Uwb модуль что это
Сверхширокополосная связь UWB: что это такое и для чего это нужно?
Как поется в одной детской песне, « много на свете есть разных чудес… » Разве нельзя назвать чудом технологии, позволяющие двум компьютерам обмениваться данными при отсутствии проводов? На заре компьютерной эры люди, впервые соединившие стоявшие рядом две ЭВМ, дали жизнь новому явлению — вычислительной сети, совершившей революцию в способах обмена данными между ЭВМ. Эта революция привела к появлению множества компьютерных сетей, в буквальном смысле опутавших проводами здания офисов и дома энтузиастов.
Современный компьютер трудно представить без таких атрибутов, как клавиатура (основное устройство ввода) и монитор (основное устройство вывода информации). Пока что только монитор по старой традиции остается связан с системным блоком ПК исключительно с помощью проводов, что вполне может быть объяснимо отсутствием необходимости в его перемещении с одного места на другое. Кстати, именно поэтому нередко можно увидеть решения, в которых монитор интегрируется прямо в системный блок. Все остальные жители рабочего стола, в том числе манипуляторы типа «мышь», принтеры, внешние факс-модемы и т. д., относятся к классу периферийных устройств и могут быть соединены с компьютером, как с помощью проводов, так и без них.
На сегодняшний день существует несколько основных проводных интерфейсов для присоединения периферийных устройств к ПК: параллельный (принтерный) порт LPT, универсальный последовательный порт USB (Universal Serial Bus), порт IEEE 1394 (FireWire или i-Link) и постепенно выходящие из моды — последовательный порт RS-232 и порт подключения клавиатуры или мыши PS/2.
Последовательные интерфейсы USB и FireWire были разработаны позже остальных и, помимо намного увеличенной, по сравнению с RS-232, скоростью обмена данными, обеспечивают возможность объединения нескольких устройств в сеть. С момента своего создания и до сегодняшнего дня оба интерфейса претерпели ряд изменений и к настоящему моменту доступны в двух вариантах (USB 1.1 и 2.0, FireWire400 и FireWire800).
Для беспроводной связи компьютера со своими периферийными модулями до сих пор существовало лишь два основных интерфейса — IEEE 802.11 и Bluetooth. То есть, конечно, существует еще инфракрасный порт, но представить себе подключение, например, принтера по ИК-порту довольно проблематично — скорее всего, оно окажется слишком ненадежным и довольно медленным. IEEE 802.11 является стандартом беспроводных сетей, то есть, использует семейство соответствующих сетевых протоколов (например, TCP/IP), со всеми вытекающими отсюда последствиями. Наконец, Bluetooth также не может похвастаться большой скоростью обмена данными — всего лишь до 232 Кбит/с, в то время как пропускная способность, скажем, USB 2.0 составляет до 480 Мбит/с.
Причиной малой пропускной способности современных технологий беспроводной связи является, во-первых, малая ширина используемой полосы частот, а во-вторых, не слишком ее эффективное применение. Поясним на примере IEEE 802.11b (Wi-Fi) и 802.11g: оба этих стандарта используют один и тот же частотный диапазон 2,4 ГГц, но пропускная способность первого всего лишь 11 Мбит/с, а второго — 54 Мбит/с. И хотя эффективность использования частотного диапазона целиком и полностью зависит от опыта разработчиков и конструкторов, предельно достижимая пропускная способность все же не может быть бесконечно большой. Существуют фундаментальные ограничения на величину максимального объема данных, который можно отправить или принять с помощью какого-либо канала связи, связанные по теореме Котельникова с шириной полосы частот. Грубо говоря, чем больше полоса частот, тем больше пропускная способность канала связи.
Перспектива использования для связи ПК с периферийными устройствами технологий широкополосной связи обсуждается уже около четырех лет, но только в этом году, в феврале, компания Intel на форуме разработчиков IDF обнародовала детали технологии и представила первый чипсет, предназначенный для работе в стандарте сверхширокополосной связи UWB (Ultra-WideBand, IEEE 802.15.3a). Точнее, использующий технологию UWB, которая пока еще не стандартизована.
UWB получила свое название «сверхширокополосная связь» из-за того, что в этом стандарте для связи используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот — от 3 до 10 ГГц (примечание — речь идет о диапазоне частот, выделенном под UWB в США. В России эти значения могут быть иными). Отчасти столь долгий срок (четыре года) на создание первых спецификаций технологии объясняется тем, что эти частоты используются военными и гражданскими радами. После долгих споров разработчикам все-таки удалось убедить органы государственного контроля в том, что широкополосная беспроводная связь в этом диапазоне на небольших расстояниях (заявленная дистанция связи с пропускной способностью до 110 Мбит/с. не превышает 10 м) никак не влияет на работу радаров. На фоне мощного излучения радаров сигнал от UWB-устройств будет выглядеть как инфузория-туфелька рядом со слоном.
Использование широкой полосы частот позволяет UWB достичь умопомрачительной для связи без проводов скорости — до 480 Мбит/с. Правда, на очень малых расстояниях — до 3 м. На дистанциях до 10 м технология позволяет достичь лишь 110 Мбит/с, что, в общем-то, тоже немало. Однако здесь-то и кроется основная проблема новой технологии: пропускная способность резко падает с увеличением расстояния — гораздо быстрее, чем у стандарта беспроводных сетей 802.11a/g, обеспечивающих пропускную способность до 54 Мбит/с на дистанции до 100 м. Это связано с тем, что дисперсия электромагнитного излучения в воздухе приводит к значительным искажениям широкополосного сигнала по сравнению с узкополосным. Искажение накапливается с расстоянием и, в конце концов, приводит к тому, что сигнал на входе приемника уже не имеет ничего общего с тем, что было излучено передатчиком.
Резкое снижение пропускной способности в связи с увеличением дистанции является больным местом новой технологии еще и потому, что мнение Intel не совпадает по этому вопросу с мнениями остальных разработчиков технологии, входящих в рабочую группу IEEE 802.15.3a, ответственную за UWB. В данном случае Intel выступает в роли представителя альянса MBOA (Multiband-OFDM Alliance), радеющего за разбиение частотного диапазона UWB на множество поддиапазонов шириной 528 МГц (также считающимися широкополосными) и применение технологии мультиплексирования сигнала по ортогональным несущим (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Разбиение выделенного под UWB спектра на поддиапазоны промежуточной ширины призвано снизить искажение сигнала в каждом 528-мегагерцовом диапазоне и, пусть ненамного, но увеличить дальность связи.
Совсем другого подхода придерживается группа разработчиков DS-UWB (Direct-Sequence UWB), возглавляемая компанией Motorola. DS-UWB предполагает использование всего спектра как единого целого, что должно позволить добиться пропускной способности до 1 Гбит/с., правда, опять-таки на малой дистанции — до 3 метров. Отметим, что эта магическая цифра — три метра, также присутствует в представленном на IDF варианте Intel (MBOA-UWB) для максимальной пропускной способности в 480 Мбит/с. Различие в показателях скорости между вариантами Intel и Motorola как раз и объясняется тем, что в первом случае частотный диапазон разбивается на куски, а во втором — нет. Заметим также, что само число 480 Мбит/с выбрано не случайно — эта скорость обмена данными соответствует спецификациям USB 2.0, а Intel, которой хотелось бы внедрить свои решения в максимально широкий спектр продуктов, надеется на использование UWB в технологиях Wireless USB, находящихся на стадии начальной разработки. Надеясь на универсальность технологии, Intel и поддерживает вариант MBOA-UWB — компания не теряет уверенности, что в будущем удастся увеличить дальность действия UWB до 50-100 метров (тут необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных с сильным взаимодействием широкополосного сигнала 3-10 ГГц со всем, что попадается у него на пути — стенами, деревьями, людьми и т. д.). Но если это удастся, стандарт сможет конкурировать с технологиями беспроводной связи семейства 802.11. Подытожив, можно сказать, что Intel, с одной стороны, хочет видеть технологии UWB как основу для использования в стандарте Wireless USB, а с другой стороны, не хочет превращения UWB в узкоспециализированную технологию (как этого желает Motorola).
Пока готовился к публикации этот материал, стало известно о появлении двух альтернативных чипов — решения компании Wisair, представленного в ходе японского IDF, и компании Freescale, дочернего предприятия Motorola. По утверждениям Wisair и Intel, их решение уже сейчас обеспечивает пропускную способность 480 Мбит/с на дистанциях в 3 м и до 110 Мбит/с на дистанциях в 10 м. Чип Freescale пока что не способен обеспечить 1 Гбит/с, предлагая лишь скорость передачи данных 110 Мбит/с, но во второй половине 2005 года максимальная пропускная способность все же будет достигнута. Правда, перед этим Freescale выпустит еще две версии чипа UWB.Для чего это нужно?
Думаю, главное преимущество беспроводной связи — отсутствие ненадежных и вечно мешающих проводов, не нуждается в пояснении. Второе главное преимущество UWB — в большой скорости передачи данных, причем, если пофантазировать, то легко можно представить себе, как на основе нынешней технологии UWB в будущем будут созданы интерфейсы связи, с которыми проводные стандарты просто не смогут конкурировать в силу ограниченной ширины полосы пропускаемых частот. Пропускная способность технологий UWB, в любом из описанных вариантов (Intel и Motorola), достаточна для обмена потоками мультимедийных данных в режиме реального времени между множеством устройств в домашней сети — MP3-проигрывателями, видеомагнитофонами, DVD-устройствами, не говоря уже об организации доступа в интернет с мобильного терминала или об одновременном подключении множества периферийных устройств к ПК.
Для мобильных устройств немаловажным является тот факт, что в широком спектре требуется гораздо меньше затрат энергии, чем для передачи узкополосного сигнала в силу разного уровня сигнала: в широком спектре можно использовать шумоподобные сигналы с малым отношением сигнал/шум. Поэтому (как ожидается), чипы UWB будут экономичнее, чем, например, чипы Bluetooth, обладая при этом намного большей пропускной способностью и позволяя работать дольше.
Вернемся к началу нашего рассказа и вспомним, сколько разных устройств окружает нас и наших друзей-помощников — ПК. Как мы уже упоминали, большинство периферийных устройств связано с ПК с помощью проводных последовательных интерфейсов — в большинстве своем, с помощью USB. Связь одних периферийных устройств с мультимедийными гаджетами, скажем, принтера с цифровой камерой, также, как правило, происходит с помощью стандарта USB, не зря называющегося универсальным. Согласно исторической традиции, при связи по последовательному каналу связи одно устройство выступает в роли ведущего (хоста), второе — в роли ведомого (клиента). Однако как быть тому же принтеру, которому в одной ситуации приходится быть хостом, а во второй — клиентом, или MP3-проигрывателю, для загрузки записи в который зачастую приходится использовать компьютер как промежуточный перевалочный пункт? Появившийся сравнительно недавно стандарт USB On-The-Go (OTG) решает эту проблему, однако (так, по крайней мере, обещают разработчики), с Wireless USB и UWB пользователи раз и навсегда забудут об этом историческом наследии проводных последовательных интерфейсов. С помощью технологий широкополосной связи мультимедийные устройства, находящиеся в пределах досягаемости друг друга (а 10 метров — вполне достаточная дистанция, чтобы вместить в себя все оборудование в пределах одной комнаты), смогут объединяться в высокоскоростные сети и обмениваться файлами.
Как именно будет реализован интерфейс Wireless USB — с разбиением на поддиапазоны (версия Intel) или без этого (версия Motorola), на данном этапе, в общем-то, не так важно. И в том, и в другом случае, будет обеспечена высокая скорость соединения, возможность обмена файлами с разнородными устройствами, достаточно длительное время автономной работы мобильных терминалов. Однако в будущем, когда встанет вопрос о расширении сферы применимости UWB до локальных сетей в рамках одного офиса или здания, вариант Intel, скорее всего, будет воспринят более благосклонно.
В статье частично использованы материалы, опубликованные в журнале CHIP. Информация публикуется с согласия авторов.
Что такое технология связи UWB?
У топовых смартфонов есть одна не слишком известная особенность. Это стандарт беспроводной связи UWB. Он дебютировал в iPhone 11-ой серии, а годом позднее появился в Samsung Galaxy Note 20 Ultra.
Ultra-Wide Band, или сверхширокополосная связь (далее СШП), относится к беспроводным видам коммуникации на небольшом расстоянии. В этом смысле она родственна NFC и Bluetooth. Однако от существующих стандартов ее отличает уникальный набор технических требований. В ближайшие годы связь UWB станет доступна большему количеству гаджетов, поэтому получить о ней представление нужно уже сегодня.
Как работает UWB?
Старые и хорошо известные способы беспроводной передачи данных отличаются друг от друга мощностью, частотой и/или фазой синусоидального сигнала для кодирования данных, но не простых импульсов. Принцип работы UWB отличается от них в первую очередь тем, что это технология на основе импульсной последовательности. Она подразумевает передачу данных на небольшом расстоянии в радиочастотном диапазоне 3,1-10,6 ГГц.
Для стабильной работы импульсному методу требуется широкий спектр частот, отсюда и название связи – сверхширокополосная. Одна радиочастотная полоса обычно имеет ширину 500 МГц (в случае с 4G LTE это 5-20 МГц, а Wi-Fi – 20-80 МГц). В широком спектре импульсные данные могут перемещаться с высокой скоростью и точностью. В зависимости от частоты сигнал UWB может достигать скорости от 4 Мбит/с до 675 Мбит/с и даже выше. Это в десятки раз больше, чем скорость NFC 424 Кбит/с, в несколько раз быстрее, чем Bluetooth со стандартным показателем в 2,1 Мбит/с, однако медленнее Wi-Fi 6 с его 2 Гбит/с.
Как правило, беспроводные технологии ограничиваются узкими спектром частот, чтобы не создавать друг другу препятствий в работе. UWB позволяет исключить проблему помех, работая при очень низких уровнях мощности (в пределах минимального уровня шума других видов связи). Иными словами, спектр UWB широк, его легко обнаружить, но мощность сигнала держится на минимуме, чтобы не создавать помех другим коммуникациям.
Другая особенность импульсной передачи заключается в том, что на основе полученных данных можно вычислить информацию о времени пролета. Если знать время и скорость передачи данных, то несложно вычислить и расстояние между передатчиком и приемником сигнала. Суперточными, разумеется, эти данные не будут: погрешность в геолокации при сверхширокополосной связи составляет 10 см или меньше, но это все равно значительно точнее, чем информация, получаемая через Bluetooth или Wi-Fi (в обоих случаях погрешность около 1 метра, хотя в некоторых случаях Bluetooth 5.1 демонстрирует такую же точность, как и СШП-связь). Как можно догадаться, высокоточные геоданные имеют важность для приложений геолокации и безопасности.
Говоря о вариантах использования, сверхширокополосная связь позиционируется как безопасный способ разблокировки автомобилей и умных дверей. Гаджет с UWB можно примерять для поиска потерянных устройств (наподобие поисковых маячков на основе Bluetooth), внутренней навигации, мобильных платежей и взаимодействия с товарами в магазине. Apple Airdrop и Galaxy Note 20 Ultra уже используют данную технологию для передачи больших файлов по воздуху, но это лишь один и далеко не самый многообещающий вариант применения нового стандарта.
В чем преимущества UWB перед NFC и Bluetooth?
Перспективы применения UWB выглядят знакомыми, так как для всех этих задач уже давно используются NFC и Bluetooth. Тогда возникает вопрос: а для чего вообще создавался еще один стандарт беспроводной связи? Для этого есть веские причины.
Bluetooth работает на частоте 2,4 ГГц с небольшой шириной канала всего в 80 МГц и подходит для использования в помещении. Однако он находится в том же спектре, что и некоторые сигналы Wi-Fi, и потому подвержен помехам. UWB-связь, благодаря более широкому спектру, подвержена помехам в меньшей степени, поэтому сфера ее применения намного шире и в быту, и в промышленности. Однако дальность такой связи меньше, чем у Bluetooth. А что касается NFC, эта технология предназначена для передачи данных на совсем коротких дистанциях – около 4 см при частоте 13,56 МГц.
У старых технологий есть коммерческое преимущество: NFC и Bluetooth уже недороги в реализации, особенно в устройствах с низким энергопотреблением и пассивным питанием. UWB пока не может похвастаться аналогичной рентабельностью. Именно поэтому в ближайшие годы NFC никуда не денется и будет активно применяться в системах бесконтактных платежей. Широкий диапазон Bluetooth, аудиофункции и большая дальность действия делают его в некотором смысле функциональнее UWB, поэтому данный вид коммуникации тоже не потеряет востребованности в обозримом будущем.
Однако UWB имеет приоритет в тех случаях, когда необходима высокоскоростная передача данных, быстрая и максимально точная геолокация и/или низкий риск возникновения помех. Данная технология перспективна в сценариях, требующих дополнительной безопасности, например, для беспроводного доступа к автомобилю.
У сверхширокополосной связи есть свои плюсы и минусы, поэтому ее нельзя рассматривать как прямую замену какой-либо коммуникационной технологии, уже обосновавшейся на рынке.
Смартфоны с поддержкой UWB
Технология сверхширокополосной связи появилась не вчера, на ее разработку ученые потратили уже более десяти лет, однако в смартфонах она стала применяться лишь недавно. Сейчас она представлена только в некоторых флагманах премиум-класса:
Ожидается, что следующие флагманские поколения от других производителей тоже получат поддержку UWB. Постепенно технология будет внедряться в устройства среднего уровня, а потом и в бюджетные, но до этого момента пройдет немало лет.
Система обнаружения сближения на базе технологии UWB
Немного про UWB..
Большинство современных радиостандартов передачи данных работают в пределах достаточно узкой полосы частот, а именно, допускают достаточно небольшие отклонения от так называемой базовой (или несущей) частоты.
Согласно теореме Шеннона-Хартли, именно ширина полосы частот определяет пропускную способность канала радиотехнической системы. Альтернативым способом увеличить емкость информационного канала может быть увеличение мощности выходного сигнала, однако, это не столь эффективно и не всегда возможно.
По причине развития информационных систем и спроса на них, проблема увеличения скорости передачи данных в радиолокационных системах становится все более актуальной, как для радиосвязи, так и для радиолокации. В последние годы это стало причиной развития технологии, использующей сверхширокополосные (СШП) сигналы — радиостандарта UWB (Ultra-Wide Band, IEEE 802.15.4a).
UWB-сигналы чаще всего представляют собой короткие импульсы, вся энергия которых распределена по заданному достаточно широкому участку спектра. Данные, в свою очередь, кодируются полярностью и взаимным расположением импульсов. В результате, обладая достаточно высокой суммарной передаваемой в эфир мощностью и сочетая в себе такие качества как малое энергопотребление и импульсный характер передачи данных, получаем высокую скорость передачи данных. При этом такой сигнал практически не оказывает помех для других коммуникаций, несмотря на то, что он занимает, в том числе, и уже отведенные для других стандартов участки спектра. Причиной этого является сила сигнала — в каждой конкретной точке спектра (т.е. на каждой конкретной лицензируемой полосе частот) UWB-сигнал не превышает крайне низкого, во много раз меньше, чем у узкополосных сигналов, значения:
Особенности технологии UWB:
● Большая скорость передачи информации;
● Высокая помехозащищенность;
● Высокая электромагнитная совместимость;
● Устойчивость связи в условиях многолучевого распространения радиоволн;
● Высокая степень защиты связи от перехвата;
● Способность легко проникать через препятствия;
● Техническая простота аппаратуры и ее дешевизна.
Если говорить конкретно о применении технологии в системах позиционирования, то на основе UWB успешно создаются высокоэффективные системы для обнаружения объектов в заданной зоне.
Использование широкой полосы частот и большого количества сверхкоротких импульсов, в отличие от систем, использующих узкополосные сигналы, позволяет обеспечить высокую пространственную разрешающую способность по точности измерения расстояния до цели.
Далее, мы рассмотрим применение UWB-технологии на примере нашей разработки RealTrac PDS.
Использование UWB в системе RealTrac
RealTrac PDS (Proximity Detection System) – это система предотвращения сближения с небезопасными объектами и выдачи предупреждения персоналу о возникновении опасных ситуаций.
Созданное решение может быть использовано в строительстве, производстве, горной добыче и других областях: везде, где используется крупногабаритная техника с ограниченными условиями обзора или другие опасные для сближения объекты.
Конструктивно система RealTrac PDS состоит из двух компонент:
1) RealTrac Vehicle Tag (метка, устанавливаемая на опасный для сближения объект)
Метка обеспечивает определение местоположения транспорта или другого небезопасного для сближения объекта и передачу координат на сервер.
На данный момент метка оснащена интерфейсами для подключения внешнего оборудования и датчиков, таких как:
● Стробоскоп;
● Звуковой сигнал;
● Сирена;
● Светодиодный индикатор;
● Линии GPO;
● Сухие контакты.
2) RealTrac Tag (метка, носимая персоналом).
Принцип работы
Vehicle Tag устанавливается на объекте, небезопасном для сближения, и программно конфигурируется согласно специфике решаемой проблемы.
На данный момент Vehicle Tag имеет функциональность, позволяющую хранить в энергонезависимой памяти списки, содержащие информацию относительно политики нахождения определенных меток в запрещенной зоне, размеров этой зоны для каждой метки, состояния внешних интерфейсов подключения и многих других параметров, характерных для каждой задачи.
Устройства Realtrac Tag раздаются персоналу.
По специализированному радиоканалу происходит измерение расстояния между Vehicle Tag и Realtrac Tag, и в случае пересечения опасной зоны, формируется сигнал тревоги: включается сирена, прожектора, производятся различные предупреждения и т.д.
Система может функционировать как автономно, так и в составе системы локального позиционирования RealTrac.
RealTrac PDS в клиентском ПО системы позиционирования:
Как работают Apple AirTags? Что такое UWB и чип U1? Разбор
А вы знаете, что ваш iPhone, даже когда вы выключаете Bluetooth на самом деле его не выключает. Более того, он продолжает работать, даже если ваш iPhone просто сел.
А что если я вам скажу, что ваш iPhone является локатором, который постоянно в контакте с другими устройствами. Вы — звено огромной сети устройств Apple!
Все это нужно для того, чтобы продолжала работать функция Find My или Локатор по-русски, чтобы в случае если вы потеряете ваш девайс был большой шанс его найти или как минимум заблокировать!
А тут Apple еще и наконец-то представила долгожданный AirTag, который позволяет находить вещи с точностью до нескольких сантиметров! Интересно, как все это работает?
Начинаем разбор самой крутой системы по поиску девайсов. Выясним в чем главная фишка Apple Airtags или Galaxy SmartTag от Samsung. И главное — причем тут Ultrawide Band, и как эта технология изменит нашу жизнь.
Введение
Если вы не знали, то функции Find My Iphone уже 11 лет, даже если она называлась по-другому. Она была представлена еще в 2010 году. В самом начале она просто воспроизводила музыку с девайса, который был подключен к сети. Через год с выходом iOS 6 появилась возможность удаленной блокировки девайса, а еще через год появилась возможность дистанционного удаления данных с телефона.
С годами приложение постоянно менялось и дополнялось различными возможностями, такими как отправка сообщения на экран или вообще поиск местоположения ваших друзей. Но приложение менялось не только в софтверной части!
iPhone становились все сложнее и сложнее, а Apple добавляла новые чипы во все свои устройства! Начиная с iPhone 4S в устройствах из Купертино появились модули Bluetooth 4.0, которые начали поддерживать протокол Bluetooth LE, то есть Low Energy.
Фактически у вас в iPhone, да и в любом современном смартфоне в принципе 2 типа Bluetooth:
И Low Energy он именно потому что почти не потребляет энергии по сравнению с обычным: 1 Ватт у обычного, а у Low Energy этот параметр — до одной сотой Ватта. Разница в 100 раз. Поэтому датчики умного дома могут жить по году без необходимости замены батарейки.
Найти iPhone
Но вернемся к Apple. Как выяснилось, они планомерно и долго шли к построению крупнейшей в мире сети по поиску девайсов и похоже им это удалось.
Представьте, в мире миллиард устройств Apple — телефоны, планшеты, часы, ноутбуки — и каждый девайс выступает маленьким локатором, ведь в каждом есть Bluetooth LE.
И, начиная с iOS 13, Apple расширили функционал, позволив не только определять и блокировать устройства, но даже делать это когда ваше утерянное или украденное устройство выключено. Более того, даже когда оно село! Ведь Bluetooth LE почти не потребляет энергии.
Эту фишку я протестировал когда выловил свой севший iPhone 12 mini из воды. Тогда полностью отключенный девайс первым делом отправил мне локацию в приложение Локатор или Find My.
Крейг Федериги объясняя работу Find My рассказал:
“Каждый из гаджетов отправляет постоянно изменяющийся ключ, который используют ближайшее устройства Apple для шифрования и загрузки данных геолокации, так, что только на другом вашем устройстве Apple есть ключ для дешифровки этих местоположений.
Когда вы нажимаете кнопку поиска, например, своего ноутбука, iPad загружает в Apple тот же хэш открытого ключа, что и идентификатор. Так что Apple может выполнять поиск по миллионам сохраненных зашифрованных местоположений и находить соответствующий хэш.”
А поскольку чип практически не потребляет энергии, то и отключать его нет смысла. Apple эту функцию и убрали!
Так что когда вы “выключаете” Bluetooth на своем iPhone, то на самом деле вы выключаете только Bluetooth Classic, Low Energy остается активным и работает как локатор!
Понятное дело, что если вы потеряете телефон в глухой Тайге, то шансов его найти немного, конечно, но в крупных городах — это невероятно эффективный метод.
Но у Bluetooth LE есть проблема. Он может только приблизительно показать местоположение девайса. Ошибка довольно значительная — до нескольких метров в реальных условиях.
Тут то мы и приходим наконец-то к Apple AirTag.
Мини-обзор AirTag
Таблеточка Apple подключается к iPhone подобно тому, как мы привыкли это делать с AirPods. После подключения метку можно назвать, а потом положить в кошелек, прицепить к ключам или рюкзаку, тут уже сами фантазируйте.
Работает AirTag от батарейки таблетки CR2032 на 3 Вольта. Менять ее нужно примерно раз в год, делается это просто. Так же внутри есть динамик для звуковых сигналов.
Но как вы поняли это не просто Bluetooth-маячок, также он поддерживает UWB, сейчас объяним подробнее.
Apple AirTag и UWB
Начиная с iPhone 11 в смартфонах появился чип U1. Apple толком ничего про него не рассказывало, лишь пояснив, что это улучшит передачу файлов через AirDrop. Но журналисты и энтузиасты сразу поняли к чему Apple ведет.
И именно с 2019 года ходили упорные слухи про AirTag, метку которая позволит точно определять свое местоположение на основе технологии UWB. Технологии, которая еще в 60-е годы использовалась военными и которая с 2002 года не требуют сертификации Федеральной комиссии по связи США.
В общем UWB (Ultra-Wide Band) — это передача слабого радиосигнала в сверхшироком диапазоне частот! Что это такое? Давайте разберемся!
Все вы слышали такие обозначения как AM и FM, а может быть и другие аббревиатуры. Это все методы модуляции радиосигнала.
Допустим есть какой-то сигнал, скажем синусоида. Ее можно передать двумя различными вариантами — первый основан на амплитудной модуляции, то есть когда мы меняем амплитуду сигнала, при этом сохраняя его частоту неизменной.
Второй же способ — это тот самый, который используют большинство современных радиостанций — это частотная модуляция. Когда сигнал передается с одинаковой амплитудой, но меняется его частота. Приемники фиксируют изменение частоты и преобразуют ее в цифровой сигнал, в случае с радио — сигнал, проходя через преобразователи и усилители в конце концов проигрывается в наших колонках.
Есть конечно и другие методы модуляции, точнее их очень много, да и их можно комбинировать, но сейчас мы не об этом. В принципе, все наши технологии такие как Wi-Fi или Bluetooth основаны на различной комбинации этих видов модуляции.
Но что же особенного в технологии UWB?
Вместо различной модуляции синусоидального сигнала, которая необходима, чтобы передавать информацию, используются импульсы! Тут принципиально именно время между этими короткими импульсами. Сигналы посылаются примерно с частотой 2 наносекунды каждый. То есть 2 миллиардных одной секунды!
Это и есть ключевая особенность как UWB позволяет получать настолько точную информацию о местоположении вашего AirTag или любого другого девайса, где есть UWB-чип!
А поскольку импульс посылается невероятно часто, то и точность измерения возрастает! Это прямо как игра Горячо-Холодно. Время уменьшается, когда вы подходите ближе к объекту или соответственно увеличивается, когда вы удаляетесь! В итоге достигается точность позиционирования до нескольких сантиметров!
Кстати, если вы не знали, то с помощью Wi-Fi, например, тоже можно позиционировать устройства, но проблема в точности — ошибка примерно 1,5 метра.
Вообще есть три различных варианта локации с использованием UWB, но Apple и Samsung используют Two-Way Ranging или, иначе говоря, Time-Of-Flight измерение.
Вы спросите, а где же вообще эта сверхширокая полоса?
Система использует частоты от 3,1 до почти 11 Гигагерц. Обратите внимание на картинку, наши обычные технологии, такие как Wi-Fi или GPS имеют очень узкую частотную полосу. Например Wi-Fi 2,4 Гигагерца, не использует всю область частот, а только полосу шириной всего 22 мегагерца.
В то время как UWB использует ширину канала от 500 мегагерц, до 1,3 Гигагерц. Это позволяет передавать большие объемы данных при этом используя маленькие мощности самой антенны!
В теории по UWB можно передавать файлы со скоростью до 480 мбит/секунду на расстояние до 200 метров при этом имея мощность передатчика всего 1 миллиВатт. А это в 10 раз меньше, чем самый экономичный вариант Bluetooth Low Energy, у которого скорость ограничена 2 мегабитами в секунду! Конечно, это все в идеальных условиях, но все равно впечатляет.
Современный стандарт UWB позволяет передавать файлы со скоростью до 27 Мбит в секунду и например в США устройства с UWB вообще не требуют сертификации Федеральной комиссии по связи из-за своей малой мощности!
В России же частоты пока закреплены за Министерством Обороны РФ и закрыты для общего пользования. Но Apple удалось договориться и они уже тестируют в закрытом режиме чип U1 у нас. Надеемся, что скоро все заработает как надо!
Кроме того малая мощность, фактически близкая к шуму, позволяет забыть о конфликте частот и для здоровья: UWB абсолютно безвредно. Мы получаем идеальное локальное позиционирование с минимальным энергопотреблением! Ведь тот же AirTag живет год от обычной батарейки таблетки!
Применение
А теперь давайте немного пофантазируем что же Apple, Samsung и другие производители будут делать с этими возможностями. Ведь просто поиск ключей — это только самое начало и они явно возлагают большие надежды на UWB.
Сама технология уже активно используются на производстве и складах, для точного позиционирования товаров, различной техники и людей. А в Америке, в профессиональных лигах, таких как NFL и NHL, их применяют для сбора командной и индивидуальной статистики в реальном времени для тренеров, СМИ и болельщиков и для последующего тактического анализа!
Эта технология станет базовой для систем умного дома, да и вообще для интернета вещей. Ваша машина будет в точности знать, кто к ней подходит и автоматически подстраивать зеркала, сиденье, включать вашу любимую музыку: Volkswagen уже анонсировал подобное в своих машинах. Да и сам Apple рассказывая про U1 уже открывал тачки с помощью iPhone именно по UWB.
И то же самое с вашим домом, где свет, музыка, да даже температура в доме будет подстраиваться идеально под ваш профиль. Ведь не только Apple и Samsung занимаются этим. В октябре прошлого года Xiaomi показали, что они занимаются разработками в этой области тоже, а если учитывать объем умных девайсов от самой Xiaomi и ее суббрендов, то становится понятно, что для них UWB это очень важное направление.
Apple также явно планирует использование UWB в своих AR-очках. Вообще для дополненной и виртуальной реальности это широченные возможности — в сочетании с гироскопами и акселерометрами это избавит нас от необходимости обставлять комнату датчиками.
На самом деле спектр огромный, а в комбинации с другими датчиками и сенсорами в наших девайсах он становится практически безграничным.
Apple и Samsung создают огромную сеть, из миллионов девайсов по всему миру, которые будут выступать как маленькие локаторы с высокой точностью позиционирования! И возможно они смогут работать вместе. Ведь Apple анонсировали API для своих устройств.
Любой человек, проходящий мимо вашего потерянного кошелька, мгновенно отправляет сигнал на сервера Find My и вы сразу же получаете уведомление!
Мне это удалось проверить, когда я взял из дома ключи жены с ее AirTag, она смогла отследить их локацию через мой iPhone.
Дополнительная функция AirTag это замена бирки с телефоном для контакта, если поднести метку к iPhone вылезет уведомление, по которому можно открыть страничку с контактом.
Мало того даже если ваш AirTag нашел человек с Android — он так же может считать номер по NFC. Главное как-то донести эту информацию до всех, может стоит лепить на метку стандартный значок NFC, как вариант!
Вывод
Штука получилась любопытная и, судя по всему, в скором времени во многих девайсах особенно компактных, таких как AirPods, мы увидим встроенные метки. А пока пишите в комментариях куда бы вы прицепили AirTag или Galaxy SmartTag от Samsung! Оригинальность приветствуется. Я, например, хочу проверить на котиках! В России же ждем сертификации UWB, обещают, что уже в этом году всё заработает.