Wraz z szumem elektroniki w kierunku IoT, komunikacji między maszyną i połączonymi urządzeniami, inżynierowie projektanci nieustannie poszukują wysublimowanej techniki komunikacji w celu wymiany informacji między dwoma urządzeniami elektronicznymi. Chociaż istnieje już wiele opcji do wyboru, takich jak BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox itp., Firma Chirp opracowała pakiet SDK, który umożliwia wymianę danych z dźwiękiem, po prostu używając głośnika i mikrofonu urządzenia bez potrzeby parowanie. Ponadto SDK jest niezależny od platformy i obsługuje również komunikację danych o niskim poborze mocy.
SDK koduje dane w unikalny strumień audio i odtwarza je przez głośnik urządzenia. Strumień ten może następnie zostać odebrany przez dowolne urządzenie za pomocą mikrofonu i zdekodowany w celu uzyskania rzeczywistej wiadomości. Pakiet SDK jest wieloplatformowy i obsługuje już między innymi Androida, iOS, Windows i Python. Może być również używany na platformach mikrokontrolerów, takich jak ARM, i obsługuje platformy programistyczne, takie jak ESP32 i Raspberry Pi. Aby dowiedzieć się więcej o Chirp i jego możliwych zastosowaniach, Circuit Digest zwrócił się do dr. Daniela Jonesa - CTO w Chirp, aby omówić kilka pytań. Odpowiedzi, na które przedstawiono poniżej
1. Jaka technologia stoi za chirp i jak działa?
Chirp to sposób na przekazywanie informacji za pomocą fal dźwiękowych. W przeciwieństwie do Wi-Fi lub Bluetooth, które wykorzystują częstotliwości radiowe, Chirp koduje dane w tonach, które można odtwarzać (przesyłać) za pomocą dowolnego głośnika komputerowego i odbierać przez dowolny mikrofon komputerowy bez konieczności posiadania dodatkowego sprzętu, takiego jak chipy RF. Dzięki temu Chirp może być używany na dowolnym urządzeniu konsumenckim, które ma głośnik i mikrofon, takim jak telefony komórkowe, laptopy, system PA itp., I może przesyłać informacje nawet przez strumień YoutTube lub transmisję telewizyjną.
Zakodowane słyszalne dźwięki odtwarzane przez głośnik są wrażliwe dla ludzi i brzmią jak mały kawałek cyfrowego ptasiego utworu, stąd nazwa „ćwierkanie”. Ale możemy również wykorzystać fakt, że głośnik i mikrofon komputera mogą w rzeczywistości pracować z częstotliwościami ultradźwiękowymi, które są niesłyszalne dla ludzkiego ucha, w ten sposób możemy również przekazywać informacje przez dźwięk, którego nie słyszymy.
2. Przy tak wielu protokołach komunikacji bezprzewodowej wokół nas, takich jak BLE, NFC, RFID, LoRa itp. Dlaczego nadal potrzebujemy urządzenia chirp? Co jest w nim wyjątkowego?
Jednym z powodów będzie wyjątkowo niskie tarcie Chirpa. W przeciwieństwie do Bluetooth czy Wi-Fi mogę użyć Chirp do natychmiastowego zainicjowania komunikacji jeden do wielu w celu udostępnienia wiadomości wszystkim wokół mnie bez konieczności parowania się z nimi. Znacznie ułatwia to szybkie i łatwe udostępnianie czegoś wszystkim w pokoju lub przy stole. Jest bardzo przydatny do łączenia się z ludźmi, których wcześniej nie spotkałem lub do interakcji z maszyną, której być może wcześniej nie spotkałem. Na przykład otwarcie inteligentnej szafki lub udostępnienie wizytówki itp.
Poza tym często widzimy, że Chirp jest również używany w komunikacji peer to peer. Na przykład firma Shuttl, indyjska firma autobusowa, używa Chirp między kierowcą autobusu a pasażerem, aby sprawdzić, czy dana osoba wsiadła do autobusu i czy jego bilet został wykorzystany.
3. Czy można skonfigurować komunikację typu mesh z Chirp? Czy mogę komunikować się z wieloma urządzeniami?
Tak, jedną z kluczowych rzeczy, o których należy pamiętać o dźwięku, jest to, że jest to jeden za dużo rodzajów komunikacji, co oznacza, że wszystko w pobliżu, co znajduje się w słyszalnym zasięgu naszego nadajnika, usłyszy dźwięk i otrzyma dane. Ma to zarówno zalety, jak i ograniczenia. Zaletą jest to, że udostępnianie multiemisji jest bardzo łatwe. W przypadku rzeczy takich jak sieci kratowe prawdopodobnie by to działało, ale potrzebna byłaby sekwencja odbiorników w zasięgu słyszalności. Tak więc zwykle używamy chirp częściej w przypadku jednego do wielu scenariuszy transmisji.
4. Jak Chirp może działać bez parowania? Czy to prowadzi do problemów z bezpieczeństwem danych?
Mamy bardzo małą aplikację demonstracyjną o nazwie „Chirp Messenger” (dostępną w sklepie z systemem Android i iOS), która pokazuje, jak działa nasz SDK. Aby wysłać wiadomość, użytkownik może wpisać wiadomość i nacisnąć przycisk Wyślij, co spowoduje osadzenie wiadomości w sygnale dźwiękowym i odtworzenie jej przez głośnik telefonu. Tak więc każde urządzenie w pobliżu, na którym działa nasz zestaw programisty, może odbierać te dźwięki przez mikrofon. Te tony dźwiękowe są dekodowane do częstotliwości składowej i stosowana jest korekcja błędów, aby przeciwdziałać efektom szumu i zniekształcenia w celu uzyskania rzeczywistej wiadomości. W ten sposób Chirp jest całkowicie wolny od parowania, wystarczy usłyszeć dźwięki i je zdekodować.
Istnieją pewne konsekwencje dla bezpieczeństwa, które można wykorzystać podczas wysyłania poufnych danych przez Chirp, takie jak nałożenie niektórych funkcji zabezpieczeń na istniejący protokół. Ponieważ Chirp jest tylko medium transferowym, możesz osadzić w tych dźwiękach wszystko. Na przykład możesz użyć szyfrowania RSA lub AES, aby zaszyfrować dane przed wysłaniem ich przez chip, a następnie odszyfrować je za pomocą kryptografii klucza publicznego.
5. Czy Chirp jest wystarczająco mały, aby można go było używać z wbudowanymi kontrolerami o niskim poborze mocy? Ile energii zużywa?
Dokładamy wszelkich starań, aby maksymalnie zoptymalizować nasz SDK. Mamy niesamowity zespół wbudowanych DSP, który wycina wszystkie niepotrzebne bity i bajty z kodu, aby zmniejszyć cykl procesora. Powodem tego jest to, że jednym z dużych obszarów, w których widzimy absorpcję, jest wbudowany układ scalony. Szczególnie jeśli chcesz komunikować się z urządzeniem IoT o niskim poborze mocy i niskiej specyfikacji. Nasz SDK może nawet działać na procesorze ARM Cortex M4 pracującym z częstotliwością 90 MHz i mniej niż 100 kB RAM.
Pomiary mocy na kontrolerach Cortex-M4, zmierzone na naszych płytach rozwojowych, wynosiły około 20 mA podczas aktywnego słuchania i mniej niż 10uA w trybie budzenia przy dźwięku z 90 milionami cykli na sekundę. Tryb budzenia na dźwięk wykorzystuje mikrofony o bardzo niskim poborze mocy od producenta o nazwie Vesper, który zapewnia zerową moc zawsze na mikrofonie. W ten sposób mikrofon będzie aktywnie wyświetlał dźwięk, a gdy usłyszy chrip, wybudzi kontroler Cortex z trybu uśpienia, aby zdekodować dane.
6. Jaki byłby zasięg komunikacji i obciążenie dla komunikacji Chirp?
Jeśli chodzi o zasięg, wszystko zależy od tego, jak głośno sygnał jest transmitowany przez głośnik. Im większa głośność audycji, tym większy zasięg, ponieważ aby odebrać informację, mikrofony musiałyby ją najpierw usłyszeć. Możemy kontrolować zasięg w prosty sposób, kontrolując poziom ciśnienia akustycznego urządzenia emitującego. Na drugim końcu możesz nadać ćwierkanie na cały stadion, przesyłając dane setki metrów dalej, lub możesz zmniejszyć głośność głośnika, aby przesłać dane w pomieszczeniu.
Pod względem szybkości transmisji danych kanał akustyczny jest hałaśliwy, a zatem nie jest to szybkość, której można by użyć do konkurowania z Bluetooth lub Wi-Fi. Mówimy o setkach bitów na sekundę, a nie w megabitach. Oznacza to, że Chirp jest zalecany do wysyłania małych danych, takich jak wartości tokenów itp. Nasze najszybsze protokoły działają z prędkością 2,5 kb / s, ale są one przeznaczone dla scenariuszy o krótkim zasięgu w stylu NFC. W bardzo dużym zakresie szybkość transmisji danych wynosiłaby 10 bitów na sekundę.
7. Skoro dane są wymieniane za pomocą fal dźwiękowych, jak będą one odporne na hałas otoczenia?
Oczywiście otoczenie wokół nas jest niesamowicie hałaśliwe, od restauracji po scenariusze przemysłowe, hałas w tle jest zawsze obecny. Pierwotnie wyszliśmy z laboratorium badawczego University College London, Computer Science Lab, które zajmowało się głównie problemem komunikacji akustycznej w hałaśliwym otoczeniu. Mamy wielu doktorów i profesorów, którzy próbują rozwiązać ten problem. Na tym skupia się wiele naszych badań i mamy wiele patentów w tej dziedzinie.
Świadectwem tego jest pomyślna praca w elektrowni jądrowej w Wielkiej Brytanii. Firma zwana EDF energy wysłała nas do wysyłania ultradźwiękowych ładunków na odległość 80 metrów w niesamowicie ogłuszających środowiskach tła do 100 decybeli, które musimy nosić na obrońcach. Mimo to byliśmy w stanie osiągnąć 100% integralność danych w ciągu 18-godzinnego testu sprzętu.
8. Jakie inne platformy sprzętowe o niskim poborze mocy będą obsługiwane przez Chirp?
Mamy już stabilny SDK dla ARM Cortex M4 i M7, a następnie pracujemy nad wysłaniem tylko SDK dla ARM Cortex M0, który jest procesorem stałoprzecinkowym, który nie ma architektury zmiennoprzecinkowej. Obsługujemy również ESP32 za pośrednictwem platformy Arduino, a także zaczęliśmy przyglądać się obsłudze FPGA, a także niezwykle wydajnym procesom.
9. Gdzie obecnie używany jest chirp. Czy możesz podać kilka przykładowych przypadków użycia?
Wykrywanie bliskości to naprawdę dobra aplikacja. Ponieważ tylko osoby znajdujące się w pobliżu mogą usłyszeć Twoje ćwierkanie, można to wykorzystać jako heurystykę, aby dowiedzieć się, kto jest wokół Ciebie. Chirp jest używany przez ogromną platformę gier społecznościowych o nazwie Roblox jako sposób, w jaki młodzi gracze mogą wykrywać inne osoby w pobliżu, skutecznie wykorzystując ultradźwiękowe ćwierkanie. W ten sposób mogę wyciągnąć telefon komórkowy i będzie on działał jak ultradźwiękowy sygnał nawigacyjny, który zostanie wykryty przez innych graczy w pokoju, aby zainicjować sesję gry.
Niedługo także rozpoczniemy współpracę z dużą firmą zajmującą się salami konferencyjnymi, aby pomóc im w nawigacji w pomieszczeniach za pomocą Chirp. Gdy przechodzisz z pokoju do pokoju w budynku, bardzo ważne jest, aby Twoje urządzenie wiedziało, w którym pomieszczeniu się znajdujesz. W tej organizacji używamy urządzenia chirp jako sposobu, w jaki Twój laptop lub telefon komórkowy informuje, w którym pokoju aktualnie się znajdujesz i umożliwiają nawiązanie połączenia z salą konferencyjną.
10. Jakie są warunki licencyjne dotyczące Chirps SDK? Jaki rodzaj lojalności się z tym wiąże?
Dla mniejszych firm, hobbystów i majsterkowiczów Chirp jest całkowicie bezpłatny do 10 000 aktywnych użytkowników miesięcznie. Dzieje się tak, ponieważ naprawdę chcemy, aby ludzie używali naszej technologii i społeczność programistów eksperymentujących z nią. Oprócz tego chcemy wspierać również mały biznes. W przypadku większych przedsiębiorstw i klientów zwykle pobieramy od nich roczną opłatę