IoT、マシンツーマシン通信、および接続デバイスに向けた電子機器の話題により、設計エンジニアは、2つの電子機器間で情報を交換するための崇高な通信技術モードを常に模索しています。 BLE、NFC、RFID、LoRa、Sigfoxなどから選択できるオプションはすでにたくさんありますが、Chirpという会社は、デバイスのスピーカーとマイクを使用せずに、音声を介してデータを交換できるSDKを開発しました。ペアリング。その上、SDKはプラットフォームに依存せず、低電力データ通信もサポートします。
SDKは、データを一意のオーディオストリームにエンコードし、デバイススピーカーから再生します。このオーディオストリームは、マイクを使用して任意のデバイスで取得してデコードし、実際のメッセージを取得できます。SDKはクロスプラットフォームであり、Android、iOS、Windows、Pythonなどをすでにサポートしています。ARMなどのマイクロコントローラープラットフォームでも使用でき、ESP32やRaspberryPiなどの開発プラットフォームをサポートします。チャープとその可能なアプリケーションについて詳しく知るために、Circuit Digestは、チャープのCTOであるダニエルジョーンズ博士にいくつかの質問について話し合いました。その答えは以下にカプセル化されています
1.チャープの背後にあるテクノロジーとは何ですか？それはどのように機能しますか？
チャープは音波を使って情報を発信する方法です。無線周波数を使用するWi-FiまたはBluetoothとは対照的に、Chirpは、RFチップなどの追加のハードウェアを必要とせずに、任意のコンピュータースピーカーを使用して再生（送信）し、任意のコンピューターマイクを介して受信できるトーンでデータをエンコードします。これにより、Chirpは、携帯電話、ラップトップ、PAシステムなど、スピーカーとマイクを搭載したあらゆる消費者向けデバイスで使用でき、YoutTubeストリームやTV放送でも情報を送信できます。
スピーカーから再生されるエンコードされた可聴音は人間の影響を受けやすく、デジタル鳥の鳴き声の小さな断片のように聞こえるため、「チャープ」という名前が付けられています。しかし、コンピューターのスピーカーとマイクが実際には人間の耳には聞こえない超音波周波数でも機能するという事実を利用することもできます。これにより、聞こえない音で情報を送信することもできます。
2. BLE、NFC、RFID、LoRaなど、私たちの周りに非常に多くのワイヤレス通信プロトコルがあります。なぜまだチャープが必要なのですか？それのユニークな点は何ですか？
1つの理由は、Chirpの非常に低い摩擦です。BluetoothやWi-Fiとは異なり、Chirpを使用すると、1対多の通信をすぐに開始して、ペアリングすることなく周囲の全員とメッセージを共有できます。部屋の周りやテーブルの周りの全員にすばやく簡単に何かを共有するのがはるかに簡単になります。今まで会ったことのない人との交流や、会ったことのない機械との交流にとても便利です。たとえば、スマートロッカーを開いたり、名刺を共有したりします。
それとは別に、Chirpがピアツーピアコミュニケーションでも使用されていることもよくあります。たとえば、インドのバス会社Shuttlは、バスの運転手と乗客の間でChirpを使用して、その人がバスに乗り込んだかどうか、チケットが引き換えられたかどうかを確認しています。
3. Chirpとのメッシュ通信を設定することは可能ですか？複数のデバイスと通信できますか？
はい、音について覚えておくべき重要なことの1つは、通信の種類が多すぎることです。つまり、送信機の可聴範囲内にある近くにあるものはすべて音を聞き、データを受信します。これには利点と制限の両方があります。利点は、マルチキャスト共有が非常に簡単なことです。メッシュネットワーキングのようなものでは、それはおそらく機能しますが、お互いの聴力範囲内に一連の受信機が必要になります。したがって、通常、1対多のブロードキャストシナリオではチャープをより多く使用する傾向があります。
4.チャープはペアリングなしでどのように機能しますか？これはデータセキュリティの問題につながりますか？
SDKの動作を示す「ChirpMessenger」（AndroidおよびiOSストアで入手可能）と呼ばれる非常に小さなデモアプリがあります。メッセージを送信するには、ユーザーはメッセージを入力して送信を押すと、メッセージが可聴音に埋め込まれ、電話のスピーカーから再生されます。そのため、開発者キットを実行している近くのデバイスはすべて、マイクを介してこれらのオーディオトーンを受信できます。これらのオーディオトーンは構成周波数にデコードされ、エラー訂正が適用されてノイズと歪みの影響に対抗し、実際のメッセージを取得します。このようにして、チャープは完全に無料でペアリングします。必要なのは、トーンを聞いてデコードすることだけです。
いくつかのセキュリティ機能を既存のプロトコルに階層化するなど、Chirpを介して機密データを送信するときに使用できるセキュリティへの影響がいくつかあります。チャープは単なる伝達媒体であるため、これらのトーンに何でも埋め込むことができます。たとえば、RSAまたはAES暗号化を使用して、データをチップ経由で送信する前に暗号化し、公開鍵暗号を使用して復号化できます。
5. Chirpは、低電力の組み込みコントローラーで使用するのに十分小さいですか？どのくらいの電力を消費しますか？
SDKを可能な限り最適化するよう努めています。 CPUサイクルを削減するために、コードから不要なビットとバイトをすべてカットする素晴らしい組み込みDSPチームがあります。その理由は、私たちが取り入れている大きな領域の1つは、組み込みフィールドチップです。特に、低電力で低スペックのIoTデバイスと通信する場合。当社のSDKは、100kB未満のRAMを搭載した90Mhz周波数で動作するARM CortexM4プロセッサでも実行できます。
開発ボードで測定されたCortex-M4コントローラーの電力測定値は、アクティブリスニング時は約20mA、ウェイクオンサウンドモードでは1秒あたり90Mサイクルで10uA未満でした。ウェイクオンサウンドモードでは、Vesperというメーカーの超低電力マイクを使用します。Vesperは常にマイクの電力をゼロにします。このようにして、マイクはアクティブに音をリストし、クリップを聞くと、Cortexコントローラーをスリープモードから復帰させてデータをデコードします。
6.チャープ通信の通信範囲とペイロードはどのくらいですか？
範囲に関しては、それはすべて、信号がスピーカーによって送信される音量に依存します。放送の音量が大きいほど範囲が広くなります。これは、情報を受信するには、マイクが最初に聞く必要があるためです。放出装置の音圧レベルを制御するだけで、範囲を非常に簡単に制御できます。遠端では、数百メートル離れたスタジアム全体にチャープをブロードキャストしたり、スピーカーの音量を下げて部屋内でデータを送信したりできます。
データレートに関しては、音響チャネルはノイズが多いため、BluetoothやWi-Fiと競合するために使用できるレートではありません。メガビットではなく、毎秒数百ビットについて話しています。つまり、トークン値などの小さなデータの送信にはChirpを使用することをお勧めします。最速のプロトコルは2.5kb /秒で実行されますが、これらは短距離NFCスタイルのシナリオ用です。非常に長い範囲では、データレートは数十ビット/秒になります。
7.データは音波を使用して交換されるので、どのように環境ノイズの影響を受けませんか？
明らかに、レストランから産業シナリオまで、私たちの周りの環境は信じられないほど騒々しいです。バックグラウンドノイズは常に存在します。私たちはもともと、騒がしい環境で音響的に通信する方法の問題を主に検討していたロンドンのユニバーシティカレッジコンピュータサイエンスラボから生まれました。そして、この問題を解決しようとしている複数の博士号と教授がいます。これは多くのアウトリサーチが焦点を当てているところであり、私たちはこの分野で複数の特許を取得しています。
これを証明するものとして、私たちはここ英国の原子力発電所で成功裏に操業してきました。私たちはEDFエナジーと呼ばれる会社によってもたらされ、100デシベルまでの信じられないほど耳をつんざくようなバックグラウンド環境で80メートルの範囲を超える超音波ペイロードを送信しました。それでも、機器の18時間のテストで、100％のデータ整合性を達成することができました。
8. Chirpでサポートされる他の低電力ハードウェアプラットフォームは何ですか？
ARM Cortex M4およびM7用の安定したSDKがすでにあり、次に、浮動小数点アーキテクチャを持たない固定小数点プロセッサであるARM CortexM0用のSDKのみを送信するように取り組んでいます。また、Arduinoプラットフォームを介してESP32をサポートし、非常に効率的なプロセスのためにFPGAサポートの調査も開始しました。
9.チャープは現在どこで使用されていますか？いくつかのユースケースの例を教えてください。
近接検出は本当に良いアプリケーションです。あなたの近くの人だけがあなたのチャープを聞くことができるので、あなたの周りに誰がいるかを知るためのヒューリスティックとして使用することができます。チャープは、若いゲーマーが超音波チャープを効果的に使用して、近くにいる他の人を検出する方法として、Robloxと呼ばれる巨大なソーシャルゲームプラットフォームで使用されています。このようにして私は自分の携帯電話を引き出すことができ、それはゲームセッションを開始するために部屋の他のプレイヤーによって発見される超音波ビーコンとして機能します。
また、チャープを使用した屋内ナビゲーションを支援するために、大手会議室会社とのパートナーシップを開始しようとしています。建物内の部屋から部屋へと歩くとき、デバイスが現在どの部屋にいるかを知ることは非常に重要です。この組織では、ラップトップまたはモバイルが現在どの部屋にいるかを知る方法としてチャープを使用しています。会議室に接続できるようにします。
10. Chirps SDKのライセンス条項は何ですか？どのような忠誠心が関わっていますか？
中小企業の場合、愛好家やDIYメーカーのChirpは、月間アクティブユーザーが最大10,000人まで完全に無料です。これは、私たちのテクノロジーを使用している人々と開発者コミュニティがそれを実験しているのを見たいからです。それとは別に、私たちは中小企業もサポートしたいと考えています。大企業や顧客の場合、年会費を請求する傾向があります