Med elektronikken i retning av IoT, maskin til maskinkommunikasjon og tilkoblede enheter, er designingeniører konstant på jakt etter å finne en sublim modus for kommunikasjonsteknikk for å utveksle informasjon mellom to elektroniske enheter. Mens det allerede er mange muligheter å velge mellom som BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox osv., Har et selskap som heter Chirp utviklet en SDK som tillater utveksling av data over lyd ved ganske enkelt å bruke enhetshøyttaleren og mikrofonen uten behov for paring. I tillegg er SDK plattformuavhengig og støtter også datakommunikasjon med lite strøm.
SDK koder dataene til en unik lydstrøm og spiller den gjennom enhetens høyttaler. Denne lydstrømmen kan deretter hentes av en hvilken som helst enhet ved hjelp av en mikrofon og dekode den for å få den faktiske meldingen. SDK er plattform og støtter allerede blant annet Android, iOS, Windows og python. Den kan også brukes i mikrokontrollerplattformer som ARM og støtter utviklingsplattform som ESP32 og Raspberry Pi. For å vite mer om Chirp og dens mulige applikasjoner, henvendte Circuit Digest seg til Dr. Daniel Jones - CTO for Chirp, for å diskutere noen spørsmål. Svarene som er innkapslet nedenfor
1. Hva er teknologien bak kvitring og hvordan fungerer den?
Kvitring er en måte å overføre informasjon ved hjelp av lydbølger. I motsetning til Wi-Fi eller Bluetooth som bruker radiofrekvenser, koder Chirp data i toner som kan spilles (overføres) ved hjelp av hvilken som helst datamaskinhøyttaler og mottas gjennom hvilken som helst datamaskinmikrofon uten behov for ekstra maskinvare som RF-brikker. Dette gjør at Chirp kan brukes på alle forbrukerenheter som har høyttaler og mikrofon, som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, PA-system osv. Og kan overføre informasjon selv gjennom YoutTube-strøm eller TV-kringkasting.
De kodede hørbare tonene som spilles gjennom høyttaleren er utsatt for mennesker, og det høres ut som et lite stykke digital fuglesang, derav navnet "kvitring". Men vi kan også utnytte det faktum at datamaskinhøyttalere og mikrofon faktisk også kan fungere med ultralydfrekvenser som er uhørlige for menneskelige ører, på denne måten kan vi også overføre informasjon over lyd som vi ikke kan høre.
2. Med så mange trådløse kommunikasjonsprotokoller rundt oss som BLE, NFC, RFID, LoRa osv. Hvorfor trenger vi fortsatt kvitring? Hva er unikt med det?
En grunn vil være Chirps ekstremt lave friksjon. I motsetning til Bluetooth eller Wi-Fi kan jeg bruke Chirp til å umiddelbart starte en til mange kommunikasjon for å dele en melding med alle rundt meg uten å måtte parre med dem. Det gjør det mye lettere å dele noe raskt og enkelt til alle rundt i rommet eller rundt bordet. Det er veldig nyttig for å få kontakt med mennesker jeg ikke har møtt før eller for å kommunisere med maskinen som jeg kanskje ikke har møtt før. For eksempel å åpne et smart skap eller dele et visittkort osv.
Bortsett fra det, mye tid ser vi også at chirp blir brukt i Peer to Peer Communication også. For eksempel bruker Shuttl et indisk busselskap Chirp mellom bussjåføren og passasjeren for å sjekke om personen har gått om bord i bussen og om billetten hans er innløst.
3. Er det mulig å sette opp en nettkommunikasjon med Chirp? Kan jeg kommunisere med flere enheter?
Ja, en av de viktigste tingene du må huske om lyd, er at det er en type kommunikasjon, som betyr at alt i nærheten som er innenfor det hørbare området til senderen vår vil høre lyden og motta dataene. Dette har både fordeler og begrensninger. Fordelen er at det er veldig enkelt å dele multicast. For ting som nettverksnettverk vil det muligens fungere, men du trenger en sekvens av mottakere innenfor hørselsområdet til hverandre. Så, vi pleier å bruke kvitre mer for en til mange kringkastingsscenarier.
4. Hvordan kan Chirp fungere uten parring? Fører dette til datasikkerhetsproblemer?
Vi har en veldig liten Demo-app kalt “Chirp Messenger” (tilgjengelig på Android- og iOS-butikken) som viser hvordan SDK-en vår fungerer. For å sende en melding kan brukeren skrive inn meldingen og trykke send, som vil legge meldingen inn i en hørbar tone og spille den gjennom telefonhøyttaleren min. Så alle enheter i nærheten som kjører utviklerpakket vårt, kan motta disse lydtonene via mikrofonen. Disse lydtonene dekodes til den sammensatte frekvensen, og feilkorreksjon brukes for å motvirke effekten av støy og forvrengning for å oppnå den faktiske meldingen. På denne måten er Chirp helt paringsfritt, alt som trengs er å høre tonene og dekode dem.
Det er noen sikkerhetsimplikasjoner som kan brukes når du sender sensitive data gjennom Chirp, som å legge noen sikkerhetsfunksjoner på den eksisterende protokollen. Siden Chirp bare er et overføringsmedium, kan du legge inn alt i disse tonene. For eksempel kan du bruke RSA- eller AES-kryptering for å gjøre dataene dine kryptert før du sender dem over en brikke og deretter dekryptere dem ved hjelp av kryptering med offentlig nøkkel.
5. Er Chirp liten nok til å brukes med innebygde kontrollere med lav effekt? Hvor mye strøm bruker den?
Vi prøver å optimalisere SDK så mye som mulig. Vi har et fantastisk innebygd DSP-team som kutter alle unødvendige biter og byte av koden for å redusere CPU-syklusen. Årsaken til det er at et av de store områdene vi ser opptak er med den innebygde feltbrikken. Spesielt hvis du vil kommunisere med IoT-enheter med lav effekt og lav spesifikasjon. Vår SDK kan til og med kjøre på en ARM Cortex M4-prosessor som kjører på 90 MHz frekvens med mindre enn 100 kB RAM.
Effektmålingene på Cortex-M4-kontrollere, målt på utviklingsbrettene våre, var rundt 20mA når vi lyttet aktivt og mindre enn 10uA i vekke-på-lyd-modus med 90M sykluser per sekund. Våkningsmodus bruker mikrofoner med lavt strømforbruk fra en produsent som heter Vesper, som alltid gir null strøm på mikrofonen. På denne måten vil mikrofonen aktivt lytte etter lyd, og når den hører et kryp, vil den vekke Cortex-kontrolleren fra hvilemodus for å dekode dataene.
6. Hva vil kommunikasjonsområdet og nyttelasten for Chirp Communication være?
Når det gjelder rekkevidde, avhenger alt av hvor høyt signalet overføres av høyttaleren. Jo høyere volumet på sendingen er jo lenger rekkevidde, dette er fordi for å motta informasjonen mikrofonene måtte høre til den først. Vi kan kontrollere rekkevidden ganske enkelt ved å kontrollere lydtrykknivået til den emitterende enheten. I den ytterste enden kan du kringkaste en kvitring til et helt stadion som overfører dataene dine hundrevis av meter unna, eller du kan senke høyttalervolumet og overføre dataene dine i et rom.
Når det gjelder datahastigheten, støyer den akustiske kanalen, og det er derfor ikke en hastighet som kan brukes til å konkurrere med Bluetooth eller Wi-Fi. Vi snakker om hundrevis av biter per sekund og ikke i megabit. Hvilket betyr at Chirp anbefales for å bli brukt til å sende små data som tokenverdier etc. Våre raskeste protokoller kjører med 2,5 kb / sek, men disse er for scener i NFC-stil i kort rekkevidde. Over et veldig langt område vil datahastigheten være 10 bit per sekund.
7. Siden data blir utvekslet ved hjelp av lydbølger, hvordan vil det være immun mot miljøstøy?
Naturligvis er miljøet rundt oss utrolig støyende, fra restauranter til industrielle scenarier er bakgrunnsstøy alltid til stede. Vi kom opprinnelig ut av en research University College London, Computer Science Lab, som primært så på problemet med hvordan man kunne kommunisere akustisk i et støyende miljø. Og vi har flere doktorgrader og professorer som prøver å knekke dette problemet. Det er her mange utforskninger fokuserer, og vi har flere patenter på dette området.
Som et bevis på dette har vi operert med suksess i et atomkraftverk her i Storbritannia. Vi ble hentet av et selskap som heter EDF energy for å sende ultralyd nyttelast over 80 meters rekkevidde i de utrolig øredøvende bakgrunnsmiljøene opptil 100 desibel som vi må bruke forsvarere. Likevel klarte vi å oppnå 100% dataintegritet over en 18-timers test av utstyret.
8. Hva er de andre maskinvareplattformene med lite strøm som støttes av Chirp?
Vi har allerede en stabil SDK for ARM Cortex M4 og M7, og neste gang jobber vi med å sende bare SDK for ARM Cortex M0, som er en fastpunktsprosessor som ikke har flytende punktarkitektur. Vi støtter også ESP32 gjennom Arduino-plattformen, og har også begynt å se på FPGA-støtte for ekstremt effektive prosesser.
9. Hvor brukes chirp for tiden, kan du gi oss noen få eksempler på brukstilfeller?
Nærhetsdeteksjon er en veldig god applikasjon. Fordi bare mennesker i nærheten av deg kan høre kvitringene dine, kan det brukes som en heuristikk for å vite hvem som er rundt deg. Kirp brukes av en enorm sosial spillplattform kalt Roblox som en måte for de unge spillerne å oppdage andre mennesker i nærheten av dem, effektivt ved hjelp av ultralydkvittering. På denne måten kan jeg trekke ut mobilen min, og den vil fungere som et ultralydsfyr som skal oppdages av andre spillere i rommet for å starte en spilløkt.
Vi er også i ferd med å starte et partnerskap med et stort selskap for møterom for å hjelpe dem med innendørs navigering ved hjelp av Chirp. Når du går fra rom til rom i en bygning, er det ganske viktig for enheten din å vite hvilket rom du er i. Med denne organisasjonen bruker vi chirp som en måte for din bærbare eller mobil å fortelle hvilket rom du er for øyeblikket på og lar deg opprette forbindelse til et møterom.
10. Hva er lisensvilkårene for Chirps SDK? Hva slags lojalitet er det involvert?
For mindre bedrifter er hobbyister og DIY-produsenter Chirp helt gratis opptil 10.000 aktive brukere hver måned. Dette er fordi vi virkelig vil se folk som bruker teknologien vår og utviklermiljøet eksperimentere med den. Bortsett fra det vil vi også støtte småbedrifter. For større bedrifter og kunder pleier vi å belaste dem et årlig gebyr