγμένους αλγόριθμους κρυπτογράφησης ή να τροποποιήσουν τις καθιερωμένες αλγορίθμους, χωρίς να χρειάζεται να είναι διαλειτουργικοί με αλγόριθμους ασφαλείας από άλλους κατασκευαστές. Το να είσαι διαφορετικό είναι, από μόνο του, ένα πλεονέκτημα ασφαλείας.

Τα ιδιόκτητα ραδιοφωνικά σχέδια μπορούν να είναι επωφελείς όταν πρόκειται για την εξασφάλιση ισχυρής σύνδεσης εν όψει παρεμβολών από δίκτυα Wi-Fi, φούρνους μικροκυμάτων, ασύρματα τηλέφωνα και άλλα ασύρματα δίκτυα χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Χωρίς να συνδέονται με ένα πρότυπο, οι σχεδιαστές έχουν την ευελιξία να κάνουν καλύτερη χρήση του φάσματος χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως το φάσμα διασποράς άμεσης ακολουθίας (DSSS) και το φάσμα διασποράς συχνότητας (FHSS). Επιπλέον, μπορούν να υιοθετήσουν το δικό τους προτιμώμενο σχήμα κωδικοποίησης βασισμένο στον αναμενόμενο προϋπολογισμό τους για σύνδεση για να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση ή χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.

Αυτή η ευελιξία ισχύει επίσης για τη δομή του πακέτου δεδομένων. Χωρίς την επιβάρυνση των πακέτων που απαιτείται για τη διασφάλιση της διαλειτουργικότητας με ασύρματες συσκευές βασισμένες σε πρότυπα, η δομή του πακέτου μπορεί να βελτιωθεί ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής.

Από την άποψη του σχεδιασμού υλικού, οι καλά κατανοητές απαιτήσεις επιδόσεων και η διασφάλιση ότι αυτές οι απαιτήσεις δεν θα αλλάξουν σε μεταγενέστερο στάδιο, επιτρέπει στους σχεδιαστές μιας ιδιόκτητης διασύνδεσης RF να βελτιστοποιηθεί για χώρο, ισχύ και απόδοση. Μπορούν να το κάνουν ξανά, συμπεριλαμβάνοντας μόνο τις λειτουργίες που απαιτούνται για την κάλυψη των αναγκών της εφαρμογής.

Ενώ η ιδιόκτητη RF έχει πολλά πλεονεκτήματα, υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Το πρώτο είναι το κόστος: για να δικαιολογηθεί το μη επαναλαμβανόμενο κόστος τεχνικής (NRE) ενός προσαρμοσμένου σχεδιασμού RF IC και του σχετικού λογισμικού, ειδικά για συσκευές χαμηλού κόστους, ο αναμενόμενος όγκος θα πρέπει να είναι> 100,000.

Σε συνδυασμό με το κόστος είναι ο χρόνος του σχεδιασμού, ειδικά λόγω των ιδιοτήτων του σχεδιασμού RF και της καλά τεκμηριωμένης έλλειψης εμπειρίας RF, καθώς και του χρόνου που απαιτείται για την ανάπτυξη του υλικολογισμικού και του λογισμικού που απαιτούνται για έναν επιτυχημένο σχεδιασμό.

Το Bluetooth υιοθετείται ευρέως, προσαρμόζοντας πάντα
Από την άλλη ακμή είναι το Bluetooth. Σχεδιάστηκε αρχικά ως μια απλή τεχνολογία αντικατάστασης καλωδίων από σημείο σε σημείο για συσκευές HID και άλλες συσκευές που ήταν χρήστες που εμπλέκονταν, και σύντομα έγινε μια λύση ασύρματης σύνδεσης ήχου και συσκευής σε συσκευή. Χάρη στον αυστηρό έλεγχο από την ομάδα ειδικών συμφερόντων Bluetooth (SIG), το Bluetooth είναι κατανοητό και οι σχεδιαστές μπορούν να είναι σίγουροι ότι οι συσκευές τους θα συνδεθούν και θα είναι διαλειτουργικές με άλλες συσκευές με δυνατότητα Bluetooth, ανεξάρτητα από την πηγή υλικού.

Οι ευρείες υιοθεσίες και οι διαλειτουργικές συσκευές έχουν οδηγήσει σε παραγωγικό υλικό και λογισμικό, φέρνοντας μαζί τους χαμηλότερο κόστος και γρήγορο χρόνο αγοράς για ένα σχέδιο που απαιτεί ασύρματη διασύνδεση. Επιπλέον, το Bluetooth έχει εξελιχθεί με τα χρόνια.

Έχει πάντα λειτουργήσει στη βιομηχανική, επιστημονική και ιατρική (ISM) ζώνη 2.4 GHz, ξεκινώντας με τη διαμόρφωση GFSK των εβδομήντα εννέα φορέων 1 MHz, παρέχοντας απόδοση 1 Mbit / s. Αυτό ονομάζεται βασική συχνότητα Bluetooth (BR). Το προσαρμοστικό σχήμα κωδικοποίησης FHSS της επιτρέπει να συνεχίσει να παραμένει ισχυρό έναντι των παρεμβατών, ακόμα και όταν το IoT φέρνει περισσότερες ασύρματες συνδεδεμένες συσκευές. Για την επίτευξη υψηλότερων ρυθμών δεδομένων, το Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) χρησιμοποιεί π / 4-DQPSK (διαφορά τετραγωνικής μετατόπισης φάσης) και τη διαμόρφωση 8DPSK, για να φτάσει σε ρυθμούς 2 και 3 Mbits / s αντίστοιχα.

Ενώ το Bluetooth ελέγχεται αυστηρά από το SIG, οι σχεδιαστές πρέπει να μελετήσουν στενά τις αλλαγές που προέκυψαν με την εισαγωγή του Bluetooth 4.0 Core Specification στο 2010. Αυτό εισήγαγε Bluetooth χαμηλής ενέργειας (BLE), που κυκλοφορούσε στο παρελθόν ως Bluetooth Smart. Το BLE δεν είναι συμβατό με το Bluetooth Classic, έτσι οι σχεδιαστές πρέπει να είναι προσεκτικοί εδώ.

Ο πρωταρχικός στόχος του BLE είναι χαμηλής ισχύος. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μετάβαση από την προσέγγιση Bluetooth Classic, όπου οι συσκευές είναι πάντα συνδεδεμένες, σε μια μη συνδεδεμένη προσέγγιση όπου συνδέονται μόνο όταν χρειάζονται για σύντομα χρονικά διαστήματα. Οι εφαρμογές είναι φορητές όπως τα έξυπνα ρολόγια και οι αισθητήρες για το IoT.

Η τελευταία έκδοση, το Bluetooth 5, διπλασιάζει τον ρυθμό δεδομένων BLE σε 2 Mbits / s από το 1 Mbit / s και αυξάνει το εύρος μιας σύνδεσης 128 kbit / s από το 4x έως και το 50 m χρησιμοποιώντας ισχυρότερη διόρθωση σφάλματος (FEC) . Ο υψηλότερος ρυθμός δεδομένων επιτρέπει τη μετάδοση περισσότερων πακέτων για μια δεδομένη χρονική θέση, έτσι μειώνεται η κατανάλωση ισχύος καθώς η συσκευή μπορεί να παραμείνει σε λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης ή σε κατάσταση αναμονής για παρατεταμένες περιόδους.

Η μεγαλύτερη εμβέλεια δίνει στους σχεδιαστές περισσότερη ευελιξία για να ανταλλάξουν δεδομένα για την απόσταση για οποιαδήποτε συσκευή Bluetooth, συμπεριλαμβανομένων των Beacons. Οι φάρες είναι συσκευές BLE με μπαταρία που μεταδίδουν το αναγνωριστικό τους σε κοντινά κινητά συσκευές, ώστε αυτές οι συσκευές να μπορούν να εκτελούν ορισμένες ενέργειες όταν βρίσκονται κοντά στο φάρο. Δημοφιλείς με τους διαφημιζόμενους, επιτρέπουν επίσης την ακριβή παρακολούθηση εσωτερικών και εξωτερικών χώρων.

Εντούτοις, το SIG εφάρμοσε ένα άλλο ενδιαφέρον tweak που μπορούν επίσης να κάνουν οι ιδιοκτήτες σχεδιαστές διασύνδεσης RF: μείωσαν την αναλογία overhead-payload, απαιτώντας λιγότερες μεταδόσεις για να στείλουν ένα δεδομένο ποσό "πραγματικών" δεδομένων, ώστε να μειωθεί περαιτέρω η κατανάλωση ενέργειας.

Αυτό που ξεκίνησε ως μια απλή τεχνολογία αντικατάστασης καλωδίων έχει μεταμορφωθεί σε κάτι πολύ πιο χρήσιμο. Ως αποτέλεσμα, οι σχεδιαστές είναι πλέον πιο κατάλληλοι να αναζητήσουν μια γρήγορη και εύκολη λύση Bluetooth αντί να περάσουν από το κόστος και το κόστος του σχεδιασμού της δικής τους διασύνδεσης RF.


Ενεργοποίηση και λειτουργία του Bluetooth
Αυτή η τάση να επιλέξουμε μια διεπαφή Bluetooth μετατρέπεται σε αναγκαιότητα καθώς τα χρονικά διαστήματα της αγοράς περιορίζονται και οι προϋπολογισμοί σχεδιασμού συρρικνώνονται. Ευτυχώς, για πολλά σχέδια υπάρχει αρκετός χώρος για να φιλοξενηθεί μια ηλεκτρονική μονάδα Bluetooth, η οποία θα επιτρέψει στην ομάδα σχεδιασμού να εστιάσει στην τελική εφαρμογή και διαφοροποίηση.


Ιδιόκτητο εναντίον Bluetooth sweet spot
Μεταξύ ενός πλήρους ιδιωτικού ραδιοφωνικού σχεδιασμού και ενός τυπικού Bluetooth, υπάρχει μια άλλη επιλογή: ένας ραδιοφωνικός πομποδέκτης εκτός του ραδιοφώνου, γύρω από τον οποίο οι σχεδιαστές μπορούν να αναπτύξουν τα δικά τους πρωτόκολλα και προγράμματα κωδικοποίησης ή να υιοθετήσουν εκδόσεις εκτός από το ράφι όπως Ant, Thread, ή ZigBee. Με το μειούμενο κόστος του διαθέσιμου πυριτίου και ένα ευρύ φάσμα υποστήριξης λογισμικού, αυτό μπορεί να είναι το "γλυκό σημείο" για τους σχεδιαστές που αναζητούν διαφοροποίηση, κάποιο περιθώριο βελτιστοποίησης και την επιλογή για ενίσχυση της ασφάλειας, διατηρώντας το κόστος στο ελάχιστο και σχεδιάζοντας χρονοδιάγραμμα άθικτο.


Συμπέρασμα
Υπάρχουν πολλοί λόγοι για να επιλέξετε είτε μια πλήρη ιδιόκτητη διαδρομή σχεδιασμού RF είτε ένα τυπικό ραδιόφωνο Bluetooth. Ο καθένας έχει τη θέση του όταν πρόκειται για την κάλυψη των απαιτήσεων σχεδιασμού και εφαρμογής όσον αφορά το κόστος, το χρόνο, τις επιδόσεις, το μέγεθος, την ασφάλεια και πολλούς άλλους παράγοντες. Ωστόσο, για τους σχεδιαστές που επιθυμούν πολλά από τα οφέλη εξοικονόμησης κόστους και εξοικονόμησης χρόνου για το πυρίτιο off-the-shelf, καθώς και την ευελιξία για να προσθέσει κάποιο επίπεδο ιδιόκτητης διαφοροποίησης, οι πωλητές παρέχουν πλέον και σταθερές πλατφόρμες υλικού για να το αξιοποιήσουν.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων