Bluetooth의 무선 방해를 마이그레이션하는 주파수 충돌 이해

Bluetooth 기술은 무선 연결의 주변 유동적 인 활성화가되고, Earbuds 및 smartwatches에서 의료 센서 및 산업 장비에 수십억 개의 장치가 연결됩니다. 크라우드 스트처치 기술에 대한 크라우드 스트릿 2.4 GHz의 산업, 과학 및 의료 (ISM) 밴드 힌지에서 성공했습니다. 이 문서는 Bluetooth의 적응 주파수 호핑이 어떻게 작동했는지 설명합니다. 방해 완화에 대한 문제, 그리고 신뢰할 수있는 연결이 안전하지 않을 때, Wi-Fi 신호와 같은 Z-Fi 신호를 수신하는 방법.

주파수 홉핑은 무엇입니까?

주파수 hopping은 송신기와 수신기가 동기화 된 패턴의 사전 결정 주파수 채널 사이에 신속하게 전환하는 확산 스펙트럼 기술입니다. 단일 정적 채널에서 방송 대신, 많은 채널을 통해 신호 "hops", 두 번째의 분수를 지속 각 hop. 이 접근은 군사 통신을 확보하고 잼을 저항하는 방법으로 세계 대전 동안 개척되었다. 오늘, 그것은 다른 무선 기술과 공동으로 블루투스의 능력을 언로드.

2.4 GHz 밴드에서 Bluetooth는 79 개의 명백한 채널 (기본 비율 / Enhanced Data Rate Modes)을 1 MHz의 출발 공간으로 정의합니다. 장치 변경 채널은 초당 1,600 번으로 변경되며 각 전송은 625 마이크로 초에 대해 지속됩니다. 따라서 대부분의 간섭 소스는 데이터 스트림의 작은 부분에만 영향을 미칠 수 있습니다.

Bluetooth는 빈도 Hopping를 이용합니다

적응 주파수 홉핑 스프레드 스펙트럼 (AFHSS)

Bluetooth는 Adaptive Frequency Hopping Spread Spectrum (AFH)라는 세련된 버전을 사용합니다. Bluetooth 1.2에서 도입 된 AFH는 Wi-Fi의 20 MHz의 ‐ 와이드 채널 또는 전자 레인지에서 지속 가능한 간섭을 경험하는 채널을 감지 할 수있는 장치를 허용합니다. 그런 다음 "사용되지 않는"로 채널을 표시 한 다음 나머지 "좋은"채널을 사용하여 나쁜 채널을 건너 뛰는 것을 의미합니다. 이 지능형 선택은 공항 터미널이나 개방형 사무실과 같은 환경에 중요한 것입니다. 무선 네트워크가 무선 네트워크의 네트워크가 경쟁 할 수있는 곳.

Bluetooth 호스트는 수신된 신호 (패킷 오류율, 신호 강도)에서 채널 품질 미터를 수집하고 컨트롤러로 공유합니다. 컨트롤러는 79⁠ (또는 Bluetooth Low Energy 40) 채널을 각각 플래그하는 채널 맵을 생성하거나 사용하지 않는 한 생성합니다. 이 맵은 hopping 순서 동안 연결된 장치와 교환되며 모든 당사자가 동기화됩니다.

협력 메커니즘

Bluetooth는 Wi-Fi(IEEE 802.11)와 밴드를 공유하는 추가 기술을 사용합니다. 예를 들어 듀얼 모드 블루투스 칩은 패킷 트래픽 중재 (PTA)를 통해 Wi-Fi 라디오와 협조 할 수 있습니다. 동시에 전송을 방지하기 위해 Bluetooth Low Energy (BLE)는 2 MHz 간격으로 40 채널 (3 차 광고 채널 및 37 데이터 채널)을 사용하며 Wi-Fi 채널 1, 6 및 11을 사용하여 오버랩을 줄일 수 있습니다.

간섭에 대한 주파수 호핑의 효과는 호핑 세트의 다양성에 달려 있습니다. 사용 가능한 채널의 더 큰 수는 단일 간섭 소스가 패킷의 작은 비율 만 손상 할 수 있다는 것을 의미하며, 그 손실 패킷은 재전송 또는 전달 오류 보정을 통해 복구됩니다.

주파수 Hopping의 주요 이점

Co-located 송신기의 Reduces Interference:] 어떤 채널에서 마이크로 초만 지출하면 Bluetooth는 긴 충돌을 피합니다. Wi-Fi 액세스 포인트가 몇 밀리 초 동안 동일한 주파수로 전송하더라도 방해가 catastrophic되기 전에 Bluetooth hops가 꺼집니다.
인간호의 낮은 확률로 보안:] Bluetooth 장치의 시계 및 주소에서 파생된 가짜 랜덤 홉 패턴은, 다음 채널을 예측하는 공격자에게 어려운 것을 만듭니다. 이 잼과 처짐에 대한 무장한 보호를 제공합니다.
Improves Link Reliability and Throughput:] Adaptive hopping은 지속적으로 채널 사용을 최적화하는 것을 의미합니다. 간섭으로 인해 채널의 등급이 떨어지면, hop set에서 떨어졌고, persistent 패킷 손실을 방지합니다. 이것은 더 낮은 대기 시간과 적은 재연결으로 이어집니다.
확장 가능한 네트워크: 무선 센서 네트워크 또는 오디오 배포 시스템과 같은 디센스 배포에서, 주파수 홉핑은 두 개의 블루투스 piconets가 서로 방해 할 수있는 기회를 감소시킵니다. 각 piconet는 다른 hopping 순서, 그래서 크로스 네트워크 충돌은 드문다.

도전과제

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2.4 GHz 밴드는 유독하게 혼잡됩니다: Wi-Fi, Zigbee, 실, 무선 쥐, 아기 감시자 및 전자 레인지는 동일한 빈도를 공유합니다. AFH는 많은 정체되는 방해를 피하고, 동적인 방해는 Wi-Fi 수로 같이 갑자기 바싹이 되게 되게 되게 해서 - 아직도 소포 손실의 짧은 파열을 일으키는 원인이 될 수 있습니다. Bluetooth의 재전송 기계장치 (권한 수로까지)는 이것, 그러나 극단적으로 케이스에서 막을지도 모릅니다.

Zigbee 및 Thread와 공동창립

Zigbee 및 Thread는 직접적인 sequence 스프레드 스펙트럼 (DSSS) 접근 방식을 사용하며 일반적으로 긴 기간 동안 한 채널에 머물 수 있습니다. Bluetooth hop를 사용하면 충돌이 발생할 수 있습니다. 그러나 Bluetooth hops가 빠르게 hops 때문에 반복 충돌의 확률이 낮습니다. 연습에서, 주의적인 채널 계획 (예 : Wi-Fi 채널 간의 간격에서 Zigbee 채널을 배치) 및 AFH는 허용한 공동창출을 보장합니다.

홉 동기화 오버 헤드

주파수 hopping은 마스터와 노예 장치 사이의 정확한 타이밍 동기화를 요구합니다. sync에서 시계 포용력에 드리프트를 꺼내 연결 방울을 유발할 수 있습니다. Bluetooth는 비대칭 마스터 리스브 타이밍 메커니즘을 준수하지만 매우 노이즈 환경 재합동화는 100 밀리 초를 취할 수 있습니다.

긴급 고려

Classic Bluetooth (BR/EDR)에는 2.5 ms에 1.25 ms의 명목상 연결 간격이 있습니다, 그러나 빈도 hopping 자체는 짧은 거주 시간 저쪽에 뜻깊은 대기 시간을 추가하지 않습니다. Bluetooth 낮은 에너지의 광고 채널 (3개의 수로)는 탐지 발견을 위한 다른 hopping 계획을 이용합니다, 스캐닝 지연의 몇몇 밀리 초를 소개할 수 있습니다.

Real‐World 응용

무선 오디오 스트리밍

블루투스 헤드폰 및 스피커는 여러 Wi-Fi 네트워크와 환경에서 무결한 오디오를 유지하기 위해 주파수 호핑에 크게 의존합니다. 예를 들어, 군중 커피 숍에서 Bluetooth 헤드셋은 오버랩핑 채널에 10 + Wi-Fi 액세스 포인트를 만날 수 있습니다. AFH는 그 바쁜 주파수에서 오디오 스트림 호를 유지하고 부드러운 음악 재생 및 명확한 전화 통화로 결과로.

IoT 및 센서 네트워크

Bluetooth Low Energy(BLE)는 스마트 홈 센서, 비콘, 의료용 착용과 같은 IoT 기기에서 널리 사용됩니다. BLE의 37 데이터 채널과 AFH는 이러한 배터리 전원 장치를 가정 및 병원의 다른 무선 시스템과 공동으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, BLE 온도계는 Wi-Fi 라우터가 근처에있을 때 온도 데이터를 안정적으로 전송할 수 있습니다.

산업 자동화 및 제어

공장에서는, 기계장치와 감지기의 무선 통제는 믿을 수 있는 무거운 전자기 소음을 운영해야 합니다. 튼튼한 소포 전송과 결합된 Bluetooth의 빈도 hopping는, 필요한 탄력을 제공합니다. 점화 통제를 위한 Bluetooth 메시 네트워크는 또한 빈도 다양성에서 이득을, 확장 가능한 임명을 가능하게 합니다.

의료 기기

Bluetooth는 지속적인 포도당 감시자, 맥박 oximeters 및 낮은 latency, 방해 포용력 연결을 요구하는 다른 의료 기기에서 사용됩니다. 빈도 hopping는 그 생활 critical 자료 시내가 병원 Wi-Fi 및 다른 장비에 의해 몹시 이용될 때 안정되어 있다는 것을 보증합니다.

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