WiBree

      A WiBree (vagy Bluetooth Low Energy) egy új rádiókommunikációs technológia, melynek hatékonysága legalább tízszer nagyobb a hagyományos Bluetooth-énál. Ahogyan a Bluetooth, mely mobiltelefonokat és más modulokat (fejhallgatók, számítógépek) kapcsol össze, a WiBree is ezt teszi lehetővé 10 méteres hatótávon belül. Energiafogyasztása jóval kisebb a Bluetooth-énál, ezért lehetőség van arra, hogy elektronikus eszközeinkhez (telefonhoz, számítógéphez) hozzácsatlakoztassuk a kis fogyasztású készülékeket is (órát, egeret, billentyűzetet, különféle szenzorokat), mely eddig nem valósulhatott meg a Bluetooth magas energiafogyasztása miatt. A WiBree ugyanazt a frekvenciasávot (2.4GHz), ugyanazt a hardvert tartalmazza mint a Bluetooth, de kevesebb energiára van szüksége hogy kis távolságban információt továbbítson.

Bluetooth evolúció

Bluetooth (1998)
Megalapult a Bluetooth SIG (Special Interest Group) csoport, mely 5 cégből áll: IBM, Intel, Nokia, Toshiba, és Ericsson. Az ötlet sikeres megvalósítása során a Bluetooth hivatalosan is elfogadott technológiává vált.
Bluetooth 1.0 és 1.0B (1999)
Hatótáv szerinti csoportosítás: class1 (100m, 100mW), class2 (10m, 2.5mW), class3 (1m, 1mW)
Bluetooth 1.1 (2002)
A Bluetooth-ot az IEEE 802.15.1 szabványaként hagyták jóvá. Beépítették a kódolatlan csatornák támogatását és az 1.0B verzió apróbb hibáit kiküszöbölték.
Bluetooth 1.2 (2003)
A keresési és kapcsolódási időt csökkentették,az átviteli sebességet növelték 1Mbps-re.
Az AFH (Adaptive Frequency Hopping - alkalmazkodó frekvenciaugrás) bevezetésének köszönhetően a készülék a kommunikáláskor ügyel arra, hogy ne ugorjon olyan frekvenciára melyet egy más készülék éppen használ, így nem keletkezhet interferencia.
Bluetooth 2.0 (2004)
Az EDR (Enanched Data Range) segítségével csökkent az energiafogyasztás, nőtt a sebesség (2.1Mbps). Több kapcsolat egyidejű kezelése is lehetővé vált.
Bluetooth 2.1 (2007)
Bevezetik az EIR-t (Extended Inquiry Response) mellyel több információhoz jut az "Inquiry" (kereső) módban lévő Bluetooth készülék, így könnyebben felderítheti, kiszűrheti azokat. Továbbá bevezetik a SNIFF alacsony fogyasztású üzemmódot, az EPR-t (Encryption Pause/Resume), ami titkosító kulcsot frissíti a biztonság növelése érdekében, az SPP-t (Serial Port Profile) mely a soros kommunikációt emulálja vezeték nélkül és sok más egyéb újdonságot.
Bluetooth 3.0 (2009)
Beépítik az automatikusan átváltást a 802.11 Wi-Fi szabványra ha ilyen igényű kérés érkezik (például ha nagy méretű fájl, nagy mennyiségű adat átvitelére van szükség). A csúcssebesség 24Mbps.
Bluetooth 4.0 (2010)
Tartalmazza a klasszikus, a nagy sebességű (Wi-Fi)  és az alacsony fogyasztású Bluetooth protokollokat is. Újdonságnak számít az alacsony fogyasztású Bluetooth külön csoportosítása (BLE - Bluetooth Low Energy), ami nem más mint a WiBree. A WiBree-t a Nokia még 2006-ban bejelentette, fejlesztése azonban elhúzódott. 2011-ben vezették be a Wibree-t a Bluetooth 4.0 specifikációin keresztül.

       A Wibreet okos Bluetoothnak (Smart Bluetooth) is nevezik, azonban műszaki és rádiós technológiája nagyban különbözik a korábbi Bluetoothétól.


- Az  adatátvitel kisebb kitöltési tényezőkkel történik vagy pedig erős adatlöketekkel melyeket hosszú szünetek kísérnek, az energiaspórolás érdekében. A Bluetooth kitöltési tényezője 1%, a Wibreenél ezt állítani lehet 0.1%-ig (a Bluetooth v2.1-ben már megvolt ez a lehetőség). Az adatlöketek alatt az üzenetek hosszúságára kell gondolni, ami szintén változtatható. Inkább küldjünk kis üzeneteket, szünetekkel, mintsem hosszú, energiafogyasztó üzenettömeget. Az üzenetek hossza 8 és 27 bájt között változtatható. Az üzenetek minimális késleltetése 6-3ms közé tehető,ezáltal az alkalmazások gyorsan létrehozhatnak egy rövid kapcsolatot az adatlöket számára.

Néhány alapvető változás:

- Bár ugyanazon a frekvenciasávon dolgozik mint a Bluetooth (2.4 - 2.4835GHz),  más frekvenciaugrási sémát követ. A standard Bluetooth 1600-at ugrik másodpercenként 79 darab 1MHz sávszélességű csatorna között, a Wibree ugyanennyit 40 darab 2MHz sávszélességű csatorna közt, ezáltal hosszabb távon is megbízhatóbb, akár 60 méter fölött is, de továbbra is csak 10 méteres rövid távú kommunikációra használandó. A Wibree is, akárcsak a Bluetooth, a GFSK (Guassian Frequency Shift Keying - Gauss szűrőn megszürt frekvenciatolós) modulációt használja. A legtöbb Bluetooth 1Mbps átviteli sebességre képes, némelyik 2-3Mbps-re is, a Wibree legnagyobb szállítási sebessége 1Mbps.
- Az adatok titkosítására a 128 bites AES algoritmust használja
- A P2P (Peer-to-Peer) és a csillag topológia a leggyakrabban alkalmazott hálózati topológia. A hagyományos Bluetooth támogatja ezek mellett a fa és a szövevényes (mesh) topológiákat is.
- Fogyasztás: csúcsfogyasztás - néhány 10mA, átlagfogyasztás - néhány 10uA, készenléti üzemmód - néhány 10nA. Például az nRF8001 modul átlagfogyasztása 12uA, csúcsfogyasztása pedig 12.5mA.
- a WakeUp (felélesztési) idő pár ms (a Bluetoothnál pontosan 100ms)
- Csakis adatküldéskor van ébren, hogy ezáltal is spóroljon az energiával (ami okosabb kontrollert igényel).


Single-mode és Dual-mode chipek

   - Single-mode kivitelben kizárólag alacsony fogyasztású működés létezik. Az ilyen chipeknek van a legkisebb fogyasztásuk és már nagy számban gyártja őket több cég is, mint például a Nordic Semiconductor, a Texas Instruments és a CSR. Egy single-mode chip nem kompatibilis közvetlenül a klasszikus Bluetooth-al, csakis a single- vagy dual-mode chipekkel tud kommunikálni. A single-mode chip kicsi és olcsó. Ilyeneket tartalmaznak a karórák, sport- és orvosi eszközök, vezeték nélküli billentyűzetek és egerek.

   - A Dual-mode kivitelű chip egyaránt támogatja a hagyományos Bluetooth-ot és a Wibree-t is vagyis az alacsony energiafogyasztást. Ez a chip egy olyan protokollt futtat, mely a klasszikus Bluetooth és a Wibree protokollja között közvetít. Mivel mindkét típus képességeit egyaránt tudnia kell, nem annyira korlátozott az energiafogyasztása. Egy dual-mode chip visszafelé kompatibilis a hagyományos Bluetooth technológiákkal is. Ilyen chipek vannak a számítógépekben, mobil telefonokban.

       Az ipari alkalmazások szempontjából fontos, hogy az új frekvenciaugrási sémának köszönhetően nincs szükség olyan nagy pontosságú kristályokra, olcsóbb kristályokkal is ugyanúgy működik. A 2.4GHz-es sáv nem engedélyhez kötött, bárki / bármi használhatja, mint például a rádió, a Wi-Fi vagy a ZigBee. Ilyen környezetben nehéz előre megmondani, hogy milyen szintű interferencia léphet fel a készülékek között. A direkt szekvenciás (DS - Direct Sequence) rádiók, melyek a sávon belül egyetlen csatornán ülnek (mint a Wi-Fi és a ZigBee), annyira érzékenyek, hogy le is állhatnak ilyen esetben. A WiBree adaptív frekvenciaugratásos módszere folyamatosan figyeli a változó spektrális képet és ha olyan frekvenciát talál a harmonikusok között melyre ugrani szeretne, akkor egyszerűen átugorja azt a frekvenciát. Ilyenkor a frekvenciaugrási séma folyamatosan változik. Mikor a chip átjáróként (vagy hozzáférési pontként AP - Access Point) működik a Wi-Fi hálózathoz, a chip nyilván kihagyja annak sávjának figyelését, nem ugrik rá.


Hatótáv

      A jelenlegi készülékek befogadó érzékenysége -85dBm körül van, és az adó teljesítmény általában +4dBm. Gondos tervezéssel ez nyílt teren 200 méternél is nagyobb hatótávot jelent. Egy 100mW-os (+20dBm) teljesítményerősítő hozzáadása kilóméteres nagyságra növelhetné a hatótávot, azonban ez további energiafelügyeletet jelentene (kompenzálni kéne a nagyobb fogyasztást, és ezzel elveszítené legfontosabb előnyét). Erre viszont egyre nagyobb az igény, talán későbbi szabványokban megvalósul ez is.


Felhasználás

      Elsősorban az intelligens kijelzők körében használatos. A GUID (Generic User Interface Device) egy profil, ami biztosítja az adatok átvitelét bármilyen kijelzőre. A leggyakoribb hordozható kijelző a mobiltelefon vagy óra kijelzője. A cél egy általános felhasználású kijelző készítése más eszközökhöz, melyek bármilyen kategóriába sorolhatók, otthon, tömegközlekedésben, korházakban, stadionokban vagy bárhol máshol használatos eszközök. A vevő készülék nem kell statikus legyen, mert az adatátvitel igen rövid. Például, ha egy autó, mely 100 méterre van az adótól, és közelít 100km/h-val, akkor körülbelül 4 másodpercig lesz hatótávon belül, ami bőven elegendő arra, hogy az adó elküldje az információt (például közlekedési információt). Sok jármű már msot taralmaz Bluetooth-al ellátott kijelzőt (például a beépített műholdas navigációs rendszer), ezért minimális kölstséggel be lehetne építeni a WiBree-t, hogy vegye az útszéli adók jeleit. Ez inkább a gyorsaságot, mintsem az alacsony energiafogyasztás tulajdonságát használja ki. Ugyanezt lehetne használni mobiltelefonokban, karórákban és nem feltétlen közlekedési információkat lehetne közölni. A WiBree betörhet a környezetbarát készülékek piacára is, mint a nap-, hő-, vagy rezgési energiát hasznosító rendszerek / eszközök területe.

      A hálózatok esetén a WiBree "Attribute" Protokollja betekintést nyújt az end-to-end kapcsolatok teljes felépítésébe. Miután a WiBree szenzor érzékelt és rákapcsolódott egy átjáróra, ezt a protokollt használja, hogy kiterjessze kapcsolatait az átjárón keresztül távolabbi helyekre és közvetlenül kommunikáljon azokkal. Korábbi Bluetooth-os eszközök erre nem képesek.

A WiBree-vel felszerelt mobiltelefonok átjáróként használhatók. Legegyszerűbb eset, egy GPRS modemmel ellátott mobiltelefon, miben WiBree is van. A környéken lévő, szintén WiBree-t tartalmazó telefonok egyidejűleg használhatják a GPRS szolgáltatást átjáróként használva a modemmel ellátott telefont. A lehetőségeknek csak a kereslet és a fejlseztő képzelete szabhat határt. Vegyük például a vészhelyzeti üzeneteket. Ha az autók légzsákjába WiBree van szerelve, baleset esetén a légzsák segélyhívást küldhet (a balesetről és annak helyszínéről) a környéken lévő telefonon keresztül. A chip beépítésének költsége kb. 1 dollár, plusz a felügyeleti szerződésben szereplő minimális éves díj. Ugyanennyibe kerül bármilyen más riasztórendszerbe (tűz, víz, hő, sebesség, magasság, stb) való beépítése is.
      
      Az iparban, az elsődleges követelmény a stabilitás. Az ipari alkalmazásoknak kommunikációra van szükségük, hogy megbízhatóan és kiszámíthatóan dolgozzanak. A második egyre gyakoribb követelmény az alacsony energiafogyasztás. Itt rengeteg különböző ok lehet: útban van a tápvezeték, költséges lenne vezetékről táplálni valamit, a szenzor egy olyan mozgó részen van ahová nem lehet tápfeszültséget vezetni, stb. Akármi is az ok, a legjobb megoldás már az elején szabványba foglalni a WiBree-t, mintsem utána csavarozni fel őket a gépekre.
      Legjobb esetben a szövevényes hálózat mint megbízható hálózat kerül forgalomba, azonban sok szoftwerfejlesztő cég nem veszi észre, hogy minden jó rendszer egy erős rádiós rendszeren alapszik. A szabványok sajnos úgy néznek ki mint egy csúcsára állított háromszög: az alap minimális rádiótechnológia és erre egy hatalmas szoftwer nehezedik, amely megkísérli kokmpenzálni az alapvető hiányosságokat. Sokan azzal érvelnek, hogy a mesh az alacsony fogyasztású eszközöknek jó és ott is csak akkor alacsonyfogyasztású egy készülék, míg útválasztásra, adatküldésre nem késztetik. Ilyenkor energiafogyasztás és a memóriaigény függvénye egy végtelen spirálhoz hasonlít. A mesh hálózatok gerinchálózatát alkotó eszközöknek sok energia kell és összesítve mindezt elkerülhetetlen a bonyolult beállítás, az alapos helyszíni felmérés és hosszadalmas állítgatás. A WiBree-ről ezeket nem lehet elmondani. A rugalmassága és megbízhatósága fölöslegessé teszi a kézzel felépített mesh hálózatokat, valamint ezek kézzel való kiterjesztését. A hálózatban résztvevő csomópontoknak szükségük van táp ellátásra, de az Attribute Protokoll jóval megkönnyíti a beállítást, vagy újrakalibrálást. Hangsúlyozandó, hogy sem a Bluetooth, sem a WiBree nem készült nagy adatátviteli sebességre, jellemzően pár száz Kbps-el továbbítják az adatokat. Ha az alkalmazás ennél nagyobb átvitelt igényel, akkor valóban megfelelőbb a 802.11b/g (Wi-Fi) vagy a Bluetooth EDR (Enanched Data Range).