Uz elektroničko brujanje prema IoT-u, Machine to Machine Communication i povezanim uređajima, dizajneri su u stalnoj potrazi za pronalaženjem uzvišenog načina komunikacijske tehnike za razmjenu informacija između dva elektronička uređaja. Iako već postoji mnogo opcija za odabir poput BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox itd., Tvrtka Chirp razvila je SDK koji omogućuje razmjenu podataka preko zvuka jednostavnom upotrebom zvučnika uređaja i mikrofona bez potrebe za paring. Povrh svega, SDK je neovisan o platformi i također podržava podatkovnu komunikaciju male snage.
SDK kodira podatke u jedinstveni audio tok i reproducira ih kroz zvučnik uređaja, a taj audio tok tada može pokupiti bilo koji uređaj pomoću mikrofona i dekodirati ga da bi se dobila stvarna poruka. SDK je višestruka platforma i već između ostalih podržava Android, iOS, Windows i python. Također se može koristiti u platformama mikrokontrolera poput ARM-a i podržava razvojnu platformu poput ESP32 i Raspberry Pi. Kako bi saznao više o Chirpu i njegovim mogućim primjenama, Circuit Digest se obratio dr. Danielu Jonesu, tehničkom direktoru Chirpa, kako bi razgovarao o nekoliko pitanja. Odgovori na koje su navedeni u nastavku
1. Koja je tehnologija koja stoji iza cvrkutanja i kako to funkcionira?
Cvrkut je način prijenosa informacija pomoću zvučnih valova. Za razliku od Wi-Fi-ja ili Bluetootha koji koriste radio frekvencije, Chirp kodira podatke u tonovima koji se mogu reproducirati (prenijeti) putem bilo kojeg zvučnika računala i primiti putem bilo kojeg računalnog mikrofona bez potrebe za dodatnim hardverom poput RF čipova. To omogućuje Chirp upotrebu na bilo kojem potrošačkom uređaju koji ima zvučnik i mikrofon, poput mobilnih telefona, prijenosnih računala, PA sustava itd., A može prenositi informacije čak i putem YoutTube streama ili TV prijenosa.
Kodirani zvučni tonovi koji se puštaju kroz zvučnik osjetljivi su na ljude i zvuči poput malenog dijela digitalne ptičje pjesme, pa otuda i naziv "cvrkut". Ali također možemo iskoristiti činjenicu da računalni zvučnici i mikrofon zapravo mogu raditi i s ultrazvučnim frekvencijama koje su nečujne za ljudske uši, na taj način možemo prenositi i informacije putem zvuka koji ne možemo čuti.
2. S toliko protokola bežične komunikacije oko sebe poput BLE, NFC, RFID, LoRa itd. Zašto još uvijek trebamo cvrkutati? Što je jedinstveno s njim?
Jedan od razloga bit će Chirpovo izuzetno nisko trenje. Za razliku od Bluetootha ili Wi-Fi-ja, ja mogu koristiti Chirp kako bih odmah pokrenuo komunikaciju od jednog do mnogih kako bih podijelio poruku sa svima oko sebe, a da ih ne moram upariti. Puno je lakše brzo i jednostavno podijeliti nešto sa svima u sobi ili oko stola. Dolazi vrlo korisno za povezivanje s ljudima koje prije nisam upoznao ili za interakciju sa strojem koji možda prije nisam upoznao. Na primjer, otvaranje pametnog ormarića ili dijeljenje posjetnice itd.
Osim toga, puno vremena također vidimo da se Chirp koristi i u Peer to Peer komunikaciji. Na primjer, indijska autobusna kompanija Shuttl koristi Chirp između vozača autobusa i putnika kako bi provjerila je li se osoba ukrcala u autobus i je li njegova karta otkupljena.
3. Je li moguće uspostaviti mrežnu komunikaciju s Chirpom? Mogu li komunicirati s više uređaja?
Da, jedna od ključnih stvari koje treba imati na umu kod zvuka je da je to previše vrsta komunikacije, što znači da će sve u blizini što je u zvučnom opsegu našeg odašiljača čuti zvuk i primiti podatke. To ima i prednosti i ograničenja. Prednost je što je vrlo jednostavno za multicast dijeljenje. Za stvari poput mrežnog umrežavanja to bi možda moglo funkcionirati, ali trebat će vam niz prijamnika unutar dometa sluha. Dakle, obično koristimo više cvrkutanja za jedan do mnogo scenarija emitiranja.
4. Kako Chirp može raditi bez ikakvog razgovora? Dovodi li to do problema sa sigurnošću podataka?
Imamo vrlo malenu demo aplikaciju nazvanu "Chirp Messenger" (dostupna u Androidu i iOS trgovini) koja pokazuje kako funkcionira naš SDK. Da biste poslali poruku, korisnik je može upisati i pritisnuti send, koja će ugraditi poruku u zvučni ton i reproducirati je putem zvučnika mog telefona. Dakle, bilo koji uređaj u blizini, na kojem je pokrenut naš programer, može primati ove zvučne tonove putem mikrofona. Ti se audio tonovi dekodiraju na sastavnu frekvenciju i primjenjuje se korekcija pogrešaka kako bi se suprotstavili učincima buke i izobličenja kako bi se dobila stvarna poruka. Na ovaj način Chirp u potpunosti uklanja sve što je potrebno jest čuti tonove i dekodirati ih.
Postoje neke sigurnosne implikacije koje se mogu upotrijebiti prilikom slanja osjetljivih podataka putem Chirpa, poput naslojavanja nekih sigurnosnih značajki na postojeći protokol. Budući da je Chirp samo prijenosni medij, u te tonove možete ugraditi bilo što. Na primjer, možete koristiti RSA ili AES enkripciju da biste podatke šifrirali prije slanja putem čipa, a zatim ih dešifrirali pomoću kriptografije javnog ključa.
5. Je li Chirp dovoljno mali da se može koristiti s ugrađenim kontrolerima male snage? Koliko snage troši?
Nastojimo optimizirati svoj SDK što je više moguće. Imamo nevjerojatan ugrađeni DSP tim koji smanjuje sve nepotrebne bitove i bajtove s koda kako bi smanjio ciklus procesora. Razlog tome je jedno od velikih područja na kojima vidimo primanje s ugrađenim poljskim čipom. Pogotovo ako želite komunicirati s IoT uređajem male snage i niskih specifikacija. Naš SDK može raditi čak i na ARM Cortex M4 procesoru koji radi na frekvenciji od 90 MHz s manje od 100 kB RAM-a.
Mjerenja snage na Cortex-M4 kontrolerima, izmjerena na našim razvojnim pločama, iznosila su oko 20mA pri aktivnom slušanju i manje od 10uA u načinu buđenja nakon zvuka s 90M ciklusa u sekundi. Način buđenja nakon zvuka koristi mikrofone super male snage proizvođača nazvanog Vesper koji nulu uvijek uključuje na mikrofon. Na taj će se način mikrofon aktivno prikazivati za zvuk, a kad začuje pucanje, probudit će Cortex kontroler iz stanja mirovanja za dekodiranje podataka.
6. Koji bi bio opseg komunikacije i korisni teret za Chirp Communication?
Što se tiče dometa, sve ovisi o tome koliko glasno zvuk prenosi zvučnik. Što je veća glasnoća emitiranja što je daljnji opseg, to je zato što bi mikrofoni prvo trebali čuti informacije da bi ih primili. Domet možemo kontrolirati vrlo jednostavno kontrolirajući razinu zvučnog tlaka emitirajućeg uređaja. Na krajnjem kraju možete emitirati cvrkut na cijelom stadionu prenoseći vaše podatke stotinama metara dalje ili možete smanjiti glasnoću našeg zvučnika i prenositi vaše podatke u sobi.
Što se tiče brzine prijenosa podataka, zvučni kanal je bučan i stoga se ne može koristiti za nadmetanje s Bluetoothom ili Wi-Fi mrežom. Govorimo o stotinama bitova u sekundi, a ne u megabitima. Što znači da se Chirp preporučuje za slanje malih podataka poput vrijednosti tokena itd. Naši najbrži protokoli rade sa brzinom od 2,5 kb / s, ali to su scenariji kratkog dometa NFC. U vrlo velikom rasponu, brzina prijenosa podataka bila bi 10 bitova u sekundi.
7. Kako se podaci razmjenjuju pomoću zvučnih valova, kako će biti imuni na okolišnu buku?
Očito je okruženje oko nas nevjerojatno bučno, od restorana do industrijskih scenarija uvijek je prisutna pozadinska buka. Izvorno smo izašli iz istraživanja Sveučilišnog koledža u Londonu, Laboratorija za računalne znanosti, koji je prvenstveno gledao na problem akustičke komunikacije u bučnom okruženju. I imamo više doktora znanosti i profesora koji pokušavaju riješiti ovaj problem. Tu se usredotočuju mnoga istraživanja, a mi imamo više patenata u ovom području.
Kao dokaz toga, uspješno smo radili u nuklearnoj elektrani ovdje u Velikoj Britaniji. Dovela nas je tvrtka EDF energy da pošaljemo ultrazvučni teret preko 80 metara u nevjerojatno zaglušujućem pozadinskom okruženju do 100 decibela koje moramo nositi zaštitnike. Ipak smo uspjeli postići 100% integritet podataka tijekom 18-satnog testiranja opreme.
8. Koje su ostale hardverske platforme male snage koje će podržavati Chirp?
Već imamo stabilni SDK za ARM Cortex M4 i M7, a sljedeće radimo na slanju samo SDK-a za ARM Cortex M0 koji je procesor s fiksnom točkom koji nema arhitekturu s pomičnim zarezom. Podržavamo i ESP32 putem Arduino platforme, a počeli smo se baviti i FPGA podrškom za izuzetno učinkovite procese.
9. Gdje se trenutno koristi chirp, možete li nam dati nekoliko primjera slučajeva korištenja?
Detekcija blizine zaista je dobra aplikacija. Budući da samo ljudi u vašoj blizini mogu čuti vaše cvrkutanje, to se može koristiti kao heuristika da biste saznali tko je oko vas. Chirp koristi ogromna platforma za društvene igre nazvana Roblox kao način za mlade igrače da otkriju druge ljude u blizini, učinkovito koristeći ultrazvučni cvrkut. Na taj način mogu izvući svoj mobitel i on će djelovati kao ultrazvučni svjetionik koji će otkriti drugi igrači u sobi kako bi pokrenuo igraću sesiju.
Također smo pred pokretanjem partnerstva s velikom tvrtkom za sastanke koja će im pomoći u unutarnjoj navigaciji pomoću Chirpa. Dok hodate od sobe do sobe u zgradi, vrlo je važno da vaš uređaj zna u kojoj ste sobi. S ovom organizacijom koristimo cvrkutanje kao način na koji vaš laptop ili mobitel može reći u kojoj ste sobi trenutno i omogućuju vam povezivanje sa sobom za sastanke.
10. Koji su uvjeti licenciranja za Chirps SDK? O kakvoj je lojalnosti riječ?
Za manje tvrtke, hobiste i DIY izrađivače, Chirp je potpuno besplatan do 10.000 aktivnih korisnika mjesečno. To je zato što stvarno želimo vidjeti ljude koji koriste našu tehnologiju i zajednicu programera kako eksperimentiraju s njom. Osim toga, također želimo podržati malo poslovanje. Za veća poduzeća i kupce obično im naplaćujemo godišnju naknadu