Bluetooth é uma tecnologia sem fio padrão que usa ondas de rádio UHF para trocar dados entre dispositivos em curtos alcances. Foi inventado em 1994 por Ericsson, embora o padrão Bluetooth IEEE mais tarde o padronizou no ano seguinte. O Bluetooth SIG mantém e supervisiona o desenvolvimento da especificação, controla o programa de qualificação, e protege as marcas.
Sobre 6 bilhões de unidades Bluetooth foram enviadas por 2019, tornando assim o padrão Bluetooth a tecnologia mais comumente usada para comunicações de curto alcance. MOKOBlue é uma das empresas líderes que apoiam o desenvolvimento de padrões Bluetooth. Incorporamos esta tecnologia na maioria dos nossos dispositivos.
Por que o padrão Bluetooth é usado em IoT e dispositivos modernos?
Entre os especialistas em tecnologia, A tecnologia Bluetooth é a preferida para o desenvolvimento de produtos que precisam dela para se comunicar facilmente com outro dispositivo. Isso ocorre porque o Bluetooth é fácil de usar, implemento, e é menos dispendioso. além disso, O Bluetooth é a escolha perfeita para projetos de IoT previstos para funcionar com baixo consumo de energia, pois requer menos energia para transmitir dados de um dispositivo para outro.
Além disso, o padrão Bluetooth é o melhor para comunicações de curta distância, pois sua velocidade de transmissão pode atingir facilmente 2 Mbps. Assim, Bluetooth torna aplicativos de streaming, como arquivos de vídeo de exibição sem fio de alta definição ou streaming de um arquivo de áudio HQ para um fone de ouvido sem fio.
Redes Bluetooth
A conexão de vários dispositivos por Bluetooth forma redes que se dividem em duas;
Piconet
A rede piconet cobre uma pequena área e conecta até oito dispositivos. Em uma rede piconet, um dispositivo atua como o mestre, enquanto os outros dispositivos vinculados são escravos. Por exemplo, a conexão entre um smartphone com um par de fones de ouvido sem fio e um smartwatch forma uma rede piconet. Nesse caso, o mestre é o celular, Considerando que o smartwatch e os fones de ouvido são escravos.
Rede de dispersão
A rede scatternet tem duas ou mais redes piconet interligadas. Esta rede é estabelecida quando uma rede piconet se torna o mestre para o escravo de outras redes piconet. Devido ao grande número de participantes, scatternet cobre uma área mais ampla do que piconets, embora a limitação técnica do Bluetooth torne suas implementações escassas.
Comparação das diferentes versões do Bluetooth
Bluetooth v5.2
Bluetooth v5.2 é a versão Bluetooth mais recente. Foi lançado pela primeira vez em janeiro 2020 na CES pelo Bluetooth Special Interest Group. O Bluetooth v5.2 o torna amigável para aplicativos IoT. além disso, ele vem com os canais isócronos (ISOC) característica que define a base para a implementação de Low Energy (A) Áudio em Bluetooth Low Energy (TORNOU-SE) dispositivos que suportam Bluetooth 5.2 ou mais tarde.
O recurso LE Audio também facilita a conexão de vários fones de ouvido sem fio a uma única fonte. além disso, ele conecta fones de ouvido sem fio a diferentes fontes. além do mais, o recurso LE Audio adiciona suporte para aparelhos auditivos.
Bluetooth de baixa energia (TORNOU-SE)
Também conhecido como Bluetooth Inteligente, O BLE foi desenvolvido para oferecer consideravelmente menos energia, mantendo o mesmo alcance de comunicação do Bluetooth Classic. Ele consegue isso desistindo da taxa de transferência de dados. Foi incluído como um recurso na versão Bluetooth 4.0 para o público acessá-lo facilmente. Outros dispositivos que se comunicam com dispositivos BLE são beacons e motes.
Motes
Motes são transceptores sem fio com um sistema em chip. Eles criam um sensor remoto quando combinados com o mesmo tipo de sensor.
Beacons
Eles são transmissores que transmitem seu identificador para dispositivos próximos. Os identificadores são captados por um sistema operacional ou um aplicativo compatível. Isso permite que dispositivos eletrônicos executem suas funções de forma eficaz quando próximos a um farol. Os beacons BLE são diferentes dos motes, pois apenas transmitem, Considerando que os motes também podem ser usados como receptores.
Pilha de protocolos Bluetooth
Como os modelos de rede OSI e TCP/IP, o padrão Bluetooth também tem sua pilha de protocolos. Contudo, Dispositivos Bluetooth não usam todas as camadas de pilha de protocolos como o modelo OSI. A imagem abaixo ilustra todos os protocolos de comunicação Bluetooth encontrados na pilha.
Com base em sua função na pilha, protocolos podem ser agrupados como;
Protocolos principais
Estes são protocolos ad hoc cruciais para executar os vários recursos do Bluetooth. Eles incluem;
• Protocolo de Adaptação e Controle de Link Lógico
• rádio Bluetooth
• Protocolo de Descoberta de Serviço
• Banda base
• Protocolo de Gerenciamento de Link
Protocolo de substituição de cabos
Compreende a Rede de Comunicações por Radiofrequência (RFComm) Protocolo que fornece uma porta serial virtual para aplicativos específicos. O protocolo elimina a necessidade de cabos
Protocolos Adotados
Os protocolos adotados são retomados de outros modelos, como os modelos OSI ou TCP/IP. Eles incluem;
• Protocolo ponto a ponto (PPP)
• Protocolo de aplicação sem fio (WAP)
• Protocolo IP
• TCP / UDP Protocolo
Comandos AT
Comandos AT são usados para transmitir comandos para um módulo Bluetooth. Eles também alteram as configurações do dispositivo, como o nome e a taxa de transmissão. As informações sobre a configuração das configurações por meio de comandos AT podem ser encontradas na folha de dados de um dispositivo Bluetooth.
Comparando o Bluetooth com outros protocolos de comunicação sem fio
Vantagens do padrão Bluetooth
• O padrão Bluetooth é sem fio e automático.
• É barato implementar os processos padrão Bluetooth.
• O Bluetooth não requer conexões manuais ou um botão de pressão para criar links quando emparelhado.
• É raro que outros dispositivos sem fio interfiram com dispositivos Bluetooth.
• A tecnologia Bluetooth é energeticamente eficiente, pois usa sinais de baixa potência.
• O padrão Bluetooth permite o compartilhamento simultâneo de dados e voz.
• É fácil atualizar os padrões Bluetooth para novas versões.
Desvantagens do Bluetooth Padrão
• As taxas de dados do padrão Bluetooth são menores até 2 Mbps quando comparado a outras tecnologias semelhantes, que têm principalmente taxas de dados de cerca de 4 Mbps.
• Sua faixa de operação geralmente está dentro 10 metros.
• Bluetooth implementa segurança elementar.
Problemas de segurança de dispositivos Bluetooth
Como o Bluetooth tem menos medidas de segurança, existem várias maneiras de penetrar na segurança do Bluetooth. Algumas das principais técnicas usadas para contornar a segurança do Bluetooth são;
• Bluejacking – É uma técnica inofensiva de transferência de dados não solicitados usando uma conexão Bluetooth entre dois ou mais dispositivos habilitados para Bluetooth, como telefones celulares.
• Bluesnarfing – Bluesnarfing é mais prejudicial do que Bluejacking, embora ambos sejam parecidos. Bluesnarfing é uma conexão Bluetooth ilegal que permite que um hacker acesse, download, e visualizar informações do dispositivo sem fio de uma vítima.
• Bluebugging – Bluebugging permite que um hacker acesse facilmente e execute remotamente todos os recursos do telefone da vítima.
• Sussurro de carro - Os hackers usam essa técnica de desvio para enviar e receber arquivos de áudio de e para um sistema estéreo de carro habilitado com Bluetooth via software.
Processo de conexão de vários beacons via Bluetooth
Geralmente, Os beacons geralmente transmitem seus pacotes sozinhos para um dispositivo Bluetooth dentro do alcance para detectar esses pacotes. Existem dois processos envolvidos na conexão de vários beacons via tecnologia Bluetooth.
O primeiro processo é através de anúncios, onde um beacon envia dados com pacotes de propaganda. Isso permite que os outros beacons recebam os pacotes enviados, embora eles não possam responder a eles. Nesse caso, os pacotes de dados enviados por vários beacons são capturados por um dispositivo central.
O outro processo é via conexão, onde vários beacons usam a tecnologia Bluetooth para trocar alguns dados de conexão. Aqui, os dados são transferidos toda vez que ocorre uma conexão, permitindo assim que os beacons conectados transmitam facilmente. Esse processo funciona melhor e é confiável principalmente quando o link está próximo a alguns metros.
Precisão de Posicionamento Bluetooth
Existem diferentes níveis de precisão no posicionamento interno BLE e sistemas de localização em tempo real. A precisão depende da arquitetura do sistema, a densidade do sensor ou farol implantado, e seleções de hardware. Os sensores e beacons BLE podem fornecer precisão de posicionamento interno de menos de 5 medidores com implantação e condições ideais.
Como as tecnologias Wi-Fi, O Bluetooth também depende da força do sinal (RSSI) para aproximar as localizações do dispositivo. Esta técnica de posicionamento Bluetooth é muito menos precisa e oferece grande precisão de localização até o nível do medidor. Embora o BLE seja amplamente utilizado e altamente eficaz, atualmente, não é a tecnologia de RF de posicionamento interno mais precisa. Como a maioria das aplicações de posicionamento interno não requer um alto grau de precisão, BLE é a alternativa mais adequada que oferece muitas vantagens excepcionais.
O novo recurso de encontrar a direção permite que o BLE determine a localização do nível do submetro com precisão. Isso é por causa do ângulo de chegada (AoA), que calcula rapidamente a direção de um sinal Bluetooth. além disso, AoA pode ser usado juntamente com a força do sinal (RSSI) na localização e rastreamento de ativos para aumentar a precisão.
Um ativo portátil como um farol ou uma etiqueta com uma antena transmite para um sensor BLE fixo com matrizes de várias antenas para encontrar a direção. O ângulo de aproximação do dispositivo de transmissão portátil é determinado medindo a mudança de fase de múltiplas antenas, conseqüentemente recebendo o sinal. Quando combinado com RSSI, AoA pode gerar as coordenadas de um dispositivo com uma precisão de até um centímetro.
História da tecnologia Bluetooth
Bluetooth iniciou suas operações em 1998. É uma associação comercial sem fins lucrativos que cinco empresas desenvolveram; Nokia, Ericsson, Intel, e Toshiba. Seu primeiro produto comercial foi introduzido pelo Bluetooth Special Intrest Group no mercado em 1999. A popularidade do Bluetooth cresceu rapidamente e tornou-se quase disponível em todo o mundo em todos os produtos de consumo, como laptops e telefones celulares.. no entanto, O Bluetooth também é um recurso padrão em quase todos os carros novos que permite chamadas em mãos livres para os motoristas e suporta sistemas de infoentretenimento no veículo.
A SIG cresceu para mais de 35,000 empresas membros globalmente dos cinco membros originais, todos de várias telecomunicações, eletrônicos de consumo, Informática, e indústrias de rede. A associação está situada em Kirkland, Washington.
Tecnologia Bluetooth hoje
Depois de se tornar popular nos mercados de consumo, os novos protocolos Bluetooth permitiram que a tecnologia assumisse uma função essencial na IoT. MOKOBlue suporta o desenvolvimento de Bluetooth e garante que os desenvolvedores possam incorporar facilmente esta tecnologia em seus projetos preferidos.
Atualmente, Bluetooth existe em três protocolos diferentes:
• Bluetooth de baixa energia (TORNOU-SE)
• Bluetooth Clássico
• Bluetooth Mesh.
Cada protocolo é útil em aplicações específicas. Como a tecnologia Bluetooth foi inicialmente desenvolvida para casos de uso de curta distância, as versões mais recentes podem transmitir sinais de até uma milha.
Exemplos de casos de uso e aplicativos Bluetooth
Bluetooth Classic
O protocolo do Bluetooth Classic é desenvolvido para dispositivos recarregáveis diariamente ou semanalmente. Isso torna o Bluetooth Classic o melhor para uso em redes limitadas em termos de tamanho. Ele está configurado para transmitir dados de alto rendimento de mais de 2.1 Mbps em curtos intervalos. O Bluetooth clássico foi projetado principalmente para substituir cabos periféricos de curta distância. Geralmente não é escalável para casos de uso de IoT, como redes de sensores que hospedam vários dispositivos.
Bluetooth de baixa energia (TORNOU-SE)
Este protocolo Bluetooth é adequado para dispositivos que enviam pequenas quantidades de dados. além disso, BLE é adequado para todos os dispositivos que precisam ser executados sem supervisão por um longo tempo. Essa funcionalidade sustenta uma variedade de dispositivos médicos, vestível e implantável, como desfibriladores e aparelhos auditivos.
além do mais, O BLE também é adequado para casos de uso como monitores de temperatura, balizas de localização, controladores de iluminação, balanças digitais, e outros aplicativos de baixa largura de banda operados com bateria. O BLE também se adapta a produtos de consumo, como monitores de fitness, eletrodomésticos, smartwatches, e controles remotos para set-top boxes de TV.
Malha Bluetooth
Esta rede monitora, controles, e automatiza vários dispositivos vinculados para gerenciar edifícios inteligentes e outras IoT industriais (IIoT) casos de uso. Inicialmente, O Bluetooth Mesh foi desenvolvido para o mercado de iluminação. Como os nós do roteador precisam ser alimentados incessantemente, a iluminação é um ótimo caso de uso porque a maioria das luzes tem acesso a energia de todos os tempos. A malha Bluetooth também pode suportar redes de sensores, embora os sensores devam ser implementados em áreas com disponibilidade de energia em tempo integral.
Padrão Bluetooth para aplicativos IoT
Atualmente, o Bluetooth é aplicável em várias variedades de aplicativos de IoT. Alguns aplicativos de IoT para Bluetooth são;
uma) Serviços de localização e rastreamento de ativos – Soluções para serviço de localização em tempo real (RTLS) s são usados para identificar locais e rastrear ativos.
b) Automação predial – A conectividade de padrões Bluetooth sem fio na automação centralizada de sistemas prediais essenciais auxilia na conservação de energia, reduz os custos de operação, e prolonga a vida útil dos sistemas centrais de um edifício.
c) Monitoramento de condições – A implantação de redes de sensores em escala em todo o piso de uma unidade industrial permite o monitoramento do desempenho do sistema em tempo real. Assim, minimiza o custo de manutenção, aumenta a eficiência operacional geral, e melhora a atualização de aplicativos.
d) Monitoramento de tanques – o padrão Bluetooth permite que técnicos e instaladores locais monitorem os tanques remotamente, oferecendo feedback instantâneo dos valores do sensor.
e) Aplicações médicas – o padrão Bluetooth é usado em casos de uso médico, como dispositivos vestíveis para ajudar a diagnosticar certas condições, transmitir os dados do paciente, e administrar medicamentos.
f) Rastreamento de contato – Bluetooth é a escolha certa para rastreamento, gravação, e transmissão de dados em tempo real para respostas imediatas.
g) Parques solares e eólicos – Como a maioria das instalações solares e eólicas possuem módulos de rádio fixados neles, os técnicos podem usar os padrões Bluetooth para obter seus valores atuais e leituras de produtividade.
h) Sistemas de validação de ingressos – leitores habilitados para Bluetooth podem ser usados em eventos com grandes multidões, como shows e eventos esportivos, para autenticar ingressos com códigos QR ou códigos de barras.
eu) Wayfinding – O padrão Bluetooth é usado em sistemas de posicionamento internos para ajudar os hóspedes a encontrar facilmente o caminho em grandes espaços públicos, como museus, estações de trem, aeroportos, e estádios esportivos.
Crescimento padrão do Bluetooth e oportunidades futuras
De acordo com o Bluetooth SIG 2021 relatório de atualização de mercado, A tecnologia Bluetooth está prevista para ser enviada 6 bilhões de dispositivos por 2025 anualmente. O relatório afirma que as necessidades essenciais do mercado de Bluetooth e os aplicativos usados principalmente são os serviços de localização, transferência de dados, streaming de áudio, e redes de dispositivos. além disso, A Bluetooth SIG espera que:
• Entre 2021 e 2025, haverá um 10% CAGR
• Por 2025, sobre 70% de todos os dispositivos habilitados com Bluetooth serão periféricos
• A partir de 2021 para 25, haverá um crescimento anual de 3x nas remessas de dispositivos BLE monomodo
É essencial para todas as organizações que desenvolvem, montar, ou se beneficiem da conectividade sem fio IoT para incorporar a tecnologia Bluetooth em seu planejamento de curto e longo prazo. Como o Bluetooth é atualmente a melhor tecnologia sem fio do mercado, a maioria das indústrias tira proveito de suas potencialidades como segurança, custo-benefício, e facilidade de uso. Assim, todas as organizações precisam avaliar os aplicativos para integração Bluetooth para impulsionar novas funcionalidades e ROI.
GPS vs. Tecnologia Bluetooth para rastreamento de contatos
É melhor usar o histórico de localização ou Bluetooth para detectar a proximidade ativamente quando duas pessoas estão próximas? A tabela abaixo ilustra as diferenças entre a tecnologia GPS e Bluetooth.
Precisão e Negativos do GPS
A precisão de um dispositivo GPS no metrô cai significativamente para impraticável. além disso, a maioria dos dispositivos GPS não consegue lidar com configurações subterrâneas e internas predominantemente bem.
O GPS reúne dados de localização precisos e os usa no rastreamento de contatos, embora seus dados de localização sejam intrincados para proteger e altamente confidenciais. Por exemplo, aplicativos de fitness que usam dados de localização GPS revelaram o layout preciso das bases dos EUA. Possui dados de localização exclusivos que tornam sua anonimização efetivamente impraticável. Assim, a implantação do rastreamento de contatos baseado em localização em escala apresenta riscos de privacidade e segurança quando não está totalmente protegido.
Precisão e Negativos do Bluetooth
Os valores RSSI são usados na detecção de proximidade baseada em Bluetooth para avaliar a força dos sinais entre telefones. Valores RSSI padronizados são usados em um encontro para aproximar a distância estimada entre os usuários. A precisão do rastreamento de localização Bluetooth tem um alcance de até 10 metros.
Quando os aplicativos estão sendo executados em segundo plano, A varredura Bluetooth pode ser encerrada pelo iOS. É necessário habilitar a permissão do aplicativo Bluetooth durante todo o período de tempo e não o próprio Bluetooth para que funcione.
Dispositivos compatíveis com o padrão Bluetooth BLE da MOKOBlue
Os produtos com suporte BLE da MOKOBlue são:
BLE Beacons
São dispositivos sem fio que transmitem esporadicamente um pacote de publicidade BLE recebido por outro dispositivo Bluetooth. Alguns dos Balizas BLE disponíveis na MOKOBlue incluem; Sensores H6, Sinalizadores de pulseira W6, Sinalizadores de ativos M2, Sinalizadores de navegação H2, Sinalizadores de sensores H4, e muitos mais.
BLE para Gateway Wi-Fi
Um gateway oferece soluções de armazenamento para processamento local conectando metodicamente o campo e a nuvem. Alguns dos gateways BLE para Wi-Fi disponíveis na MOKOBlue incluem; MKGW1 Gateways Wi-Fi BLE, Gateways MKGW-mini BLE para WIFI, e os gateways MK103 ESP32 BLE.
Módulos BLE
Alguns dos dispositivos do módulo BLE disponíveis na MOKOBlue incluem; MK01A, MK02A, MK02D, MK02E, MK05A, MK05B, MK06A, MK06B, e muitos outros.
MOKOBlue tem uma vasta experiência de mais de 16 anos na tecnologia Bluetooth. Você pode confiar em nós para ser seu parceiro Bluetooth/BLE para todas as suas soluções Bluetooth. Auxiliamos nossos clientes no desenvolvimento de seus projetos Bluetooth IoT, poupando-lhes tempo no mercado. Então você tem um projeto Bluetooth agora ou em breve? Sinta-se livre para nos contatar; nós temos suas costas, estamos sempre lá para ajudá-lo.
