Akıllı sensörler ile Bluetooth arasındaki bağlantı sorununu yakın alan iletişimiyle çözmek

　　Düşük Enerji (LE) veri alışverişi desteği, Bluetooth spesifikasyonunun 4.0 sürüm içinde yer almaktadır. Bluetooth Düşük Enerjili (BLE), yaklaşık 50 metreye kadar mesafe olan ve 1 Mbit/s'ye kadar veri hızlarıyla iletişimi desteklemek için tasarlanmıştır; bu da tipik Bluetooth'tan yaklaşık 10 ila 30 metre daha uzundur. Bluetooth Düşük Enerjili (BLE), cihazları Nesnelerin İnternetine (IoT) bağlamak için güçlü kimlik bilgileri sağlar.

　　Cihaz yalnızca Bluetooth spesifikasyonunun BLE kısmını uygulayabilir, bu yüzden Bluetooth Smart olarak adlandırılır. IoT uç noktaları gibi akıllı nesneler için bu, ekonomik ve enerji tasarrufu açısından ideal bir çözümdür. Öte yandan, tam Bluetooth özelliklerini destekleyen akıllı telefonlar ve tabletler gibi cihazlar—sadece LE değil, aynı zamanda temel hızlar ve 3 Mbit/s'ye kadar artırılmış veri hızları (BR/EDR) (şimdi Bluetooth Classic olarak biliniyor)—Bluetooth akıllı cihazlarla etkileşime girebilir.

　　2011 sonundan bu yana piyasaya sürülen tüm akıllı telefonlar akıllı. Bu sayede geliştiriciler, çok sayıda potansiyel kullanıcının zaten ürünleriyle etkileşime giren cihazlara sahip olduğuna güvenebilirler. Bunlar, akıllı aydınlatma veya evdeki çevresel sensörler gibi tüketici ürünleri veya endüstriyel ortamlardaki akıllı sensörler veya makineler gibi cihazlar olabilir. Endüstriyel kullanıcılar, şirketin BYOD (Bring Your Own) politikası kapsamında yetkilendirilen kendi cihazlarını kullanarak veya belirlenmiş cep telefonları veya tabletler kullanarak etkileşim kurabilirler.

　　Shangtai'deki akıllı nesneler için ideal bağlantı

　　Birlikte çalışabilirlik kolaylığının yanı sıra, BLE, akıllı nesneler için bağlantı teknolojisi olarak birkaç önemli avantaj da sunar. Devreler ve protokoller düşük maliyetle uygulanabilir ve Windows, Apple ve Android cihazları için uygun yazılım API'leri mevcuttur. Küçük paketler, kısa alım ve iletim pencereleri ile radyonun boşta kaldığı zamanı en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmış güç şemaları, son derece düşük enerji taleplerine katkıda bulunur ve BLE cihazlarının aylarca veya daha uzun süre küçük madeni paralarla çalışmasına olanak tanır. Öte yandan, Bluetooth cihazlarını eşleştirmek tüketiciler tarafından zor bir süreç olarak görülür; potansiyel olarak zaman alıcı ve biraz "bazen başarılı" olarak kabul edilir. Aksesuarları telefonlarına bağlamaya çalışan kullanıcılar genellikle yeni cihazı keşfedilebilir hale getirmek için bir referans kılavuzuna ihtiyaç duyarlar. Eşleştirme genellikle birden fazla deneme gerektirir ve güvenlik tehlikesi tehlikede olabilir; çünkü az sayıda kullanıcı fabrika varsayılan anahtarlarını potansiyel hackerların kolayca tahmin edemeyeceği numaralara değiştirir.

　　Bir cihazın kendi kullanıcı girişi olduğunda, bu süreç temel olan düğmeler veya anahtarlar gibi cihazlarda olduğu gibi zordur. Tamamen başsız olabilecek IoT akıllı sensörleri gibi cihazlarda bu daha da zor olabilir.

　　Başsız nesnelerle eşleştirilmiş

　　Eşleştirme zorluklarını aşmak için Bluetooth SIG, Bluetooth 2.0'dan itibaren Güvenli Basit Eşleştirme (SSP) başlattı. SSP, çalışma, dijital karşılaştırma, anahtar girişi ve bant dışı (OOB) dahil olmak üzere dört ilişkilendirme modeli belirtir. Anahtar girişi ve sayısal karşılaştırma için kullanıcılar bir kod girmesini veya iki kodun aynı olduğunu doğrulamasını gerektirir. OOB, kullanıcı arayüzleri olmadan başsız cihazları bağlamak için en iyi modeldir. Just Works eşleştirmesi, dijital karşılaştırma ile aynı protokolü kullanır, ancak kullanıcı onayı gerektirmez. Bu, kullanıcı arayüzü anahtarları veya ekranları olmayan cihazları eşleştirmek için kullanılabilir, ancak aradaki güvenlik saldırılarında insan koruması sağlamaz. OOB eşleştirme, anahtar giriş bilgisi yerine daha önce güvenli şekilde paylaşılan bilgileri kullanır.

　　Yakın Alan İletişimi (NFC), OOB eşleştirmesi için gereken verileri paylaşmak için kullanılabilir ve böylece Bluetooth bağlantıları kurmak için pratik ve güvenli bir yol sağlar. NFC eşleştirmesi zaten popüler mobil işletim sistemlerinde destekleniyor ve akıllı telefonlara kulaklık veya hoparlör gibi yeni aksesuarlar tanıtıldığında "tap eşleşme" kolaylığı sayesinde tüketici kullanımı büyük ölçüde basitleştirildi.

　　Yerleşik güvenlik cihazlarıyla NFC, akıllı sensörlerle Bluetooth eşleşmesini kolaylaştırabilir ve akıllı telefonlar ile planşetlerdeki yerel BLE desteğinin yaygın avantajlarını ortadan kaldırır.

　　NFC, ağda yeni cihazların güvenli bir şekilde tanıtılmasına yardımcı olmanın yanı sıra, başsız IoT cihazlarıyla diğer etkileşimleri de kolaylaştırabilir. Bazı örnekler arasında cihazların ağdan çıkarılması, eski cihazların yenileriyle değiştirilmesi ve Bluetooth bağlantıları aktif olmadığında yapılandırma verilerinin gönderilmesi veya bilgi alınması yer alır. NFC ayrıca tamamen kapalı cihazları uyandırarak pil ömrünü en üst düzeye çıkarma ve Bluetooth ağlarına bağlama imkanı sunuyor.

　　NFC ile eşleşme sürecine başlayın

　　Çünkü ana sistem güç kaybettiğinde, pasif NFC etiketleri okuyucu ile iletişim kurabilir ve ağ parametreleri ile güvenli bağlantı için gerekli anahtarlar gibi veriler ilk açılmadan önce cihaza iletilebilir. Bu, NFC özellikli bir akıllı telefon veya geçit cihazına (örneğin ev otomasyon merkezi) yeni bir cihaz dokunarak yapılabilir. Nesne açıldığında, ağa bağlanmak ve güvenli iletişim kurmak için bir anahtar kullanabilir. Daha sonra, güvenlik amacıyla, anahtar etiketten çıkarılarak üçüncü tarafın ele geçirilmesini önlüyor. Benzer şekilde, cihazlara kayıtlı NFC özellikli akıllı telefonlar, başsız cihazları bir dokunuşla ağa bağlayabilir. Diğer komutlar (örneğin cihazları ağdan sıfırlamak veya devre dışı bırakmak) aynı şekilde yapılabilir veya yapılandırma ayarlarını bir cihazdan diğerine kopyalayarak eski cihazı değiştirmek veya güncellemek için tıklama yoluyla yapılabilir.

　　NFC'nin kısa iletişim menzili, güvenliği ve seçiciliği artırıyor. Dinleme çok zordur; yetkisiz kişiler cihazın birkaç santimetre yakınında olması gerekirse ve dinleme kullanıcılarının yalnızca bağlanmak istedikleri cihazın ağ anahtarını aldığından emin olmalarını sağlar.

　　Bluetooth Teknoloji Konsorsiyumu ve NFC Konsorsiyumu, cihaz eşleştirme ve Bluetooth bağlantıları kurmak için iletişim başlatma gibi her iki teknoloji için birlikte çalışabilirlik sağlamıştır. Mevcut Bluetooth standardı, NFC gibi avantajlardan yararlanmak için OOB eşleştirmesini desteklemekle kalmıyor, aynı zamanda NFC spesifikasyonu cihazları Bluetooth veya Wi-Fi gibi ağlara bağlama imkanı da içeriyor. Ayrıca, eşleştirmeden sonra Bluetooth'a anında normal iletim sağlayan bağlantı anahtarlama protokolü de vardır.

　　Bu iki spesifikasyonda yer alan bu özellikler, NFC'nin Bluetooth cihazlarının seçilmesi, Bluetooth cihazlarına güvenli bağlantıların sağlanması veya Bluetooth cihazlarında uygulama başlatma gibi çeşitli amaçlar için kullanılmasına olanak tanır.

　　NFC, Bluetooth keşif programlarını ortadan kaldırarak cihaz seçimini basitleştirir; bu programlar, kullanıcıların dahil edilen diğer cihazlar arasından istedikleri cihazları manuel olarak seçmelerini gerektirebilir. Bu durumda, NFC Bluetooth adreslerinin doğrudan tap cihazlarından ele geçirilmesine izin verir.

　　Bluetooth cihazlarını SSP OOB ile eşleştirirken, NFC kullanılarak BLE cihazları için gerekli geçici anahtarlar iletilebilir. Bu süreç. Anahtar, standart NDEF (NFC Veri Değişim Formatı) mesajının yükünde yer alır. OOB veri alışverişinden sonra, geliştiriciler Bluetooth spesifikasyonunda yer alan diğer özellikleri kullanarak bağlantı kurulumunu tamamlamak için gereken süreyi en aza indirebilirler. Bir örnek, Genel Erişim Profili'nde (GAP) yer alan hızlı bağlantı kurulumu desteğidir. GAP, Bluetooth cihaz duyurularını, yani birbirini keşfetme, bağlanma ve güvenliği yönetme süreçlerini tanımlar.

　　NFC Forumu ve Bluetooth SIG tarafından ortaklaşa yayımlanan başvuru belgesi, Bluetooth Shangtai Secure Simple Pairing (NFC) kullanarak cihaz-cihaz etkileşimi ve NFC ile Bluetooth arasındaki geçiş mekanizması hakkında derinlemesine bilgi sağlar.

　　Entegre modül tasarımı basitleştirir

　　NFC eşleşmesi ve NFC tetiklenen ana uyandırma özelliğini sağlamak için cihazın NFC etiketi ve BLE işlevselliğine sahip olması gerekir. Bunlar bağımsız IC'ler olarak uygulanabilirken, BLE ve NFC'yi IoT cihazları için birleştiren entegre çözümler daha küçük ve potansiyel olarak daha enerji duyarlı çözümler sunar. Panasonic'in PAN1761 BLE/NFC kombinasyon modülü buna örnektir; tek modlu BLE çiplerini NFC Forum 3 uyumlu etiketlerle kompakt yüzeye monte edilmiş bir pakette birleştirir. Modül, dahili bir ARM Cortex-M3 mikrodenetleyici ve akıllı sensör uygulamalarını ve diğer kodları yürütebilen Bluetooth ve NFC işlevlerini yürütebilen 512 KBit EEPROM'a sahiptir. Cihaz, uzun pil ömründen faydalanmasını sağlayan sıfır güç bekleme moduna sahiptir. Gerekirse, NFC tarayıcısını kullanarak tekrar etkinleştirebilir ve Bluetooth bağlantısını otomatik olarak etkinleştirebilirsiniz.

　　Bu modül, Toshiba'nın birleşik BLE/NFC IC'leri kullanılarak oluşturulmuş ve GAP ile GASH'i destekleyen bir Toshiba Bluetooth yığını içerir. Çip üzerinde BLE Evrensel Özellik (GATT) profili. GAP, merkezi ve çevresel rolleri destekler; bu da PAN1761 gateway cihazlarında veya akıllı nesnelerde gateway'lere bağlanmak için kullanılmasına olanak tanır. Standart BLE profili uygulama koduna entegre edilebilir.

　　Toshiba Bluetooth Geliştirici Bölgesi'ne kayıt olmak, desteklenen yazılım geliştirme kitlerine (SDK'lar) erişim sağlar; bu kitler Toshiba Eşleştirme NFC paketlerini içerir. Bu, uygulama kaynak kodu ve dahili Cortex-M3 işlemci için "NFC üzerinden çiftleştirme" kütüphanesi sağlayarak NFC kullanarak OOB eşleştirmesini basitleştirir. Ayrıca, kaynak kodu ile birlikte bant dışı eşleştirme kavramıyla ilgili uygulama talimatlarıyla birlikte bir Android demo uygulaması da mevcut. Tüm modül fonksiyonları için sürücü sağlayan gelişmiş bir BLE API'si (Şekil 1) kurulum, bağlantı ve veri transferine yardımcı olur.

　　Şekil 1: Gelişmiş API'ler geliştiricilerin PAN1761 kullanımına yardımcı olur.

　　PAN1761 modül, Şekil 2'de gösterildiği gibi BLE/NFC IC ve EEPROM'u 26 MHz kristal osilatör, Bluetooth anten ve filtre ile birleştirir. Harici bir NFC anten gereklidir. Çevrimiçi tasarım aracı "Panasonic NFC Design Navigator", mühendislerin anten tasarımlarını geliştirmelerine ve doğru yönlendirme ile PCB düzenlerini sağlamalarına yardımcı olabilir.

　　Şekil 2: PAN1761 devre tasarımını basitleştirir, PCB alanı ve BOM maliyetlerini azaltır. Düzen ve anten tasarım rehberleri sunulmaktadır.

　　Sonuç

　　NFC, neredeyse hiç kullanıcı arayüzü olmadan veya hiç kullanmadan Bluetooth'a minyatür, düşük güçlü endüstriyel akıllı sensörlerin bağlanma zorluğunu ele almaya yardımcı olabilir. Bluetooth SIG ve NFC Forum, NFC spesifikasyonlarında bağlantı değiştirme desteği ve BLE spesifikasyonlarında OOB eşleştirme desteği dahil olmak üzere NFC destekli eşleştirme sağlamak için iş birliği yaptı. Birleşik BLE/NFC etiket modülü, bu iki teknolojiyi tek bir cihazda birleştirerek çözümü basitleştirir. SDK desteği, yazılım geliştiricilerine başsız cihazları hızlıca eşleştirmek için gerekli özellikleri sağlar.