УДК 004
Исследование существующих аналогов, алгоритмов обработки данных и их передачи
Бодряков Ярослав Андреевич – бакалавр Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники»
Аннотация: Целью исследования существующих аналогов и алгоритмов обработки передачи данных по средствам BLE-mesh является отсутствие единого алгоритма построения распределенных сетей и передачи данных по ним. В качестве метода исследования были применены различные методы сбора информации и ее обработки. Результатом исследования будет гибридный алгоритм передачи данных внутри распределенной сети.
Ключевые слова: прием лекарств, интернет вещей, таблетница, медицина, контроль.
В ходе проведения исследования существующих аналогов, представленных на мировом рынке в сфере умных таблетниц, были выявлены наиболее популярные решения от Memo box, Cyco. У рассматриваемых аналогов принцип работы заключался в передачи уведомления пользователю, о необходимости принятия препарата. Для выполнения поставленной задачи, устройства считают сам факт открытия, без использования самого препарата. Одним из главных плюсов рассматриваемых аналогов, является возможность интеграции с системами здоровья от компании Apple и Google. Такж аналоги позволяют создавать группы между пользователями, для соблюдения употребления препаратов одним из членов группы другими. Однако ни один из аналогов не имеет возможности измерения оставшегося объема и передачи данных врачу напрямую, минуя использования различных сервисов.
Основным интерфейсом передачи данных в каждом из аналогов является Bluetooth. В связи с этим появилась необходимость исследовать возможные беспроводные интерфейсы передачи данных, которые представлены на данный момент и наиболее популярны для применения в устройствах интернета вещей.
Для того, чтобы определить какой протокол использовать, необходимо было выделить наиболее важные моменты, которые будут влиять на выбор технологии передачи данных. Были выделены следующие пункты:
- энергоэффективность;
- возможность работать со стандартами связи встроенными в смартфон;
- высокая скорость передачи данных.
Исходя из пунктов выше, были определены наиболее популярные решения для передачи данных, удовлетворяющих критериям:
- Wi-Fi – технология беспроводной локальной сети с устройствами на основе стандартов IEEE 802.11.
- Bluetooth Low Energy – беспроводная технология Bluetooth с низким энергопотреблением, выпущенная в декабре 2009 года версия спецификации ядра беспроводной технологии Bluetooth, наиболее существенным достоинством которой является сверхмалое пиковое энергопотребление.
- ZigBee – спецификация сетевых протоколов верхнего уровня – уровня приложений APS (англ. application support sublayer) и сетевого уровня NWK, – использующих сервисы нижних уровней – уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4. Zigbee и IEEE 802.15.4 описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Спецификация Zigbee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей).
- Bluetooth – производственная спецификация беспроводных персональных сетей.
Из рассматриваемых решений создания передачи данных был убран ZigBee, так как для работы с ним необходим дополнительный модуль связи, хотя он наиболее энергоэффективен.
Далее был рассмотрен вариант применения Wi-Fi. Данный стандарт применяется во всех сферах жизни и широко распространен, в котором много плюсов, таких как скорость передачи данных и возможность поддержания передачи данных при высокой нагрузке, однако он имеет ряд недостатков, таких как высокое энергопотребление, необходимость постоянно поддерживать канал связи, в случае котрого невозможно быть подключенным к другой точке доступа. Разрабатываемый программно аппаратный комплекс должен быть энергоэффективным, что трудно достижимо при применении Wi-Fi.
Технология Bluetooth является высоко эффективной и с низким энергопотреблением, однако имеет ряд недостатков, в частности требует наличия постоянно подключенного устройста по интерфейсу.
Bluetooth Low Energy – это версия спецификации ядра беспроводной технологии Bluetooth, которая специально разработана для низкого энергопотребления и широко применяется в устройствах с низким энергопотреблением. Она имеет ряд преимуществ, таких как реклама – возможность передачи данных без подключения, а также при подключении передавать посылки небольшого размера.
Исходя из рассмотренных плюсов и минусов, было решено использовать Bluetooth Low Energy.
Для передачи данных от устройства пользователю было решено использовать рекламу, так как длина пакета полностью покрывает потребности и имеет ряд плюсов, такие как контрольная сумма и однозначное определение для кого предназначен пакет. Формат пакета представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Формат пакета рекламы.
Самым первым байтом идет преамбула. Она состоит из чередующихся нулей и единиц. Это нужно для синхронизации передатчика и приемника. Следом за преамбулой передаются четыре байта адреса доступа(Access Address). После него идет пакет данных (PDU). В спецификции 4.0 максимальная длина PDU составляет 39 байт, а в версии 5.0 длина пакета данных увеличена до 257 байт. В конце каждого рекламного пакета идут три байта контрольной суммы (CRC).
Список литературы
- Википедия – Bluetooth: [сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Bluetooth (дата обращения: 13.05.2023).
- Википедия – ZigBee: [сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Zigbee (дата обращения: 13.05.2023).