一般的に、ワイヤレス接続は、物事をより簡単に、より柔軟に、よりユーザーフレンドリーに、より低コストにし、さらに拡張性も実現します。アプリ市場にはハードウェア デバイスをサポートする無数のアプリケーションが溢れており、それが成長し続けているのも不思議ではありません。
多くのアプリ、あるいは一般的なハードウェアでさえ、温度の感知、ハードウェアの電球やロックの有効化/無効化、おもちゃのロボットの制御、リモート スピーカーからの音楽の再生、コンピューターのマウスの接続などのリモート タスクを実行するためにBluetooth接続を使用します。
最新のプロトコルであるBluetooth 5.2は2020年1月にリリースされましたが、周辺機器は3年以上前にリリースされたBluetooth 5.0にまだ追いついていません。しかし、すべてはBluetooth 1.0から始まりました。これは、アドレス指定可能な周辺機器とホスト デバイス間の相互接続性と通信を拡大するIoTに完全に統合されるまでに、多くの反復を経る必要があった厄介なプロトコルでした。
Bluetooth Special Interest Group (SIG) は長年にわたって大きく成長し、当初はほんの一握りのメンバーから始まりましたが、現在では世界中の大小さまざまな企業を代表する20,000人を超えるメンバーで構成されています。このチームは、Bluetoothテクノロジーをより高速かつ安全にし、より長い距離をカバーできるように常に努力しています。
Bluetooth 5では、接続された2つのデバイス間でデータを転送できる速度と使用可能な範囲を管理する2つの新しい物理層 (PHY) が導入されました。Bluetooth 5の新しい「LE 2M」PHYは速度を2倍にし、新しい「LE Coded S=8」PHYは範囲を4倍にしました (LE Coded PHYのS=2バージョンはS=8よりもデータ レートは高くなりますが、範囲は2倍にしかなりません。これは、パケットに冗長ビットを追加するエラー訂正機能によるものです)。PHYを比較した表については、 図1 を参照してください。
図1: Bluetooth 5の3つのPHYの比較
通常、プロトコル スタックで使用されるPHYは、アプリケーション要件によって決まります。たとえば、スマート ホーム内のBluetooth接続では、より長い範囲が必要になる可能性があり、照明のオン/オフやドアのロック解除などの単純なタスクでは必ずしも高速データ レートは必要ない可能性があります。一方、心拍数や酸素レベルなど、1秒間に複数の値を記録するウェアラブル健康モニタリング デバイスでは、より高速なデータ レートが必要になる可能性がありますが、長距離は必要ありません。
Bluetooth、セルラー、GPS、Wi-Fiなど、多くのワイヤレス テクノロジーを統合するu-bloxは、すぐに使用できるプロトコル スタックを実行するスタンドアロン モジュールの提供に関しては優れた企業です。昨年、u-bloxはRigadoのBluetoothモジュール事業を買収し、ワイヤレス技術分野でさらに深く進出できるようになりました。これらのスタンドアロン モジュールの大きな利点は、組み込み周辺機器との統合が可能であり、ワイヤレス接続を組み込む開発プロセスをほぼ誰でも利用できることです。
RigadoのBMD-380 ( 図2 に表示) は、これらのスタンドアロンBluetoothモジュールの1つの例であり、Bluetooth 5プロトコル スタックを実行する事前認定/テスト済みのコンポーネントとして提供され、必要なすべての無線承認を取得したアンテナを含む最適化された無線設計が付属しています。モジュールの中心には、プロトコル スタックを実行し、周辺機器への接続を提供するArm Cortex M4ベースのシステム オン チップ (SoC) であるNordic Semiconductor nRF52840 Bluetoothチップが統合されています。BMD-380およびRigadoのその他のBluetooth 5モジュールは、オンラインで入手できます。また、プロジェクトにBluetoothを組み込む際に役立つ関連開発キットも入手できます。さらに、携帯電話やGPSからRFやWi-Fiテクノロジーに至るまで、 さまざまなu-bloxモジュールもオンラインで入手できます。
図2: RigadoのBMD-380 Bluetoothモジュール (画像: ublox.com)
Nordic Semiconductorは、今日の市場で提供されているほとんどのBluetoothモジュール (Rigadoなど) に自社のロゴを入れています。チップレベルのBluetoothソリューションに関してはリーダー的存在であり、Bluetooth 5、Bluetooth Mesh、Thread、Zigbeeなど、さまざまなBluetoothプロトコルを実行するために最適化された、より高速で低消費電力の高性能処理を活用しています。
Nordicの製品ラインのほとんどには、Bluetooth接続専用に開発されたハイブリッドArm Cortexベースのマイクロコントローラに加え、ポータブル アプリケーションのバッテリ寿命を最大限に延ばすための高度なアダプタ電源管理システムが含まれています。わずか数ドルの価格で、Bluetooth 5 SoCの nRF52シリーズ ( 図3 を参照) はオンラインで入手できます。また、ほとんどの組み込みプロセッサと同様に、ベンチトップ開発とテストを支援するための評価キットもいくつか提供されています。
図3: Nordic SemiconductorのBluetooth 5ソリューションのnRF52シリーズ
しかし、将来のBluetooth機能とプロトコルの強化に関しては何が期待できるのでしょうか?今後さらに小型化、低価格化、高速化していくのでしょうか?もっと範囲を広げたいですか?消費電力が少なくなりますか?一部の企業はBluetoothテクノロジーに全面的な革命を起こそうとしています。最近アマゾンとサムスンから支援を受けたスタートアップ企業ウィリオットは、電池やケーブルを必要とせず、何にでも貼れる「ステッカー」形式の超小型でほぼ消耗品のBluetoothを開発している（ 図4）。
図4: Wiliotのナノワット、バッテリー不要のBluetoothソリューション
Bluetoothトランシーバーを無線周波数識別 (RFID) タグのようなデバイスに縮小するというアイデアです。これを実現するために、WiliotはRFエネルギー収集とナノワット コンピューティングという2つの領域に重点を置きました。私たちは毎日、携帯電話、Wi-Fi、Bluetoothネットワークからのさまざまな電波にさらされています。Wiliotは、これらのリモート エネルギー パケットを利用してBluetooth無線や組み込みプロセッサなどのコア エレクトロニクスに電力を供給するRF収集技術を組み込んでいます。これらの波を通して伝わるエネルギーは、実際の海岸の波のように散発的ですが、ウィリオットは、一貫した伝達とパターンに基づいてエネルギーサイクルを計画および予測する方法を発見し、これらのサイクルに対処するためのオンボードエネルギー貯蔵システムを設計しました。最近はほぼすべての人がインターネットに接続しているようで、誰かがテキストメッセージを送信したり、ソーシャル メディアに投稿したりするたびに、それがWiliotチップの潜在的なエネルギー源になります。2番目の部分は、コンピューティング サイクル/タスクと波パケット伝送を最適化することで、電力消費をナノワット領域まで削減することです。今後数年間でWiliotのような企業から何が生まれ、それが業界でどのように活用されるのかを考えるのは興味深いことです。
結局のところ、Bluetoothテクノロジーはまだ発展途上ですが、日々飛躍的に進歩しています。Bluetooth 10はどのようなものになるのでしょうか?そんなに高くなるんですか？それとも、もっと良いものに置き換えられるのでしょうか?時間が経てば分かるだろうが、Bluetoothテクノロジーがエレクトロニクス業界の他のすべてのものと同じトレンドに従うのであれば、その将来は素晴らしいものとなるだろう。
参考文献:
1.Bluetooth SIG。 Bluetooth 5: さらに高速化。さらに先へ。[ホワイトペーパー]2020年2月18日にhttp://bit.ly/2P5Wrsrから取得。
2.ノルディックセミコンダクター。 nRF52シリーズ [製品概要]2020年2月18日にhttp://bit.ly/3264UB4から取得。
3.R.サンドル（2019年12月26日）。ナノワットコンピューティング – 概要 [ブログ投稿]http://bit.ly/37AIE3Gから取得。