はじめてのBLE

今回は、Bluetooth® Low Energy (以下、BLEと表記) 製品を初めて扱うお客様、Texas Instruments(以下、TI社と表記)のBLE製品をご検討いただくお客様を対象として BLEについてご紹介します。

BLEってどんなもの?

身近なBluetooth®

皆様がBluetoothと言われて最初に思い浮かぶものは、「ワイヤレスヘッドフォンやワイヤレスマウスに使われているもの」ではないでしょうか。既に身近なところで多く利用されているBluetoothについてご紹介しましょう。

Bluetoothとは・・・

Bluetooth SIG(Special Interest Group)という団体が定めた無線通信規格の1つです。
使用周波数は2.4GHz帯で、最大2Mbps程度、約100mまでの近距離無線通信です。
現在はバージョン5が最新の規格です。

Bluetoothの特徴

●汎用性が高い(スマホやPCに普及している)
●消費電力が少ない
●通信費用が発生しない
●指向性がない(障害物に強い)
●無線局免許が不要である
●転送速度が低速である

BLEとは・・・

Bluetoothの拡張仕様の一つで、Bluetooth Low Energyのことです。
Low Energy は、Bluetooth v4.0で追加されました。最大の特長は超低消費電⼒です。
消費電力は従来のバージョンと比較しておよそ2分の1になりました。リチウム乾電池1つで1年程度動作可能と言われています。超低消費電力であることの代わりに、データ転送速度は1Mbps程度と低速になっています

Bluetoothの通信規格の種類

BLEは、従来のBluetoothと比較して、物理層の仕様からプロトコルの仕様まで大きく変わり、互換性もなくなってしまいました。
そのため、現在はBLEより古い通信規格をBluetooth Classic(または BR/EDR※)と呼び明確に区別するようになりました。
Bluetoothは、「Bluetooth Low Energy」と「Bluetooth Classic」、2つの規格の総称であり、この2つは別物であることにご注意ください。

Bluetooth通信の仕組み

Bluetoothは2.4GHzの免許不要なISMバンドを利用しています。 ISMとは、“Industrial, Scientific and Medical”の略で、産業科学医療の用途に使われる無線周波数帯です。 Bluetooth以外にも、Wi-FiやZigBee、電子レンジ等多くの機器が利用している周波数帯です。

Bluetoothは2.4GHz帯を複数のチャネルに分割し、通信中に使うチャネルを変える「周波数ホッピング」を利用しています。 チャネルの切替は、疑似ランダムパターンで自動的に行われます。

役割 (ロール)

BLEには、4つの役割があります。

1.Peripheral
・接続を要求する通信パケット「アドバタイズ」を送信する
・接続時はスレーブとして動作する
・例 : 活動量計、スマートウォッチ
2.Central
・「アドバタイズ」をスキャンし、接続する
・接続時はマスターとして動作する
・例 : スマートフォン、タブレット等の情報端末
3.Broadcaster
・ブロードキャスト通信用の「アドバタイズ」を送信する
・例 : 温度センサ、位置ビーコン
4.Observer
・ブロードキャスト通信用で、「アドバタイズ」をスキャンするが接続しない
・例 : 表示機器、スマートフォン

●CentralとPeripheral は、1対1の通信接続を確立した後に、データ通信が行えます。通信確立後はペアリングを経て、暗号化通信を行う事も可能になります。(双方向通信)
●ObserverとBroadcasterは、ブロードキャスト通信を行う時に利用されますが、接続/ペアリングが行われていない為に暗号化通信はサポートされず、BroadcasterからObserverへの送信しかできません。(単方向通信)

※接続するための情報をマスター、スレーブ互いに交換登録することを「ペアリング」と言います。

BLEの通信手順

●コネクション(接続)までの手順
BLEの通信にもマスタとスレーブが存在します。BLE対応機器は、以下のような通信手順に従って、コネクションを確立します。
 ①スレーブがアドバタイズ(パケット)を送信する
 ②マスタがアドバタイズを受取り、接続要求を送信
 ③接続完了

●接続完了後の通信の方式
BLEが超低消費電力を実現しているのは、独特の通信方式によります。実は、BLEは接続完了後、ほとんどの時間はスリープ状態です。ある一定の時間間隔で起きて、通信して、また寝る、と言った動作を繰り返しています。
この方式により、通信速度やデータ送受信のリアルタイム性を失う代わりに、超低消費電力を実現しました。

BLEってどんなところで使うの?

BLEの特徴

BLEの主な特徴には以下のようなものがあります。

●低消費電力
●通信距離が数メートル
●通信速度が低速

低消費電力を実現するため、通信距離を短く、通信速度を低速にしています。
この特徴を生かしたいろいろな用途に使われていますので、その例をご紹介します。

BLE の使用例

BLEの認証って何?

取得が必要な認証について

無線機器の販売には、機器への認証が必要です。

各国電波法の認証(例:技術基準適合証明、略して技適)

製品販売国の電波法に則っているかを証明する認証です。日本でしか使わない製品の場合は技適のみの取得で良いですが、作成した製品を海外でも使う場合は、その国ごとの電波法認証も必要となります。(例:米国のFCC、欧州のCEなど)

無線規格のロゴ認証(Bluetooth SIG認証)

Bluetooth製品を発売する際には必ずSIG認証を取得する必要があります。これは、Bluetooth, BLEの規格に従っていることを証明するものです。たとえ、ロゴマークを製品に表示しない場合でも取得は必須です。

TI社のBLE製品はどんなものがあって、どんな特徴があるの?

TI社のBluetooth などの無線製品では、消費電力が少なく使いやすい広範囲の無線通信ソリューションを提供しています。

●TI社無線製品群の特徴

広範囲のテクノロジー・ポートフォリオ
さまざまな製品群に加え、14以上のテクノロジー、規格、プロトコルをサポートすることにより、広範な ワイヤレス・コネクティビティ・ポートフォリオ を用意しています。


超低消費電力ワイヤレス・コネクティビティ
様々な低消費電力テクノロジーにより、他のマイコン製品より消費電力を半分に削減でき、エナジー・ハーベストによるバッテリレス装置の実現を可能にしています。


使いやすさ
すぐに使えるプロトコル・スタック、TI RTOS、統合開発環境 Code Composer Studio、オンライン・トレーニングや E2Eコミュニティによるサポート、低価格で使いやすい開発キット、複数のリファレンス・デザインなど、ユーザの開発を加速する充実した環境を提供しています。


コストダウン
認証済みのチップやモジュール、ソフトウェアスタックなどを提供し、製品化に必要な認証にかかるコストを大幅に削減します。

TI社 無線製品のポートフォリオ

TI社のBLE製品はどんなものがあって、どんな特徴があるの?

SimpleLink™ CC26xxシリーズのアーキテクチャ

CC2642R のアーキテクチャをご紹介します。

認証の手間とコストを削減

●電波法認証取得済モジュール: CC2650MODA
日本電波法、FCC、CE、SIG認証取得済みのモジュールであるため、BLE製品開発時にネックとなる認証取得の手間や費用を大幅に削減できます。
「CC2650MODA」の搭載された評価ボードとして「CC2650MODA BoosterPack」があります。TI社マイコン評価ボード「MSP432 LaunchPad」に取り付けて使用することが可能です。

TI_BLE TI_BLE TI_BLE

セミナプログラムのご紹介

弊社では、各種無線規格の中からBLEについて、BLE製品を初めて扱うお客様、TI社のBLE製品をご検討いただくお客様を対象に、「はじめてのBLE」セミナをご用意しております。

本セミナではTI社のBLEソリューションをご案内させていただきます。

Agenda

  • BLEってどんなもの?(13頁)
  • BLEってどんなところで使うの? (3頁)
  • BLEの認証は?(3頁)
  • TIのBLE製品はどんなものがあって、どんな特徴があるの?(10頁)
  • 最後に(2頁)

このページを見た人はこんな製品にも興味を持っています。

TI 社関連製品

●TLV702
300 mA、低消費電力、ポータブル用、低ドロップアウト・レギュレータ。

「TI社電源製品」の詳細はこちらをクリック
※電源ICカタログの詳細はこちらをクリック

●CC3220
Wi-Fi ネットワーク プロセッサ+ 80MHz Arm® Cortex®-M4を搭載。
ワンチップでWi-Fi通信機能を実現します。

「CC3220」の詳細はこちらをクリック

●統合開発環境 CCS (Code Composer Studio™)
TI社が提供する統合開発環境です。
TI社製の全てのマイコン・プロセッサ製品に対応しています。

CCSについてはこちらも合わせてご確認ください。