Khi nói về Bluetooth, chúng ta thường nghe thấy những từ như BLE, Beacon, iBeacon, Eddytstone,… Đâu là kết nối và sự khác biệt giữa chúng? Sau đây là giải thích chi tiết về công nghệ Bluetooth liên quan đến các thuật ngữ kỹ thuật và ứng dụng Bluetooth phổ biến.

1. Giải thích các Điều khoản Kỹ thuật Bluetooth

Báo hiệu: Beacon dựa trên cảm biến vùng lân cận năng lượng thấp của Bluetooth bằng cách truyền một số nhận dạng duy nhất trên toàn cầu do một ứng dụng hoặc hệ điều hành tương thích thu được.

2. Nguồn gốc và phân loại của BLE

Đặc điểm kỹ thuật ban đầu được Nokia phát triển vào năm 2006 với tên gọi Wibree. Công ty đã phát triển một công nghệ không dây được điều chỉnh từ tiêu chuẩn Bluetooth sẽ cung cấp mức tiêu thụ điện năng và chi phí thấp hơn trong khi giảm thiểu sự khác biệt của nó so với công nghệ Bluetooth. Kết quả được công bố vào năm 2004 với tên gọi Bluetooth Low End Extension. Wibree là công nghệ tần số vô tuyến mới có thể hoạt động cùng với Bluetooth nhưng chỉ sử dụng một phần nhỏ năng lượng. Công nghệ này được bán trên thị trường với tên gọi Bluetooth Smart và việc tích hợp vào phiên bản 4.0 của Đặc điểm kỹ thuật cốt lõi đã được hoàn thành vào đầu năm 2010.

1) Thiết bị Bluetooth - Các thiết bị trước 4.0 - Bluetooth BR / EDR (Bluetooth cổ điển).

Thiết bị Bluetooth Cổ điển có thể giao tiếp với các thiết bị Bluetooth Cổ điển khác và các thiết bị Bluetooth Smart Ready. Chẳng hạn như kết nối điện thoại không dây, tai nghe không dây và loa không dây, v.v. SPP (Cấu hình cổng nối tiếp) là cấu hình Bluetooth Cổ điển, SPP xác định các yêu cầu đối với thiết bị Bluetooth cần thiết để thiết lập kết nối cáp nối tiếp được mô phỏng bằng RFCOMM giữa hai thiết bị ngang hàng.

2) Bluetooth thông minh thiết bị - Về cơ bản, các thiết bị Bluetooth năng lượng thấp như thiết bị ngoại vi (thiết bị theo dõi tim, thiết bị tập thể dục, v.v.).

Thiết bị Bluetooth Smart chỉ có thể giao tiếp với thiết bị Bluetooth Smart và Bluetooth Smart Ready. Đây là một giao thức cho phép thiết bị Bluetooth hoạt động lâu dài trong quá trình truyền dữ liệu khối lượng thấp. BLE cho phép các yếu tố hình thức nhỏ hơn, tối ưu hóa năng lượng tốt hơn và pin năng lượng kéo dài nhiều năm chỉ với một lần sạc.

3) Các thiết bị Bluetooth Smart Ready - Về cơ bản, các thiết bị có thể hỗ trợ cả Bluetooth năng lượng thấp và Bluetooth BR / EDR (Bluetooth cổ điển).

Bluetooth năng lượng thấp công nghệ hoạt động trong cùng một dải phổ (băng tần ISM 2.400 – 2.4835 GHz) như công nghệ Bluetooth cổ điển, nhưng sử dụng một tập hợp kênh khác. Thay vì Bluetooth cổ điển bảy mươi chín kênh 1 MHz, Bluetooth Low Energy có bốn mươi kênh 2 MHz. BLE không thích hợp để giao tiếp lượng lớn dữ liệu và nó thường được sử dụng để khám phá các thiết bị và thực hiện một số giao tiếp đơn giản.

Cả BLE và Bluetooth cổ điển có thể bao phủ phạm vi lên đến 100 m. So với Classic Bluetooth, ưu điểm lớn nhất của BLE là tiêu thụ điện năng. Mức tiêu thụ điện của BLE thấp hơn 90% so với Bluetooth cổ điển, đồng thời tăng khoảng cách truyền dẫn, đồng thời độ an toàn và ổn định cũng được cải thiện. BLE hỗ trợ Mã hóa AES và Xác minh CRC , đảm bảo tính bảo mật của giao tiếp giữa các thiết bị được kết nối.

Beacon, là công nghệ định vị dựa trên giao thức Bluetooth 4.0, ngày càng thu hút được nhiều sự chú ý từ thị trường định vị trong nhà. Với sự phát triển của thông tin hóa Internet of Things và sự tích tụ liên tục của các yêu cầu thu thập và xử lý dữ liệu lớn, công nghệ Beacon công suất thấp và chi phí thấp đã trở thành tâm điểm của các ứng dụng định vị trong nhà. Các đặc điểm của nó có thể thúc đẩy việc triển khai nhanh chóng hệ thống định vị trong nhà IoT.

1) Không ghép nối

2) Nhận thông tin trong nền

Việc đẩy thông tin của Beacon yêu cầu phải có ỨNG DỤNG. Tuy nhiên, chúng tôi không cần mở APP khi sử dụng chức năng định vị trong nhà để nhận tín hiệu Beacon. APP tương ứng chỉ cần được mở khi hiển thị dịch vụ đẩy thông tin Beacon.

3) Không có chức năng truyền dữ liệu.

Trạm cơ sở của thiết bị Beacon chỉ đẩy thông tin cần thiết dưới dạng dữ liệu quảng bá và sử dụng chế độ không thể kết nối Bluetooth.

Nếu APP muốn chạy và truyền dữ liệu để giao tiếp với máy chủ để đạt được các chức năng tùy chỉnh và lấy dữ liệu cụ thể, cần bật các phương thức giao tiếp dữ liệu khác, chẳng hạn như Wi-Fi, 4G, v.v.

Ngoài ra, định vị Beacon không cần sử dụng mạng, nghĩa là mạng không đi qua máy chủ. Thuật toán định vị Beacon có thể được thực hiện cục bộ và thiết bị tự hoàn thành việc định vị mà không cần tính toán thông qua máy chủ trực tuyến. Tiền đề là dữ liệu bản đồ được khởi tạo và ghi trước vào thiết bị cục bộ.

4. Sự khác biệt giữa iBeacon và Eddystone

1) iBeacon

Công nghệ iBeacon là công nghệ định vị vi mô chính xác dựa trên Bluetooth 4.0 được Apple ra mắt tại WWDC năm 2013. Công nghệ cơ bản sử dụng BLE. Nó được hỗ trợ sau iPhone 4S.

Khi điện thoại thông minh ở gần Beacon, điện thoại thông minh có thể nhận được tín hiệu Beacon. Và phạm vi nhận tín hiệu có thể đạt 50 m.

Apple đã đưa các giao diện liên quan đến iBeacon vào CoreLocation.framework. Google hỗ trợ tính năng này trong Android 4.3 và các phiên bản mới hơn. Các nhà phát triển có thể sử dụng công nghệ iBeacon miễn là họ đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của iBeacon. Một hạn chế nhất định là không thể sửa đổi định dạng giao thức.

2) Eddystone

Eddystone là một đèn hiệu Bluetooth LE mã nguồn mở đa nền tảng được Google tung ra vào ngày 15 tháng 7 năm 2015. Nó chủ yếu được sử dụng để gửi các thông tin khác nhau tới mọi người ở nơi công cộng.

Vì Google coi đây là một dự án nguồn mở, họ không sử dụng tên công ty để đặt tên cho dự án nguồn mở. Ví dụ: hệ điều hành Android không sử dụng tên công ty Google. Công chúng không cần biết Eddystone đến từ công ty nào. Chỉ OEM đã tạo ra beacon và nhà phát triển ứng dụng tương ứng mới biết.

5. Cách sử dụng BLE cho thiết bị Beacon

Bây giờ, chúng ta biết BLE là gì, Beacon, iBeacon, Eddytstone là. Hãy cùng xem làm thế nào để triển khai các chức năng dựa trên công nghệ BLE cho các thiết bị beacon?

Vai trò của thiết bị BLE thay đổi trong chế độ ngang hàng (tức là Unicast) hoặc chế độ phát sóng. Các vai trò chung như sau.

Hãy hiểu cách hoạt động của kết nối BLE hoàn chỉnh.

1) Phân tích quy trình quét và kết nối quảng cáo BLE

Một thiết bị ngoại vi hoặc đài truyền hình luôn bắt đầu với quảng cáo trước khi chấp nhận kết nối. Trên thực tế, các gói quảng cáo là cách duy nhất cho phép trung tâm hoặc máy quét phát hiện ra một thiết bị ngoại vi hoặc đài truyền hình. Nô lệ sẽ gửi một Gói quảng cáo sau mỗi khoảng thời gian nhất định. Khoảng thời gian từ 20 ms đến 10,24 s, được gọi là khoảng thời gian phát sóng . Nội bộ phát sóng mới sẽ ảnh hưởng đến thời gian kết nối cho lần khởi động tiếp theo.

Chủ nhân phải nhận được gói phát sóng trước khi gửi yêu cầu kết nối. Máy chủ chỉ giám sát yêu cầu kết nối của máy chủ trong một khoảng thời gian sau khi gửi gói tin quảng bá. Một gói tin quảng bá có thể mang một số byte dữ liệu nhất định [BLE4.2: 31 byte; BLE5.0: 251 byte (gói mở rộng)]. Nó thường chứa tên người dùng, thông tin thiết bị, logo có thể kết nối, v.v. Các loại phát sóng có thể được chia thành bốn loại:

Khi cái chính nhận được một gói quảng bá, nó sẽ gửi một yêu cầu quét để lấy thêm dữ liệu quảng bá và tiền đề là máy quét đang hoạt động đã được cấu hình. Sau đó, máy chủ đáp ứng yêu cầu quét bằng cách gửi một phản hồi quét, có thể chứa thêm 31 byte dữ liệu.

Quảng bá, yêu cầu quét và phản hồi, chúng sử dụng ba dải tần 2.4G khác nhau để tránh nhiễu WLAN.

Quét được sử dụng bởi chủ để giám sát các gói quảng bá và gửi các yêu cầu quét. Có hai thông số thời gian cần được lưu ý: "Khoảng thời gian quét" (Khoảng thời gian cho một lần quét) và "Khoảng thời gian quét" (Tổng thời gian của một lần quét, bao gồm thời gian dừng quét và thời gian khi đang quét). Đối với mỗi khoảng thời gian quét, thời gian quét chính bằng "cửa sổ quét". Nghĩa là, nếu "cửa sổ quét" bằng "khoảng thời gian quét", điều đó có nghĩa là bản gốc đang quét liên tục. Do đó, chu kỳ nhiệm vụ của quá trình quét tổng thể là thời gian "cửa sổ quét" chia cho thời gian "khoảng thời gian quét", sau đó nhân với 100%.

Khi master muốn nhập kết nối, nó sẽ trải qua quá trình tương tự như khi quét các gói quảng bá. Khi kết nối được bắt đầu và master nhận được một gói quảng bá, master sẽ gửi một yêu cầu kết nối đến slave.

Vai trò của chủ và tớ được xác định theo lần trao đổi dữ liệu đầu tiên trong kết nối. Khi kết nối, master sẽ yêu cầu dữ liệu theo "Khoảng thời gian" do slave xác định. Khoảng thời gian được gọi là "khoảng thời gian kết nối". Và nó được sử dụng cho kết nối chính. Tuy nhiên, nô lệ có thể gửi các yêu cầu cập nhật tham số kết nối đến chủ.

Theo Thông số kỹ thuật cốt lõi của Bluetooth, Khoảng thời gian phải từ 7,5 mili giây đến 4 giây. Nếu máy chủ không trả lời gói tin từ máy chủ trong khung thời gian, nó được gọi là thời gian chờ giám sát kết nối và kết nối được coi là bị mất. Khả thi để đạt được nhiều thông lượng dữ liệu hơn bằng cách truyền nhiều gói trong mỗi khoảng thời gian kết nối và mỗi gói có thể gửi tối đa 20 byte. Tuy nhiên, nếu mức tiêu thụ điện hiện tại cần được kiểm soát và máy chủ không có dữ liệu để gửi, một số khoảng thời gian nhất định có thể được bỏ qua. Khoảng thời gian bị bỏ qua được gọi là "độ trễ nô lệ". Trong một kết nối, thiết bị sẽ nhảy trong dải tần số qua tất cả các kênh.

2) Cách sử dụng Beacon

Thiết bị Beacon chỉ sử dụng kênh quảng bá nên không có bước kết nối nào liên quan đến BLE. Theo nghĩa đen của đèn hiệu, thiết bị này sẽ gửi các gói dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định và dữ liệu đã gửi có thể được lấy bởi một thiết bị chính như điện thoại di động.

6. Giới thiệu về việc sử dụng công nghệ iBeacon

Phần sau chủ yếu giới thiệu cách sử dụng iBeacon.

1) Thuộc tính của iBeacon

iBeacon thực chất là một thông tin vị trí, vì vậy Apple đã tích hợp chức năng iBeacon vào Core Location. Có ba thuộc tính để xác định iBeacon: ProximityUUID, chính và phụ.

a) ProximityUUID là một NSUUID, được sử dụng để xác định công ty. IBeacon được sử dụng bởi mỗi công ty và tổ chức phải có cùng một UUID lân cận, còn được gọi là UUID.

b) Chính được sử dụng để xác định một nhóm các báo hiệu có liên quan. Ví dụ, trong ứng dụng của một chuỗi siêu thị, báo hiệu của mỗi chi nhánh phải có cùng một ngành hàng. Vai trò của chính tương tự như việc phân nhóm để quản lý tốt hơn một số lượng lớn các thiết bị Beacon.

c) Người vị thành niên được sử dụng để phân biệt một đèn hiệu cụ thể. Đó là quản lý số lượng các thiết bị Beacon trong cùng một nhóm. Ví dụ, trong một chuỗi siêu thị, có thể phân biệt các sản phẩm khác nhau trên một kệ nào đó.

Nếu các thuộc tính này không được chỉ định, nó sẽ bị bỏ qua khi thiết bị được khớp. Ví dụ: CLBeaconRegion chỉ xác định xác suấtUUID có thể khớp với tất cả các thiết bị báo hiệu của một công ty.

2) Định dạng khung iBeacon

Sau đây là định dạng khung gói tin quảng bá iBeacon. Chúng ta biết rằng định dạng khung bao gồm các tham số như độ dài phát sóng, loại, ID công ty, loại iBeacon, độ dài iBeacon, UUID, Chính, Nhỏ và Công suất TX.

ID Công ty là để hiển thị logo của công ty. Ví dụ: UUID 16 bit mà các công ty sau áp dụng cho Bluetooth SIG: Baidu (0xFDC2, 0xFDC3), Xiaomi (0xFDAB, 0xFDAA, 0xFE95), Alibaba (0xFE3C), Nordic (0xFE59, 0xFE58).

7. Giới thiệu về việc sử dụng công nghệ Eddystone

Sau đây chủ yếu giới thiệu cách sử dụng Eddystone.

1) Thuộc tính của Eddystone

Eddystone không chỉ hỗ trợ mã nguồn mở mà còn hỗ trợ nhiều framework. Apple iBeacon và Google “Web trong cuộc sống” trước đây chỉ hỗ trợ một khuôn khổ.

Eddystone tương thích với nhiều khuôn khổ và các nhà cung cấp beacon khác nhau bán beacon cho các mục đích khác nhau. Có nghĩa là cả điện thoại iOS và Android đều có thể nhận được tín hiệu Google Eddystone Beacon. Đây là một tin rất vui cho những thương gia cần đẩy mạnh thông tin cửa hàng. Điều đó cũng có nghĩa là tất cả điện thoại di động đều có thể nhận tin nhắn đẩy thay vì bị hạn chế bởi hệ thống iOS như iBeacon.

Eddystone nhiều khung chứa dữ liệu ở bốn định dạng: UID, URL, TLM và EID.

UID của Eddystone ban đầu được dự định để tương thích với UUID iBeacon. Nó phá vỡ giới hạn của chỉ iBeacon UUID, UID có thể được thiết lập tự do bởi người bán. Ứng dụng có thể chọn chỉ chấp nhận tin nhắn từ UID này. Với một UID duy nhất, ứng dụng người bán cũng có thể xác định vị trí của người dùng trên thế giới và gửi thông tin liên quan, chẳng hạn như phiếu giảm giá, kết nối Wi-Fi, v.v.

URL liên kết rõ ràng là được sử dụng rộng rãi hơn và đơn giản hơn UID. Có các trình duyệt trên bất kỳ điện thoại di động nào và chúng có thể mở URL. Trong quá trình truyền tải một lần này, người dùng không muốn tải xuống ứng dụng để nhận thông tin đẩy và URL chắc chắn là lựa chọn tốt nhất.

Các TLM khung đo từ xa rất hữu ích cho các công ty cần kiểm soát một số lượng lớn các đèn hiệu. Hầu hết các đèn hiệu đều chạy bằng pin và nó cần được thay thế hoặc sạc lại sau một khoảng thời gian. Khung dữ liệu đo từ xa cho phép beacon gửi trạng thái của chính nó như thông tin về nguồn điện cho nhân viên xung quanh, để nhân viên đó có thể được nhắm mục tiêu để bảo trì và thay thế.

EID là một khung bảo mật. Nó là một đèn hiệu chỉ cho phép người dùng được ủy quyền đọc thông tin. Ví dụ, trong một công ty, các đèn hiệu được đặt ở tiền sảnh để phát đến tất cả khách hàng và khách tham quan. Tuy nhiên, hãng cũng có thông tin chỉ muốn phát cho nhân viên. Rõ ràng là họ không muốn những thông tin này bị khách hàng và khách xem.

2) Định dạng khung Eddystone

Eddystone không sử dụng trường dữ liệu nhà sản xuất, nhưng đặt giá trị 0xFEAA trong trường UUID dịch vụ 16-bit hoàn chỉnh và sử dụng trường dữ liệu dịch vụ liên quan để chứa thông tin Báo hiệu. Đây là chi tiết đầy đủ.