مع ضجة الإلكترونيات نحو إنترنت الأشياء ، والاتصال من آلة إلى آلة والأجهزة المتصلة ، فإن مهندسي التصميم في بحث مستمر للعثور على طريقة رائعة لتقنية الاتصال لتبادل المعلومات بين جهازين إلكترونيين. في حين أن هناك بالفعل الكثير من الخيارات للاختيار من مثل بليه، NFC، RFID، لورا، Sigfox الخ، شركة تدعى غرد وقد وضعت SDK التي تتيح تبادل البيانات عبر الصوت ببساطة عن طريق استخدام مكبر الصوت الجهاز والميكروفون دون الحاجة لل التقشير. علاوة على ذلك ، تعد SDK مستقلة عن النظام الأساسي وتدعم أيضًا اتصال البيانات منخفض الطاقة.
تقوم SDK بترميز البيانات في دفق صوتي فريد وتشغيلها من خلال مكبر صوت الجهاز ، ومن ثم يمكن التقاط دفق الصوت هذا بواسطة أي جهاز باستخدام ميكروفون وفك تشفيره ، للحصول على الرسالة الفعلية. SDK عبارة عن منصة مشتركة وتدعم بالفعل أنظمة Android و iOS و Windows و python وغيرها. يمكن استخدامه أيضًا في منصات متحكم مثل ARM ويدعم منصة التطوير مثل ESP32 و Raspberry Pi. لمعرفة المزيد عن Chirp وتطبيقاته المحتملة ، اتصلت Circuit Digest بالدكتور Daniel Jones - CTO في Chirp لمناقشة بعض الأسئلة. الإجابات التي تم تلخيصها أدناه
1. ما هي التكنولوجيا وراء الزقزقة وكيف تعمل؟
Chirp هي طريقة لنقل المعلومات باستخدام الموجات الصوتية. على عكس Wi-Fi أو Bluetooth الذي يستخدم ترددات الراديو ، يقوم Chirp بترميز البيانات بنغمات يمكن تشغيلها (نقلها) باستخدام أي مكبر صوت للكمبيوتر واستلامها من خلال أي ميكروفون كمبيوتر دون الحاجة إلى وجود أي أجهزة إضافية مثل رقائق RF. يتيح ذلك استخدام Chirp على أي جهاز استهلاكي به مكبر صوت وميكروفون ، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ونظام PA وما إلى ذلك ، ويمكنه نقل المعلومات حتى من خلال بث YoutTube أو البث التلفزيوني.
النغمات المسموعة المشفرة التي يتم تشغيلها من خلال السماعة حساسة للإنسان وتبدو وكأنها قطعة صغيرة من أغنية الطيور الرقمية ، ومن هنا جاء اسم "غرد". ولكن يمكننا أيضًا استغلال حقيقة أن مكبر صوت الكمبيوتر والميكروفون يمكن أن يعمل أيضًا مع ترددات فوق صوتية غير مسموعة للآذان البشرية ، وبهذه الطريقة يمكننا أيضًا نقل المعلومات عبر الصوت الذي لا يمكننا سماعه.
2. مع وجود العديد من بروتوكولات الاتصال اللاسلكي من حولنا مثل BLE و NFC و RFID و LoRa وما إلى ذلك.. لماذا ما زلنا بحاجة إلى غرد؟ ما هو فريد معها؟
سيكون أحد الأسباب هو الاحتكاك المنخفض للغاية في Chirp. على عكس Bluetooth أو Wi-Fi ، يمكنني استخدام Chirp لبدء اتصال واحد إلى العديد على الفور لمشاركة رسالة مع كل من حولي دون الحاجة إلى الاقتران بهم. إنه يجعل مشاركة شيء ما أسهل كثيرًا وبسرعة مع الجميع في الغرفة أو حول الطاولة. إنه مفيد جدًا للتواصل مع أشخاص لم أقابلهم من قبل أو للتفاعل مع الجهاز الذي ربما لم أقابله من قبل. على سبيل المثال فتح خزانة ذكية أو مشاركة بطاقة عمل وما إلى ذلك..
بصرف النظر عن ذلك ، نرى أيضًا في الكثير من الوقت استخدام Chirp في Peer to Peer Communication أيضًا. على سبيل المثال ، تستخدم شركة Shuttl وهي شركة حافلات هندية تطبيق Chirp بين سائق الحافلة والراكب للتحقق مما إذا كان الشخص قد استقل الحافلة وما إذا كان قد تم استرداد تذكرته.
3. هل من الممكن إقامة اتصال شبكي مع Chirp؟ هل يمكنني الاتصال بأجهزة متعددة؟
نعم ، أحد الأشياء الرئيسية التي يجب تذكرها حول الصوت هو أنه نوع واحد جدًا من الاتصالات ، مما يعني أن أي شيء قريب في النطاق المسموع لجهاز الإرسال الخاص بنا سيسمع الصوت وسيستقبل البيانات. هذا له مزايا وقيود. الميزة هي أنه من السهل جدًا مشاركة البث المتعدد. بالنسبة لأشياء مثل الشبكات المعشقة ، من المحتمل أن تعمل ، لكنك ستحتاج إلى سلسلة من أجهزة الاستقبال ضمن نطاق السمع لبعضها البعض. لذلك ، عادةً ما نميل إلى استخدام الزقزقة أكثر لسيناريوهات البث من واحد إلى العديد.
4. كيف يمكن أن يعمل Chirp بدون أي تقشير؟ هل هذا يؤدي إلى مشاكل أمن البيانات؟
لدينا تطبيق تجريبي صغير جدًا يسمى "Chirp Messenger" (متوفر في متجر Android و iOS) يوضح كيفية عمل SDK الخاص بنا. لإرسال رسالة ، يمكن للمستخدم كتابة الرسالة والضغط على إرسال مما سيؤدي إلى تضمين الرسالة في نغمة مسموعة وتشغيلها من خلال مكبر صوت هاتفي. لذلك ، أي جهاز قريب ، يقوم بتشغيل مجموعة المطورين الخاصة بنا ، يمكنه استقبال هذه النغمات الصوتية من خلال الميكروفون. يتم فك تشفير هذه النغمات الصوتية لتردد المكون ويتم تطبيق تصحيح الخطأ لمواجهة تأثيرات الضوضاء والتشويه للحصول على الرسالة الفعلية. بهذه الطريقة ، فإن Chirp يتم تقشيره بالكامل مجانًا ، كل ما هو مطلوب هو سماع النغمات وفك تشفيرها.
هناك بعض الآثار الأمنية التي يمكن استخدامها عند إرسال بيانات حساسة من خلال Chirp ، مثل وضع بعض ميزات الأمان على البروتوكول الحالي. نظرًا لأن Chirp مجرد وسيلة نقل ، يمكنك تضمين أي شيء في تلك النغمات. على سبيل المثال ، يمكنك استخدام تشفير RSA أو AES لتشفير بياناتك قبل إرسالها عبر شريحة ثم فك تشفيرها باستخدام تشفير المفتاح العام.
5. هل Chirp صغير بما يكفي لاستخدامه مع وحدات تحكم مدمجة منخفضة الطاقة؟ ما مقدار الطاقة التي تستهلكها؟
نحن نسعى جاهدين لتحسين SDK الخاص بنا قدر الإمكان. لدينا فريق DSP مدمج مذهل يقوم بقص كل وحدات البت والبايت غير الضرورية من الشفرة لتقليل دورة وحدة المعالجة المركزية. والسبب في ذلك هو أن أحد المجالات الكبيرة التي نشهد فيها امتصاصًا هو شريحة المجال المدمجة. خاصة إذا كنت ترغب في الاتصال بجهاز إنترنت الأشياء منخفض الطاقة ومنخفض المواصفات. يمكن تشغيل SDK الخاص بنا على معالج ARM Cortex M4 الذي يعمل بتردد 90 ميجا هرتز مع ذاكرة وصول عشوائي أقل من 100 كيلو بايت.
كانت قياسات الطاقة على وحدات تحكم Cortex-M4 ، كما تم قياسها على لوحات التطوير الخاصة بنا ، حوالي 20 مللي أمبير عند الاستماع الفعال وأقل من 10uA في وضع الاستيقاظ على الصوت مع 90 مليون دورة في الثانية. يستخدم وضع الاستيقاظ على الصوت ميكروفونات ذات طاقة منخفضة للغاية من شركة مصنّعة تسمى Vesper والتي لا تصدر أي طاقة على الميكروفون دائمًا. بهذه الطريقة ، سيتم إدراج الميكروفون بشكل نشط للصوت وعندما يسمع صوتًا صوتيًا ، فسوف يوقظ وحدة تحكم Cortex من وضع السكون لفك تشفير البيانات.
6. ما هو نطاق الاتصال والحمولة النافعة لـ Chirp Communication؟
من حيث النطاق ، كل هذا يتوقف على مدى ارتفاع الصوت الذي يرسله مكبر الصوت. كلما زاد حجم البث كلما زاد النطاق ، وذلك لأنه لتلقي المعلومات التي يجب أن تسمعها الميكروفونات أولاً. يمكننا التحكم في النطاق بكل بساطة عن طريق التحكم في مستوى ضغط الصوت لجهاز البث. في النهاية ، يمكنك بث غرد إلى ملعب كامل ينقل بياناتك على بعد مئات الأمتار أو يمكنك خفض حجم مكبرات الصوت الخاصة بنا لنقل بياناتك داخل الغرفة.
من حيث معدل البيانات ، فإن القناة الصوتية صاخبة وبالتالي فهي ليست معدلًا يمكن استخدامه للتنافس مع Bluetooth أو Wi-Fi. نحن نتحدث عن مئات البتات في الثانية وليس بالميغابت. مما يعني أنه يوصى باستخدام Chirp لإرسال بيانات صغيرة مثل قيم الرموز وما إلى ذلك. تعمل أسرع بروتوكولاتنا بسرعة 2.5 كيلو بايت / ثانية ، ولكنها مخصصة لسيناريوهات نمط NFC قصيرة المدى. على مدى طويل جدًا ، سيكون معدل البيانات 10 بتات في الثانية.
7. بما أن البيانات يتم تبادلها باستخدام الموجات الصوتية ، فكيف تكون محصنة ضد الضوضاء البيئية؟
من الواضح أن البيئة المحيطة بنا صاخبة بشكل لا يصدق ، من المطاعم إلى السيناريوهات الصناعية ، دائمًا ما توجد ضوضاء في الخلفية. لقد خرجنا في الأصل من جامعة بحثية في جامعة كوليدج لندن ، مختبر علوم الكمبيوتر الذي كان يبحث في المقام الأول في مشكلة كيفية التواصل الصوتي في بيئة صاخبة. ولدينا العديد من الدكتوراه والأساتذة يحاولون حل هذه المشكلة. هذا هو المكان الذي تركز عليه الكثير من الأبحاث ولدينا براءات اختراع متعددة في هذا المجال.
كدليل على ذلك ، عملنا بنجاح في محطة للطاقة النووية هنا في المملكة المتحدة. تم إحضارنا من قبل شركة تسمى EDF energy لإرسال حمولات فوق صوتية تزيد عن 80 مترًا في بيئات خلفية تصم الآذان بشكل لا يصدق حتى 100 ديسيبل يتعين علينا ارتداء المدافعين. ما زلنا قادرين على تحقيق سلامة البيانات بنسبة 100٪ على مدار 18 ساعة من اختبار المعدات.
8. ما هي الأنظمة الأساسية الأخرى للأجهزة منخفضة الطاقة التي ستدعمها Chirp؟
لدينا بالفعل SDK مستقر لـ ARM Cortex M4 و M7 ، وبعد ذلك نعمل على إرسال SDK فقط لـ ARM Cortex M0 وهو معالج نقطة ثابتة لا يحتوي على بنية النقطة العائمة. نحن ندعم أيضًا ESP32 من خلال منصة Arduino وبدأنا أيضًا في النظر في دعم FPGA لعمليات فعالة للغاية.
9. أين يتم استخدام chirp حاليًا ، هل يمكنك أن تعطينا أمثلة قليلة عن حالات الاستخدام؟
كشف القرب هو تطبيق جيد حقًا. نظرًا لأن الأشخاص القريبين منك فقط هم من يمكنهم سماع غرداتك ، فيمكن استخدامه كإرشاد لمعرفة من حولك. يتم استخدام Chirp بواسطة منصة ألعاب اجتماعية ضخمة تسمى Roblox كوسيلة للاعبين الصغار لاكتشاف أشخاص آخرين بالقرب منهم ، باستخدام غردات فوق صوتية بشكل فعال. بهذه الطريقة يمكنني سحب هاتفي المحمول وسيعمل كمنارة فوق صوتية يكتشفها لاعبون آخرون في الغرفة لبدء جلسة لعب.
نحن أيضًا على وشك إطلاق شراكة مع إحدى شركات غرف الاجتماعات الكبرى لمساعدتهم في التنقل الداخلي باستخدام Chirp. أثناء المشي من غرفة إلى أخرى في مبنى ، من المهم جدًا أن يعرف جهازك الغرفة التي تتواجد فيها. مع هذه المنظمة ، نستخدم chirp كطريقة لجهاز الكمبيوتر المحمول أو الهاتف المحمول لمعرفة الغرفة التي تتواجد فيها حاليًا و تمكنك من الاتصال بغرفة اجتماعات.
10. ما هي شروط الترخيص لـ Chirps SDK؟ ما هو نوع الولاء المتضمن؟
بالنسبة إلى الأعمال الصغيرة ، فإن الهواة وصانعي DIY Chirp مجاني تمامًا حتى 10000 مستخدم نشط شهريًا. هذا لأننا نريد حقًا أن نرى أشخاصًا يستخدمون تقنيتنا ومجتمع المطورين يجربونها. بصرف النظر عن ذلك ، نريد أيضًا دعم الأعمال الصغيرة. بالنسبة للمؤسسات الكبيرة والعملاء ، فإننا نميل إلى فرض رسوم سنوية عليهم