IoT, M2M 통신 및 연결된 장치에 대한 전자 공학의 유행에 따라 설계 엔지니어는 두 전자 장치간에 정보를 교환 할 수있는 숭고한 통신 기술 모드를 찾기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 이미 BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox 등과 같은 많은 옵션 중에서 선택할 수있는 옵션이 있지만 Chirp 라는 회사 는 장치 스피커와 마이크를 사용하지 않고 간단히 장치 스피커와 마이크를 사용하여 소리를 통해 데이터를 교환 할 수있는 SDK를 개발했습니다. 껍질 벗기기. 또한 SDK는 플랫폼 독립적이며 저전력 데이터 통신도 지원합니다.
SDK는 데이터를 고유 한 오디오 스트림으로 인코딩하고 장치 스피커를 통해 재생합니다. 그런 다음이 오디오 스트림은 마이크를 사용하는 모든 장치에서 선택하여 디코딩하여 실제 메시지를 얻을 수 있습니다. SDK는 크로스 플랫폼이며 이미 Android, iOS, Windows 및 Python을 지원합니다. ARM과 같은 마이크로 컨트롤러 플랫폼에서도 사용할 수 있으며 ESP32 및 Raspberry Pi와 같은 개발 플랫폼을 지원합니다. Chirp 및 가능한 응용 프로그램에 대해 자세히 알아보기 위해 Circuit Digest 는 Chirp의 CTO 인 Daniel Jones 박사 에게 몇 가지 질문을 논의했습니다. 아래에 요약 된 답변
1. 처프이면의 기술은 무엇이며 어떻게 작동합니까?
Chirp는 음파를 사용하여 정보를 전송하는 방법입니다. 무선 주파수를 사용하는 Wi-Fi 또는 Bluetooth와 달리 Chirp는 컴퓨터 스피커를 사용하여 재생 (전송) 할 수 있고 RF 칩과 같은 추가 하드웨어없이 컴퓨터 마이크를 통해 수신 할 수있는 톤으로 데이터를 인코딩합니다. 이를 통해 휴대폰, 랩톱, PA 시스템 등과 같이 스피커와 마이크가있는 모든 소비자 장치에서 Chirp를 사용할 수 있으며 YoutTube 스트림 또는 TV 방송을 통해서도 정보를 전송할 수 있습니다.
스피커를 통해 재생되는 인코딩 된 가청 톤은 사람에게 민감하며 작은 디지털 새 노래처럼 들리므로 "chirp"라는 이름이 붙습니다. 그러나 우리는 또한 컴퓨터 스피커와 마이크가 실제로 사람의 귀에 들리지 않는 초음파 주파수와 함께 작동 할 수 있다는 사실을 이용할 수 있습니다. 이렇게하면 우리가들을 수없는 소리를 통해 정보를 전송할 수도 있습니다.
2. BLE, NFC, RFID, LoRa 등과 같은 우리 주변에 너무 많은 무선 통신 프로토콜이 있습니다. 왜 여전히 처프가 필요한가요? 그것의 독특한 점은 무엇입니까?
한 가지 이유는 Chirp의 마찰이 극도로 낮기 때문입니다. Bluetooth 또는 Wi-Fi와 달리 Chirp를 사용하여 즉시 일대 다 통신을 시작하여 주변의 모든 사람과 페어링하지 않고도 메시지를 공유 할 수 있습니다. 방이나 테이블 주위의 모든 사람에게 빠르고 쉽게 무언가를 공유 할 수 있습니다. 이전에 만난 적이없는 사람들과 연결하거나 전에 만난 적이없는 기계와 상호 작용할 때 매우 유용합니다. 예를 들어 스마트 사물함을 열거 나 명함을 공유하는 등.
그 외에도 Peer to Peer Communication에서도 Chirp가 사용되는 것을 많이 볼 수 있습니다. 예를 들어, 인도의 버스 회사 인 Shuttl은 버스 운전사와 승객 사이에 Chirp를 사용하여 그 사람이 버스에 탑승했는지, 티켓이 교환되었는지 확인합니다.
3. Chirp와 메시 통신을 설정할 수 있습니까? 여러 장치와 통신 할 수 있습니까?
예, 소리에 대해 기억해야 할 핵심 사항 중 하나는 너무 많은 유형의 통신이라는 것입니다. 즉, 송신기의 가청 범위 내에있는 근처의 모든 것이 소리를 듣고 데이터를 수신한다는 것을 의미합니다. 여기에는 장점과 한계가 있습니다. 장점은 멀티 캐스트 공유가 매우 쉽다는 것입니다. 메시 네트워킹과 같은 경우에는 작동 할 수 있지만 서로의 청각 범위 내에 일련의 수신기가 필요합니다. 따라서 일반적으로 우리는 일대 다 방송 시나리오에 대해 더 많이 처프를 사용하는 경향이 있습니다.
4. 페어링없이 Chirp가 어떻게 작동합니까? 이로 인해 데이터 보안 문제가 발생합니까?
SDK 작동 방식을 보여주는 "Chirp Messenger"(Android 및 iOS 스토어에서 사용 가능)라는 아주 작은 데모 앱이 있습니다. 메시지를 보내려면 사용자가 메시지를 입력하고 send를 누르면 메시지가 들리는 톤에 포함되고 내 전화 스피커를 통해 재생할 수 있습니다. 따라서 개발자 키트를 실행하는 근처의 모든 장치는 마이크를 통해 이러한 오디오 톤을 수신 할 수 있습니다. 이러한 오디오 톤은 구성 주파수로 디코딩되고 오류 수정이 적용되어 실제 메시지를 얻기 위해 노이즈 및 왜곡의 영향을 상쇄합니다. 이런 식으로 Chirp는 톤을 듣고 디코딩하기 만하면됩니다.
기존 프로토콜에 일부 보안 기능을 계층화하는 것과 같이 Chirp를 통해 민감한 데이터를 전송할 때 사용할 수있는 보안 관련 사항이 있습니다. Chirp는 전송 매체 일 뿐이므로 이러한 톤에 무엇이든 포함 할 수 있습니다. 예를 들어 RSA 또는 AES 암호화를 사용하여 데이터를 칩을 통해 전송하기 전에 암호화 한 다음 공개 키 암호화를 사용하여 암호를 해독 할 수 있습니다.
5. Chirp는 저전력 임베디드 컨트롤러와 함께 사용할 수있을만큼 작습니까? 얼마나 많은 전력을 소비합니까?
SDK를 최대한 최적화하기 위해 노력하고 있습니다. CPU 사이클을 줄이기 위해 불필요한 모든 비트와 바이트를 코드에서 잘라내는 놀라운 임베디드 DSP 팀이 있습니다. 그 이유는 우리가 주목하고있는 큰 영역 중 하나는 임베디드 필드 칩 때문입니다. 특히 저전력 및 저사양 IoT 장치와 통신하려는 경우. 우리의 SDK는 100kB 미만의 RAM으로 90Mhz 주파수에서 실행되는 ARM Cortex M4 프로세서에서도 실행할 수 있습니다.
개발 보드에서 측정 한 Cortex-M4 컨트롤러의 전력 측정은 활발하게 청취 할 때 약 20mA 였고 초당 90M 사이클의 wake-on-sound 모드에서 10uA 미만이었습니다. 웨이크-온-사운드 모드는 항상 전원이 켜지지 않는 마이크를 사용하는 Vesper라는 제조업체의 초 저전력 마이크를 사용합니다. 이렇게하면 마이크가 소리를 적극적으로 나열하고 chrip이 들리면 Cortex 컨트롤러를 절전 모드에서 깨워 데이터를 디코딩합니다.
6. Chirp Communication의 통신 범위와 페이로드는 어떻게됩니까?
범위 측면에서 모든 것은 스피커가 신호를 얼마나 크게 전송하는지에 따라 다릅니다. 방송의 볼륨이 높을수록 범위가 멀어집니다. 이는 마이크가 먼저 들어야하는 정보를 수신하기 때문입니다. 방출 장치의 음압 레벨을 제어하여 아주 간단하게 범위를 제어 할 수 있습니다. 맨 끝에서 수백 미터 떨어진 곳에서 데이터를 전송하는 전체 경기장에 짹짹을 방송하거나 스피커 볼륨을 낮추어 방 내에서 데이터를 전송할 수 있습니다.
데이터 속도 측면에서 음향 채널은 잡음이 많으므로 Bluetooth 또는 Wi-Fi와 경쟁하는 데 사용할 수있는 속도가 아닙니다. 우리는 메가 비트가 아닌 초당 수백 비트에 대해 이야기하고 있습니다. 즉, Chirp는 토큰 값 등과 같은 작은 데이터를 전송하는 데 사용하는 것이 좋습니다. 가장 빠른 프로토콜은 2.5kb / sec에서 실행되지만 근거리 NFC 스타일 시나리오 용입니다. 매우 긴 범위에서 데이터 속도는 초당 10 비트입니다.
7. 데이터는 음파를 사용하여 교환되므로 어떻게 환경 소음에 영향을받지 않습니까?
분명히 우리 주변 환경은 식당에서 산업 시나리오에 이르기까지 배경 소음이 항상 존재하는 등 엄청나게 시끄 럽습니다. 우리는 원래 시끄러운 환경에서 음향 적으로 의사 소통하는 방법에 대한 문제를 주로 연구하던 University College London, Computer Science Lab에서 나왔습니다. 그리고 우리는이 문제를 풀기 위해 노력하는 여러 박사와 교수를 가지고 있습니다. 이것은 많은 연구가 집중하는 곳이며 우리는이 분야에서 여러 특허를 얻었습니다.
이에 대한 증거로서 우리는 영국의 원자력 발전소에서 성공적으로 운영하고 있습니다. 우리는 EDF 에너지라는 회사에 의해 수비수를 착용해야하는 엄청나게 귀가 먹지 않는 배경 환경에서 80 미터 범위 이상의 초음파 페이로드를 전송했습니다. 그럼에도 불구하고 우리는 장비의 18 시간 테스트를 통해 100 % 데이터 무결성을 달성 할 수있었습니다.
8. Chirp에서 지원할 다른 저전력 하드웨어 플랫폼은 무엇입니까?
ARM Cortex M4 및 M7 용 안정적인 SDK가 이미 있으며 다음으로 부동 소수점 아키텍처가없는 고정 소수점 프로세서 인 ARM Cortex M0 용 SDK 만 전송하는 작업을 진행 중입니다. 우리는 또한 Arduino 플랫폼을 통해 ESP32를 지원하며 매우 효율적인 프로세스를 위해 FPGA 지원도 조사하기 시작했습니다.
9. 현재 처프가 사용되고있는 곳에서 몇 가지 사용 사례를 들어 주실 수 있습니까?
근접 감지는 정말 좋은 응용 프로그램입니다. 주변 사람들 만이 당신의 짹짹 소리를들을 수 있기 때문에 주변에있는 사람을 아는 휴리스틱으로 사용할 수 있습니다. Chirp는 Roblox라는 거대한 소셜 게임 플랫폼에서 젊은 게이머가 초음파 짹짹을 효과적으로 사용하여 주변에있는 다른 사람을 감지하는 방법으로 사용됩니다. 이렇게하면 모바일을 꺼낼 수 있으며 게임 세션을 시작하기 위해 방에있는 다른 플레이어가 발견 할 수있는 초음파 비콘 역할을합니다.
또한 Chirp를 사용하여 실내 내비게이션을 지원하기 위해 주요 회의실 회사와 파트너십을 시작하려고합니다. 건물의 방에서 방으로 이동할 때 장치가 현재 어떤 방에 있는지 아는 것이 매우 중요합니다.이 조직에서는 랩톱이나 모바일에서 현재 어떤 방에 있는지 알려주는 방법으로 chirp를 사용하고 있습니다. 회의실에 연결할 수 있습니다.
10. Chirps SDK의 라이선스 조건은 무엇입니까? 어떤 종류의 충성심이 관련되어 있습니까?
소규모 기업의 경우 취미 활동가 및 DIY 제조업체 인 Chirp는 월간 활성 사용자 10,000 명까지 완전 무료입니다. 이는 우리 기술을 사용하는 사람들과이를 실험하는 개발자 커뮤니티를보고 싶기 때문입니다. 그 외에도 우리는 중소기업을 지원하고 싶습니다. 대기업 및 고객의 경우 연간 요금을 부과하는 경향이 있습니다.