Comparación de RF e Bluetooth propietarios

Os deseñadores teñen moitas opcións cando se trata de conectividade inalámbrica en aplicacións que van desde dispositivos de interface humana (HID) ata sensores remotos para Internet das cousas (IoT). Unha das decisións máis fundamentais que hai que facer e unha que moitos deseñadores seguen a loitar é a de ir a unha interface de RF baseada en estándares, como Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee ou unha capa física de RF propia (PHY ) deseño e protocolo.

As razóns para escoller un sobre o outro son moitas, pero tamén son as compensacións relativas en termos de custo, seguridade, consumo de enerxía, interoperabilidade, tempo de deseño, robustez ante a interferencia, a convivencia, a latencia e os requisitos de certificación. Moitos destes intercambios están interrelacionados para que os deseñadores primeiro determinen os requisitos de deseño e, a continuación, optimízanse de conformidade.

Este artigo discutirá os factores que deben ter en conta ao elixir entre unha interface Bluetooth estándar e un protocolo de RF propietario. A continuación, introducirá un módulo Bluetooth 5, seguido dunha solución de silicio sobre a que se pode implementar un protocolo propietario, con directrices axeitadas para cada un sobre como se pór en marcha rápidamente.


Pros pros e contras de propiedade
O caso de PHY e protocolo propietario é forte se un proxecto require optimización na dirección de seguridade, baixa potencia, pequena pegada e rendemento.

A seguridade é fundamental para moitas aplicacións, desde abridor de portas de garaxe ata dispositivos IoT. Con radios propietarios, trátase de varias formas. Para empezar, os deseños propietarios aseguran "seguridade a través da escuridade", xa que unha interface de RF que non se coñece é máis difícil de piratear. Hai tamén a tendencia de que as interfaces propietarias sexan de punto a punto, ou que poidan operar en sistemas pechados que non se conectan a redes máis anchas, polo que permanecerá escondido. Finalmente, os diseñadores de interfaces propietarios son libres para desenvolver os seus propios algoritmos de cifrado avanzados ou modificar os establecidos, sen ter que ser interoperables con algoritmos de seguridade doutros fabricantes. Só ser diferente é, en si, unha vantaxe de seguridade.

Os deseños de radio propietarios poden ser vantaxosos cando se trata de garantir unha conexión robusta ante interferencias de redes Wi-Fi, fornos de microondas, teléfonos sen fíos e outras redes sen fíos de pouca potencia. Sen estar atado a un estándar, os deseñadores teñen a flexibilidade para facer un mellor uso do espectro utilizando técnicas como espectro de propagación de secuencia directa (DSSS) e espectro de propagación de frecuencia (FHSS). Ademais, poden adoptar o seu propio esquema de codificación preferido en función do seu orzamento de ligazón esperado para obter maior rendemento ou menor consumo de enerxía.

Esta flexibilidade tamén se aplica á estrutura do paquete de datos. Sen a sobrecarga de paquetes necesaria para garantir a interoperabilidade con dispositivos sen fíos baseados en estándares, a estrutura do paquete pode ser racionalizada de acordo coas necesidades da aplicación.

Desde un punto de vista de deseño de hardware, os requisitos de rendemento ben entendidos e a garantía de que estes requisitos non cambiarán nunha fase posterior, permiten optimizar os deseñadores dunha interface de RF propietaria para o espazo, o poder eo rendemento. Poden facelo de novo incluíndo só aquelas funcións necesarias para satisfacer as necesidades da aplicación.

Aínda que a RF propietaria ten moitas vantaxes, hai unha serie de factores que hai que ter en conta. O primeiro é o custo: xustificar o custo de enxeñaría non recorrente (NRE) dun deseño de RF de RF personalizado e software asociado, especialmente para dispositivos de baixo custo, o volume esperado debería ser> 100,000.

O cálculo do costo é o tempo de deseño, especialmente tendo en conta os descoñecementos do deseño de RF e a pouca documentación da escaseza de coñecementos de RF, así como o tempo necesario para desenvolver o firmware eo software necesarios para un deseño exitoso.

Bluetooth amplamente adoptado, sempre adaptándose
No outro extremo está o Bluetooth. Deseñado orixinalmente como unha tecnoloxía de reposición de cables punto a punto directa para HID e outros dispositivos que enredaban aos usuarios, pronto converteuse nunha solución de conectividade de audio e de dispositivo inalámbrico. Beneficiando do control axustado polo Bluetooth Special Interest Group (SIG), Bluetooth é ben entendido e os deseñadores poden estar seguros de que os seus dispositivos conectaranse e sexan interoperables con outros dispositivos con Bluetooth, independentemente da fonte de hardware.

A gran adopción e dispositivos interoperables resultaron en hardware e software prolífico, traendo consigo un custo máis baixo e un tempo rápido no mercado para un deseño que requira unha interface sen fíos. Ademais, Bluetooth evolucionou ao longo dos anos.

Sempre funcionou na banda industrial, científica e médica (ISM) de 2.4 GHz, comezando coa modulación GFSK dos seus sete e nove portadores de 1 MHz, dando un rendemento de 1 Mbit / s. Chámase Basic Rate Basic (BR). O seu esquema adaptativo de codificación FHSS permítelle seguir sendo robusto fronte aos interferentes, mesmo cando o IoT trae dispositivos máis conectados sen fíos. Para obter taxas de datos máis altas, a tecnoloxía 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) utiliza a función de modificación 4DPSK π / 8-DQPSK (diferenciación diferencial de quendas cuadrangulares) e as tarifas de 2 e 3 Mbits / s, respectivamente.

Mentres Bluetooth está controlado por SIG, os diseñadores precisan estudar de cerca os cambios que se produciron coa introdución da especificación básica Bluetooth 4.0 en 2010. Isto introduciu a baixa enerxía de Bluetooth (BLE), anteriormente comercializada como Bluetooth Smart. BLE non é compatible con Bluetooth Classic, polo que os diseñadores deben ter coidado aquí.

O obxectivo principal de BLE é de baixa potencia. Isto faino movéndose dende o enfoque orientado á conexión de Bluetooth Classic onde os dispositivos están sempre conectados, a un enfoque non conectado onde só se conectan cando precisan por intervalos curtos. As aplicacións son usables como reloxos intelixentes e sensores para o IoT.

A última versión, Bluetooth 5, duplica a velocidade de datos BLE a 2 Mbits / s de 1 Mbit / s e aumenta o alcance dunha conexión de 128 kbit / s por 4x ata 50 m usando unha corrección de erro máis avanzada (FEC) . A taxa de datos máis elevada permite que se transmitan máis paquetes durante un intervalo de tempo dado, polo que o consumo de enerxía redúcese porque o dispositivo pode permanecer en modo de baixa potencia ou inactivo por períodos prolongados.

O rango máis longo proporciona aos diseñadores máis flexibilidade para cambiar a velocidade de datos da distancia para calquera dispositivo Bluetooth, incluídos os Beacons. As balizas son dispositivos BLE con batería que transmiten o seu identificador a dispositivos móbiles próximos para que estes dispositivos poidan realizar certas accións cando se achegan ao faro. Popular cos anunciantes, tamén permiten o seguimento preciso de interior e exterior.

Non obstante, o SIG implementou outro pensamento interesante que tamén poden facer os deseñadores propietarios de interfaces de RF: baixaron a relación entre a carga e a carga, o que requiría menos transmisións para enviar unha determinada cantidade de datos "reais" para reducir aínda máis o consumo de enerxía.

O que comezou como unha simple tecnoloxía de substitución de cables converteuse en algo moito máis útil. Como resultado, os diseñadores agora son máis aptos para buscar unha solución Bluetooth rápida e sinxela en lugar de pasar polo custo e custo de deseñar a súa propia interface de RF.


Comezando e funcionando en Bluetooth
Esta inclinación para optar por unha interface Bluetooth convértese nunha necesidade xa que as ventás de tempo ao mercado estrean e os orzamentos de deseño encóllense. Afortunadamente, para moitos proxectos, hai suficiente espazo para acomodar un módulo Bluetooth que non vai estar dispoñible, o que permitirá que o equipo de deseño se concentre na súa aplicación final e na diferenciación.


Dominio propicio para Bluetooth
Entre un deseño de radio propietario exclusivo personalizado e un Bluetooth estándar, hai outra opción: un transceptor de radio de estante en torno ao cal os deseñadores poden desenvolver o seu propio protocolo e esquemas de codificación, ou adoptar versións fóra de estante como Ant, Thread, ou ZigBee. Coa caída do custo do silicio dispoñible e unha ampla gama de soporte de software, este pode ser o "lugar doce" para os deseñadores que buscan a diferenciación, algunha latitude para a optimización e a opción de mellorar a seguridade, todo ao mesmo tempo custando uns custos mínimos e un deseño horarios intactos.


Conclusión
Hai moitas razóns para elixir unha ruta completa de deseño de RF ou unha radio Bluetooth estándar. Cada un ten o seu lugar cando se trata de cumprir os requisitos de deseño e aplicación en termos de custo, tempo, rendemento, tamaño, seguridade e moitos outros factores. Non obstante, para os deseñadores que desexen moitos dos custos e os beneficios de aforro de tempo do silicio off-the-shelf, así como a flexibilidade para engadir algún nivel de diferenciación propietaria, os provedores tamén están a proporcionar plataformas de hardware sólidas.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes