Małe jest piękne. Szczególnie znaczenie tego słowa docenia się w szeroko pojętym Internecie Rzeczy (IoT). Wielu hobbystów szuka technologii , którą by można było zastosować w "inteligentnym domu".
Sam jestem na etapie dumania w kierunku jakiej technologii tu pójść . Jeśli mamy już dom to prucie ścian pod instalację kablową raczej nie wchodzi w grę. Więc pozostaje technologia radiowa. Najprościej zastosować moduliki WiFi ale nie jest to rozwiązanie bynajmniej energooszczędne ani zdrowotne. Nie wyobrażam sobie w domu wielu punktów WiFi generujących smog elektromagnetyczny szczególnie w zakresie pracy kuchenki mikrofalowej :).
Przyglądam się zatem technologią i urządzeniom , które emitują względnie małe pola elektromagnetyczne w krótkim czasie i częściej są w trybie uśpienia niż w pracy. Takim kandydatem do odpytania jest technologia BLE 4.2 zaimplementowana w moduliku RN4871. Przyjrzymy się zatem co to za zwierz.
Na wstępie ważna informacja BHP :) Nawet słabe pole elektromagnetyczne wpływa na ograniczenie produkcji melatoniny i tym samym prawdopodobnie osłabia odporność organizmu na choroby nowotworowe. Należy zatem zwracać szczególną uwagę, by w czasie snu, szczególnie w okolicach głowy, intensywność smogu elektromagnetycznego była jak najmniejsza. Melatonina to hormon wydzielany w dużych ilościach przez szyszynkę mózgową w czasie snu, likwiduje zmęczenie, zaburzenia snu, znużenie, depresje i prawdopodobnie także chroni przed rakiem.
Wniosek stąd, że "inteligencję domu" podczas snu lepiej również uśpić :) szczególnie kiedy inteligencja opiera się o technologie radiowe.
Cóż to takiego te BLE (Bluetooth Low Energy) ? otóż jest to w dużym uproszczeniu podrasowany Bluetooth w zakresie zmniejszenia poboru prądu, zwiększenia zasięgu i polepszenia bezpieczeństwa. Różnice pomiędzy klasycznym Bluetooth a BLE dobrze pokazuje poniższa tabelka :
Węzły sieci BLE działają w paśmie ISM ( Industrial, Scientific, Medical) 2.4 GHz. Pasmo w BLE podzielono na 40 kanałów w których rozróżniono kanały data (37 kanałów) i advertising (3 kanały).
Kanały data wykorzystuje się do dwustronnej komunikacji miedzy urządzeniami a kanały advertising do wyszukiwania urządzeń, transmisji rozgłoszeniowej oraz do nawiązywania połączenia.
Aby zmniejszyć wrażliwość na zakłócenia komunikacji bezprzewodowej w BLE zastosowano przełączanie częstotliwości tzw frequency hopping. Ta technologia łączności przyszła z wojska gdzie była powszechnie stosowana. Tak to już jest , że technologie do cywila są transferowane po wielu latach ich używania w wojsku czy instytucjach z wojskiem związanych.
I tu dygresja - ciekawą technologią , która w ostatnim czasie trafiła do cywila są ogniwa chemiczne wytwarzające energię ze słonej wody ze zwykłej słonej wody !!! Zbudowano już samochód napędzany taką technologią , zasięg ok 480 km na baku słonej wody i moc ok 600 KM . Taki samochód zobaczymy w Niemczech (np model Quant) a u nas na razie można kupić zabawki z namiastką tej technologii. Z tego co mi się również obiło o uszy , jankesi pracują nad silnikami do samolotów napędzanymi słoną wodą.
Dobra koniec dygresji.
Podczas transmisji skaczemy w/g określonego algorytmu po 37 kanałach data lub po 3 kanałach w przypadku np rozgłaszania.
W sieci BLE wyróżniamy węzły typu master oraz slave . Węzły master mogą równocześnie komunikować się z większą liczbą węzłów slave, a węzły slave mogą nawiązać połączenie wyłącznie z jednym węzłem master. Taka sieć ma topologię gwiazdy. Urządzenie może należeć tylko do jednej takiej sieci.
Transmisję inicjuje węzeł master. Jeżeli węzeł slave odbierze nadany pakiet, powinien przesłać informację zwrotną z potwierdzeniem odbioru. Urządzenie pełniące funkcję mastera, nie musi na to odpowiadać
Jeżeli ani węzeł master, ani węzeł slave nie mają więcej danych do przesłania, proces komunikacji zostaje zakończony i węzły mogą przejść w tryb uśpienia.
Urządzenie BLE aby realizować funkcje sieciowe musi posiadać stos i taki ma na pokładzie nasz fajniutki modulik RN4871. Tu nie będę przynudzał o GATT, L2CAP,GAP etc.
Ciekawą rzeczą jest natomiast jak uzyskano w BLE oszczędność energetyczną. Uzyskano to m.in poprzez :
- ograniczenie nasłuchu tylko na 3 kanałach ( w klasycznym Bluetooth na 32 kanałach) średni czas sprawdzenia kanałów to ok 1 ms,
- węzły slave przez większość czasu są uśpione, wychodzą z tego stanu tylko na krótki moment wymiany danych z masterem, cała transmisja zajmuje ok 3 ms.
- nadawanie i odbiór zsynchronizowane są za pomocą TDMA (Time Division Multiple Access),
- krótkie pakiety danych,
- modulacja GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) dająca lepsze parametry transmisji i zwiększająca niezawodność jej.
BLE z numerkiem 4.2 daje ciekawą funkcjonalność w postaci profilu obsługi protokołu internetu (IPSP), który pozwala urządzeniom na posiadanie własnego adresu IPv6. Dzięki temu mogą się one łączyć z Internetem bezpośrednio z urządzenia brzegowego bez potrzeby stosowania urządzeń pośrednich, takich jak smartfon pełniący rolę bramy lub koncentrator (hub). Umożliwienie urządzeniom Bluetooth wysyłania i odbioru pakietów IP dzięki ISPS sprawia, że mogą one komunikować się również z innymi urządzeniami, które nie obsługują Bluetooth, ale obsługują IP – na przykład z urządzeniami sieci 6LoWPAN. To znacząco zwiększa możliwości ich wykorzystania.
Ponadto standard ten zawiera wiele ważnych funkcji, które pozwalają urządzeniom korzystać z usług sieci internetowej przy użyciu standardowego protokołu HTTP. Funkcje te obejmują nowy interfejs aplikacji (API), dzięki którym użytkownik może bezpiecznie rozpoznać i wejść w interakcję z urządzeniami Bluetooth za pośrednictwem Internetu. Tymi urządzeniami mogą być na przykład czujniki lub układy wykonawcze inteligentnego domu, między innymi czujniki okienne lub zamki w drzwiach. Właściciel domu może rozpoznać te urządzenia, sprawdzić ich status i przeprowadzić ich regulację przy pomocy takich urządzeń jak router czy inteligentny telewizor. W ten sam sposób właściciel inteligentnego domu może kontrolować wszystkie urządzenia znajdujące się w obrębie domu za pomocą smartfonu, tabletu lub komputera PC z łącznością Bluetooth bez potrzeby wykorzystania dodatkowej bramy.
I tu dygresja - ciekawą technologią , która w ostatnim czasie trafiła do cywila są ogniwa chemiczne wytwarzające energię ze słonej wody ze zwykłej słonej wody !!! Zbudowano już samochód napędzany taką technologią , zasięg ok 480 km na baku słonej wody i moc ok 600 KM . Taki samochód zobaczymy w Niemczech (np model Quant) a u nas na razie można kupić zabawki z namiastką tej technologii. Z tego co mi się również obiło o uszy , jankesi pracują nad silnikami do samolotów napędzanymi słoną wodą.
Dobra koniec dygresji.
Podczas transmisji skaczemy w/g określonego algorytmu po 37 kanałach data lub po 3 kanałach w przypadku np rozgłaszania.
W sieci BLE wyróżniamy węzły typu master oraz slave . Węzły master mogą równocześnie komunikować się z większą liczbą węzłów slave, a węzły slave mogą nawiązać połączenie wyłącznie z jednym węzłem master. Taka sieć ma topologię gwiazdy. Urządzenie może należeć tylko do jednej takiej sieci.
Transmisję inicjuje węzeł master. Jeżeli węzeł slave odbierze nadany pakiet, powinien przesłać informację zwrotną z potwierdzeniem odbioru. Urządzenie pełniące funkcję mastera, nie musi na to odpowiadać
Jeżeli ani węzeł master, ani węzeł slave nie mają więcej danych do przesłania, proces komunikacji zostaje zakończony i węzły mogą przejść w tryb uśpienia.
Urządzenie BLE aby realizować funkcje sieciowe musi posiadać stos i taki ma na pokładzie nasz fajniutki modulik RN4871. Tu nie będę przynudzał o GATT, L2CAP,GAP etc.
Ciekawą rzeczą jest natomiast jak uzyskano w BLE oszczędność energetyczną. Uzyskano to m.in poprzez :
- ograniczenie nasłuchu tylko na 3 kanałach ( w klasycznym Bluetooth na 32 kanałach) średni czas sprawdzenia kanałów to ok 1 ms,
- węzły slave przez większość czasu są uśpione, wychodzą z tego stanu tylko na krótki moment wymiany danych z masterem, cała transmisja zajmuje ok 3 ms.
- nadawanie i odbiór zsynchronizowane są za pomocą TDMA (Time Division Multiple Access),
- krótkie pakiety danych,
- modulacja GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) dająca lepsze parametry transmisji i zwiększająca niezawodność jej.
BLE z numerkiem 4.2 daje ciekawą funkcjonalność w postaci profilu obsługi protokołu internetu (IPSP), który pozwala urządzeniom na posiadanie własnego adresu IPv6. Dzięki temu mogą się one łączyć z Internetem bezpośrednio z urządzenia brzegowego bez potrzeby stosowania urządzeń pośrednich, takich jak smartfon pełniący rolę bramy lub koncentrator (hub). Umożliwienie urządzeniom Bluetooth wysyłania i odbioru pakietów IP dzięki ISPS sprawia, że mogą one komunikować się również z innymi urządzeniami, które nie obsługują Bluetooth, ale obsługują IP – na przykład z urządzeniami sieci 6LoWPAN. To znacząco zwiększa możliwości ich wykorzystania.
Ponadto standard ten zawiera wiele ważnych funkcji, które pozwalają urządzeniom korzystać z usług sieci internetowej przy użyciu standardowego protokołu HTTP. Funkcje te obejmują nowy interfejs aplikacji (API), dzięki którym użytkownik może bezpiecznie rozpoznać i wejść w interakcję z urządzeniami Bluetooth za pośrednictwem Internetu. Tymi urządzeniami mogą być na przykład czujniki lub układy wykonawcze inteligentnego domu, między innymi czujniki okienne lub zamki w drzwiach. Właściciel domu może rozpoznać te urządzenia, sprawdzić ich status i przeprowadzić ich regulację przy pomocy takich urządzeń jak router czy inteligentny telewizor. W ten sam sposób właściciel inteligentnego domu może kontrolować wszystkie urządzenia znajdujące się w obrębie domu za pomocą smartfonu, tabletu lub komputera PC z łącznością Bluetooth bez potrzeby wykorzystania dodatkowej bramy.
Nowa funkcjonalność HTTP Proxy Service (HPS) pozwala urządzeniom Bluetooth 4.2 pracować jako klienci HPS w celu współpracy z aplikacjami chmurowymi. W przypadku systemu inteligentnego domu czujniki Bluetooth 4.2 będą stanowić klientów HPS korzystających z usług HPS dostępnych w domowych ruterze, aby przesyłać dane do aplikacji chmurowej, na przykład usługi zarządzającej zużyciem energii etc.
Powyższych funkcjonalności nie widzę opisanych w dokumentacji modułu RN4871 ale nie wszystkie dostępne materiały przejrzałem.
Moduł firmy Microchip RN4871 jest kompletnym i gotowym do implementacji rozwiązaniem w standardzie BLE 4.2. Układ scalony zawiera kontroler pasma podstawowego , stos protokołów BLE 4.2, cyfrowe i analogowe wejścia/wyjścia i wzmacniacz mocy RF. Moduł łączy się z systemem hosta za pośrednictwem prostego interfejsu UART i wygodnego interfejsu aplikacji obsługiwanego komendami ASCII. Moduł można zamówić w wersji z wbudowaną anteną ceramiczną lub w wersji nieekranowanej, która ma złącze dla zewnętrznej anteny. Moduł jest naprawdę malutki jego wymiary to ok 9 x 11.5 mm. Pierwsze co mi przyszło do głowy jak go zobaczyłem (na razie na obrazku) to sparowanie modułu z fajnym mikrokontrolerem 32-bitowym - PIC32MM , obudowa tego mikrokontrolera jest po prostu miniaturystyczna 4 x 4 mm ale jeszcze dająca się dojrzeć pod lupą :) lub mniej hardcorowa ale równie minimalistyczna 7 x 7 mm w wersji 48 pin , idealnie nadaje się do pary z modułem RN4871. Tak mi po głowie chodzi zrobić projekt płyteczki pod taki uroczy dublet i zasilany bateryjnie. Bardzo ciekawi mnie zasięg tych modulików, czy dadzą radę np przebić się z sygnałem przez 2 poziomy w budynku. Z tego co podaje jeden ze sprzedawców tego modułu to maksymalny zasięg w terenie otwartym to 100 m. Zapisuje więc na stertę stosu zadań do realizacji przetestować ten modulik w praktyce.
Warto jeszcze nadmienić , że moduł może pracować autonomicznie bez MCU, ma do tego zaimplementowany interpreter skryptów. Jeśli moduł ma spełniać jakieś nieskomplikowane zadanie to można się bawić w pisanie skryptów. Skrypt jest ograniczony do 1000 bajtów.
Koszt modułu RN4871 to 6 EUR.
BLE ma zdecydowaną przewagę nad innymi standardami łączności bezprzewodowej, ponieważ oprócz niskiego poboru mocy i odpowiedniego zasięgu gwarantuje też dostępność w niemal wszystkich obecnie wykorzystywanych urządzeniach przenośnych. Dodatkowe zalety wprowadzone w wersji standardu BLE 4.2 to łatwa łączność przez IP, ulepszone zabezpieczenia i ochrona prywatności, jak też szybsze transfery.
Standard BLE podlega dynamicznemu rozwojowi, na horyzoncie jest już BLE 5 , który ma podobno znacznie większy zasięg (w terenie otwartym do 750 m) i większą szybkość transmisji. Kolejnym trendem jest integracja BLE z MCU w jednej obudowie. Będę z zainteresowaniem śledził rozwój tej technologii bo z tego co widzę nie ma jedynie słusznego standardu radiowego dla zastosowań IoT i nie wynika to tylko z technologii ale z ograniczeń różnego rodzaju narzuconych sztucznie przez producentów np co do wybrańców mogących produkować urządzenia z oficjalnym standardem LoRa (nie mam tu na myśli chińskich podróbek) czy też ograniczenia w Sigfox na ilość przesłanych komunikatów dziennie etc.
Pozdrawiam
picmajster.blog@gmail.com
Linki :
RN4871 - datasheet
RN4871 - manual
BLE 4.2 - bezpieczeństwo
Warto jeszcze nadmienić , że moduł może pracować autonomicznie bez MCU, ma do tego zaimplementowany interpreter skryptów. Jeśli moduł ma spełniać jakieś nieskomplikowane zadanie to można się bawić w pisanie skryptów. Skrypt jest ograniczony do 1000 bajtów.
Koszt modułu RN4871 to 6 EUR.
BLE ma zdecydowaną przewagę nad innymi standardami łączności bezprzewodowej, ponieważ oprócz niskiego poboru mocy i odpowiedniego zasięgu gwarantuje też dostępność w niemal wszystkich obecnie wykorzystywanych urządzeniach przenośnych. Dodatkowe zalety wprowadzone w wersji standardu BLE 4.2 to łatwa łączność przez IP, ulepszone zabezpieczenia i ochrona prywatności, jak też szybsze transfery.
Standard BLE podlega dynamicznemu rozwojowi, na horyzoncie jest już BLE 5 , który ma podobno znacznie większy zasięg (w terenie otwartym do 750 m) i większą szybkość transmisji. Kolejnym trendem jest integracja BLE z MCU w jednej obudowie. Będę z zainteresowaniem śledził rozwój tej technologii bo z tego co widzę nie ma jedynie słusznego standardu radiowego dla zastosowań IoT i nie wynika to tylko z technologii ale z ograniczeń różnego rodzaju narzuconych sztucznie przez producentów np co do wybrańców mogących produkować urządzenia z oficjalnym standardem LoRa (nie mam tu na myśli chińskich podróbek) czy też ograniczenia w Sigfox na ilość przesłanych komunikatów dziennie etc.
Pozdrawiam
picmajster.blog@gmail.com
Linki :
RN4871 - datasheet
RN4871 - manual
BLE 4.2 - bezpieczeństwo
Dzień dobry,
OdpowiedzUsuńnapisałeś, że "Nawet słabe pole elektromagnetyczne wpływa na ograniczenie produkcji melatoniny i tym samym prawdopodobnie osłabia odporność organizmu na choroby nowotworowe.". Jakieś wiarygodne badania naukowe potwierdzające tę tezę?
Pozdrawiam
W sumie na postawione przez ciebie zaczepnie pytanie , mógłbym przekornie zapytać a czy są jakieś badania , które przeczą tej tezie :)
OdpowiedzUsuńAle co mi tam, źródeł możesz szukać m.in. w tej informacji :) ..."W roku 2001 dr Masami Ishido wykazał razem ze swoimi współpracownikami z Krajowego Instytutu Studiów nad Środowiskiem Naturalnym Japonii, że rak piersi leczony melatoniną wznawia swój wzrost, kiedy zostaje wystawiony na działanie promieniowania elektromagnetycznego. Badacze ci ustalili, że pola magnetyczne zakłócają system sygnalizacyjny komórek - ich wewnętrzną sieć komunikacyjną, która określa, w jaki sposób reagują one na swoje środowisko. W trakcie badań zakwestionowali także jeden z aksjomatów toksykologii, który głosi, że mniej oznacza lepiej, a więcej - gorzej. Efekt promieniowania elektromagnetycznego o natężeniu 12 miligausów był prawie taki sam, jak w przypadku pola o prawie stukrotnie większym natężeniu wynoszącym 1 gaus. Dr Ishido znalazł nawet dowody na to, że efekty były silniejsze przy mniejszej dawce promieniowania elektromagnetycznego niż przy większej. Ten mechanizm pomógł wyjaśnić, dlaczego zmniejszenie poziomu melatoniny przez promieniowanie elektromagnetyczne jest przyczyną wielu nowotworów, w tym raka piersi, prostaty, odbytu, jajników, czerniaka i dziecięcej białaczki......"
Inna sprawa to pojęcie „wiarygodne badanie naukowe” czy mógłby kolega przybliżyć co rozumie pod tym pojęciem ??? bo jeśli chodzi o zdrowie człowieka i wogóle wiarygodność naukowców w tej kwestii jest mocno budząca co najmniej kontrowersje. Choć jest w tej materii chlubny wyjątek naukowca ,który nie dopuścił do tragedii w USA nie dopuszczając na rynek „leku” Taliomid : https://pl.wikipedia.org/wiki/Talidomid. Co ciekawe lek ten jest obecnie podawany chorym na szpiczaka mnogiego ale jak przeczytamy na stronach Instytutu Hematologi coś w tym stylu, że „..nie są znane mechanizmy działanie tego leku....” Czyli lek morderca został ponownie dopuszczony w innych jednostkach chorobowych a jak działa i jakie mogą być skutki uboczne to do końca nie wiadomo. Wyrazy współczucia ludziom , którzy pełni ufności oddają się w łapy takich kanonów medycznego „leczenia” nowotworów.
Ja nie potrzebuję badań naukowych potwierdzających tezę, że smog elektromagnetyczny ma niekorzystny wpływ na nasze zdrowie tak samo jak nie potrzebuję badań naukowych potwierdzających niekorzystny wpływ zwykłego smogu. Lawina zachorowań na nowotwory i koszmarne prognozy w tej materii na przyszłość jest dla mnie wystarczającym dowodem na to , że coś z tą cywilizacją jest nie tak.
Tu jeszcze garść ciekawych informacji :
OdpowiedzUsuńW roku 2011 WHO (World Health Organization – Światowa Organizacja Zdrowia) podała, iż promieniowanie WiFi jest „możliwym dla ludzi czynnikiem rakotwórczym” klasyfikując je do kategorii 2b. Z wytycznych WHO korzysta większość krajów świata.
Izrael: od lipca 2009 roku jest zabroniona sprzedaż instalacji bezprzewodowych sieci
WLAN i telefonii komórkowej w budynkach mieszkalnych.
Izraelskie Ministerstwo Edukacji od 2013 roku całkowicie zrezygnowało z sieci bezprzewodowych w szkołach podstawowych.
W lutym 2015 rząd Francji wprowadził całkowity zakaz używania Wi-Fi w przedszkolach, a w szkołach podstawowych znacząco go ograniczył.Rząd Niemiec zaleca, by gdy to tylko możliwe, unikać korzystania z Wi-Fi w miejscu pracy i domu.
Władze Los Angeles nakazały szkołom i uczelniom ograniczyć kontakt uczniów z promieniowaniem Wi-Fi – limit wprowadzony w tym mieście jest o 10 tysięcy razy niższy niż standard przyjęty przez amerykański rząd.
Można oczywiście z przymrużeniem oka traktować te doniesienia być może nawet nie we wszystkich przypadkach takie decyzje wynikały z „wiarygodnych badaniach naukowych” ale ze zdrowego rozsądku , tak samo jak nie było przez wiele lat „wiarygodnych badań naukowych” nad szkodliwością azbestu i eternitu wykorzystywanych w instalacjach budowlanych. W oczekiwaniu na „wiarygodne badania naukowe” musiało wielu ludzi iść do piachu z powodu tej trucizny, problemem dodatkowym było wykazanie związku z chorobami, które powstawały po 10 i więcej latach .
Pozdrawiam
PICmajster