ITLC Hanoi - Bluetooth Low Energy for IoT

Bluetooth Low Energy for IoT
Kiến trúc và ứng dụng
Châu Nguyễn Nhật Thanh
Senior Technical Manager, VNG Corp.
ITLC HANOI
MONTHLY PUBLIC MEETUP
https://facebook.com/itlchanoi - Chau Nguyen Nhat Thanh

Nội dung
1.Giới thiệu
2.Kiến trúc của 1 hệ thống IoT
3.Bluetooth Low Energy (BLE)
4.Tại sao VNG BLE kit ?
5.VNG BLE kit trong các ứng dụng IoT
6.Một số kinh nghiệm khi phát triển các sản phẩm IoT
7.Demo các ứng dụng dựa trên VNG BLE kit
8.Hỏi và đáp

Giới thiệu
● Về bản thân:
–
–
–
–
Tốt nghiệp kỹ sư ĐH Bách Khoa TPHCM khoa
CNTT 97-2002
Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Khoa học máy tính tại ĐH
Duisburg, Đức
Tham gia VNG năm 2010: kiến trúc hệ thống cho
ZingMe, CSM, IoTLab ...
Hiện tại đang nghiên cứu ứng dụng các giải pháp
Cloud vào hoạt động của VNG

Giới thiệu
● Về VNG IoT Lab

Giới thiệu

Kiến trúc của 1 hệ thống IoT
● IoT là gì ?
–
–
–
–
Internet của vạn vật ?!?!?!
Thiết bị, đồ vật được định danh, kết nối internet
Có thể kiểm soát thông qua các thiết bị thông minh
như smart phone, tablet …
Xu hướng sẽ bùng nổ trong thời gian tới

● 1 hệ thống IoT bao gồm:
– Thiết bị IoT ( IoT devices ):
●
●
Là những thiết bị được trang bị kết nối trực tiếp đến
mạng internet hoặc thông qua các thiết bị cổng kết nối
trung gian để có thể trao đổi dữ liệu lẫn nhau. Ví dụ:
sensor có thể truyền dữ liệu về trung tâm, máy lạnh có
thể nhận lệnh điều khiển từ trung tâm
Thiết bị có khả năng kết nối trực tiếp là các thiết bị có
trang bị sẵn các module có thể kết nối trực tiếp đến
internet mà ko cần thông qua các thiết bị trung gian

– Thiết bị cổng kết nối trung gian (IoT gateway):
● Thông thường có 2 kết nối:
–
–
Kết nối trực tiếp đến internet
Kết nối đến các thiết bị thông qua các chuẩn không dây thông
dụng như zigbee, bluetooth, wifi, rf
● Nhận data từ mạng truyền thống (IPv4), chuyển tiếp
thành data mà các sensor có thể hiểu được và ngược lại
theo một protocol qui định giữa gateway và thiết bị

● Hệ thống máy chủ cloud
–
–
–
–
–
Chứng thực yêu cầu (authentication)
Thu thập lưu trữ dữ liệu thông qua các protocol
truyền nhận, api
Phân tích và theo dõi dữ liệu
Truyền tải thông điệp (message, command)
…..

VNG IoT visionhttps://facebook.com/itlchanoi - Chau Nguyen Nhat Thanh

Bluetooth Low Energy (BLE)
●
●
●
●
●
●
●
●
●
2014: Introduce Bluetooth 4.2, add features for IP connectivity
2013: Bluetooth 4.1, set the stage for IoT
2010: Bluetooth Core Spec V4.0 (BR/EDR/LE) with Low
Energy technology. 1Mb/s
2009: SIG adopts Core Spec V3.0+HS. Data rate 54Mb/s
2004: SIG adopts Core Spec V2.0+HS. Data rate 1-3Mb/s
2002: The IEEE standardized Bluetooth as IEEE 802.15.1,
but no longer maintains
1999: Spec V1.0 (BR) was released. Data rate 1Mb/s
1998: Bluetooth is managed by SIG
1994: Invented by Ericsson as a RS-232 cable replacement

● Bluetooth :
–
–
–
–
–
–
Chuẩn kết nối không dây
Sóng vô hướng
Hoạt động trên tần số 2.4GHz
Tốc độ truyền lên đến 1Mbps
Khoảng cách lên đến 100m
Chia thành 2 loại chính:
●
●
Bluetooth thường (classic)
Bluetooth low energy (smart / BLE )

● Bluetooth thường (classic)
–
–
–
Các ứng dụng streaming
audio, video
Công suất tiêu thụ lớn 1W với
dòng peak < 30mA
Các profile phổ biến:
●
●
Human Interface Device Profile
(HID): keyboard, mouse …
Advanced Audio Distribution
Profile (A2DP) : headset

●
Bluetooth Low Energy
(Smart)
–
–
–
Các ứng dụng truyền nhận
data nhỏ: dữ liệu sensor …
Công suất tiêu thụ 0.01W
đến 0.5W với dòng peak <
15mA
Hỗ trợ nhiều profile như
Heart Rate, Blood Pressure
Measurement ...

BLE và vai trò trong hệ thống IoT

● Tại sao BLE phù hợp IoT:
–
–
–
–
Kết nối không dây
Tiêu thụ năng lượng cực thấp
Hỗ trợ khá nhiều profile/service chuẩn → tiết kiệm
thời gian lập trình app
V4.2 hỗ trơj IPv6 thông qua IPSP profile giúp các
thiết bị có định danh IP trực tiếp, kết nối thông qua
gateway

Tại sao VNG BLE kit ?

● VNG BLE Dev Kit
–
–
–
Là công cụ giúp lập trình viên dễ dàng tiếp cận công
nghệ BLE trong việc phát triển các sản phẩm IoT
Board mạch được thiết kế theo dạng tròn, near
production gần giống các thiết bị đeo tay→có thể
dùng làm prototype cho các thiết bị đeo tay
Là công cụ phát triển firmware cho các module BLE
do VNG sản xuất, dùng để tích hợp tính năng smart
vào các thiết bị gia dụng thông thường

● Đặc tính kỹ thuật
–
–
Chipset Nordic nRF51822 sử dụng nhânARM® Cortex™-M0
Tích hợp cảm biến:
●
●
●
●
●
●
Proximity
Ambient
Pressure
Temperature
Gyroscope
Accelerometer
–
–
–
Bộ nhớ 256kB Flash, 16kB RAM
Giao tiếp I2C, UART, SWD, 11x GPIOs
Buzzer(loa nhỏ): max 78dB

● Bộ công cụ phát triển (SDK)
–
–
–
–
–
Hỗ trợ mbed
Hỗ trợ arduino
Tích hợp VNG cloud
Có SDK cho mobile app (android,
iOS)
Một số code mẫu các ứng dụng
thực tế

●
Sử dụng giao tiếp CMSIS-DAP thông qua 1
board trung gian giúp cho việc flash rom trở
nên đơn giản

● Hỗ trợ flash rom trực tiếp từ Arduio IDE

●
Sau khi phát triển xong prototype có thề dùng
VNG BLE module để tích hợp vào sản phẩm
sản xuất đại trà

VNG BLE trong các ứng dụng IoT

Một số kinh nghiệm
● Vấn đề quản lý điện năng:
–
–
–
–
Bản thân BLE tiêu tốn không nhiều nhưng các thiết bị đi
kèm tiêu tốn khá nhiều năng lượng
Chiến lược đầu tiên là cố gắng dùng phần mềm để đóng
ngắt GPIO nối các thiết bị đi kèm trước khi đi vào trạng thái
ngủ, tuy nhiên không áp dụng được cho 1 số loại sensor
nguồn riêng chân điều khiển riêng
Phải có cơ chế power management đóng cắt FET chẳng
hạn
Dùng thạch anh làm timer chỉ thức theo 1 chu kỳ định trước

●
Vấn đề thiết kế mạch
–
–
–
–
–
Chọn linh kiện: Chất lượng tốt, giá hợp lý, công suất thấp (tìm
kiếm thông tin hoặc làm việc trực tiếp với các hãng sản xuất
linh kiện hoặc nhà phân phối để có lựa chọn tốt nhất)
Thiết kế power: Tính toán power cung cấp cho mạch tối ưu
Thiết kế mạch lọc và phối hợp trở kháng cho anten để công
suất thu phát tối đa
Thêm tụ lọc, cuộn dây, ferrit bead để chống nhiễu, hạn chế
EMI trong hạn mức cho phép
Thêm các linh kiện để bảo vệ board như cầu chì, chống ESD
(tĩnh điện), chống sét …

● Thiết kế layout
–
–
–
Phân chia các lớp Power, GND riêng để chống
nhiễu
Sắp xếp linh kiện và đường mạch in hợp lý để độ
trễ tín hiệu (timing) trong mức cho phép, phối hợp
trở kháng, chống nhiễu tốt.
Tối ưu thiết kế layout để board nhỏ gọn, giảm chi
phí

●
Lựa chọn đối tác làm PCB và Assembly:
–
–
–
Khảo sát nhiều đối tác trong nước và ngoài nước để
chọn đối tác tốt nhất
Làm việc với nhà máy để có những điều chỉnh phù
hợp trong qui trình sản xuất và test
Đăng ký hợp chuẩn, hợp quy, test EMI, EMC
● Phân phối sản phẩm ra thị trường:
–
–
Đại lý cấp 1,2
Bảo hành sản phẩm

Tài liệu tham khảo
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Bluetooth_profiles#Advanced_Audio_Distribution
_Profile_.28A2DP.29
https://serialio.com/news/what-ble-bluetooth-smart
http://electronicdesign.com/communications/design-bluetooth-sports-fitness-market
http://electronicdesign.com/site-
files/electronicdesign.com/files/uploads/2013/07/1003_DSblu2th_Fig3.gif
https://support.apple.com/en-vn/HT204387
http://www.embedded-expertise.com/bluetooth-classic-or-smart/
https://developer.bluetooth.org/gatt/characteristics/Pages/CharacteristicsHome.aspx
https://learn.adafruit.com/introduction-to-bluetooth-low-energy/gatt
http://www.edn.com/design/analog/4405960/4/Three-flavors-of-Bluetooth--Which-
one-to-choose-
http://blog.bluetooth.com/ten-important-differences-between-bluetooth-bredr-and-
bluetooth-smart/
https://www.safaribooksonline.com/library/view/getting-started-
with/9781491900550/ch01.html

ITLC Hanoi - Bluetooth Low Energy for IoT

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Destaque (16)

ITLC Hanoi - Bluetooth Low Energy for IoT