Dengan dorongan elektronik ke arah IoT, Mesin ke Mesin Komunikasi dan Perhubungan yang disambungkan, jurutera reka bentuk terus mencari kaedah komunikasi teknik yang luhur untuk bertukar maklumat antara dua peranti elektronik. Walaupun sudah ada banyak pilihan untuk dipilih seperti BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox dll, sebuah syarikat bernama Chirp telah mengembangkan SDK yang memungkinkan pertukaran data melalui suara dengan hanya menggunakan pembesar suara dan mikrofon peranti tanpa memerlukan berpasangan. Di samping itu, SDK bebas platform dan juga menyokong komunikasi data kuasa rendah.
SDK menyandikan data ke dalam aliran audio yang unik dan memainkannya melalui pembesar suara peranti, aliran audio ini kemudian dapat diambil oleh mana-mana peranti menggunakan mikrofon dan menyahkodnya, untuk mendapatkan pesan sebenarnya. SDK adalah platform silang dan sudah menyokong Android, iOS, Windows dan python antara lain. Ia juga boleh digunakan dalam platform mikrokontroler seperti ARM dan menyokong platform pengembangan seperti ESP32 dan Raspberry Pi. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Chirp dan kemungkinan aplikasi, Circuit Digest menghubungi Dr. Daniel Jones - CTO Chirp, untuk membincangkan beberapa soalan. Jawapan yang dilampirkan di bawah
1. Apakah teknologi di sebalik kicauan dan bagaimana ia berfungsi?
Kicau adalah cara untuk menghantar maklumat menggunakan gelombang bunyi. Berbeza dengan Wi-Fi atau Bluetooth yang menggunakan frekuensi Radio, Chirp mengekodkan data dalam nada yang dapat dimainkan (dihantar) menggunakan mana-mana pembesar suara komputer dan diterima melalui mikrofon komputer tanpa perlu mempunyai perkakasan tambahan seperti cip RF. Ini membolehkan Chirp digunakan pada mana-mana peranti pengguna yang mempunyai pembesar suara dan mikrofon di dalamnya, seperti telefon bimbit, komputer riba, sistem PA dan lain-lain dan dapat menghantar maklumat walaupun melalui aliran YoutTube atau siaran TV.
Nada terdengar yang dikodekan yang dimainkan melalui pembesar suara rentan terhadap manusia dan kedengarannya seperti sekeping kecil lagu burung digital, oleh itu namanya "kicauan". Tetapi kita juga dapat memanfaatkan fakta bahawa pembesar suara komputer dan mikrofon sebenarnya juga dapat berfungsi dengan frekuensi ultrasonik yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia, dengan cara ini kita juga dapat menyebarkan maklumat melalui suara yang tidak dapat kita dengar.
2. Dengan begitu banyak protokol komunikasi tanpa wayar di sekitar kita seperti BLE, NFC, RFID, LoRa dll. Mengapa kita masih memerlukan kicauan? Apa yang unik dengannya?
Salah satu sebabnya ialah geseran Chirp yang sangat rendah. Tidak seperti Bluetooth atau Wi-Fi, saya dapat menggunakan Chirp untuk segera memulakan komunikasi satu hingga banyak untuk berkongsi mesej dengan semua orang di sekitar saya tanpa harus berpasangan dengan mereka. Ini menjadikannya lebih mudah untuk berkongsi sesuatu dengan cepat dan mudah kepada semua orang di sekitar bilik atau di sekitar meja. Ia sangat berguna untuk berhubung dengan orang yang belum pernah saya temui atau untuk berinteraksi dengan mesin yang mungkin tidak pernah saya temui sebelumnya. Contohnya membuka loker pintar atau berkongsi kad perniagaan dll.
Selain itu, banyak waktu kita juga melihat Chirp digunakan dalam Komunikasi Peer to Peer. Sebagai contoh, Shuttl sebuah syarikat bas India menggunakan Chirp antara pemandu bas dan penumpang untuk memeriksa sama ada orang itu telah menaiki bas dan jika tiketnya telah ditebus.
3. Adakah mungkin untuk mengatur komunikasi mesh dengan Chirp? Bolehkah saya berkomunikasi dengan pelbagai peranti?
Ya, salah satu perkara penting yang perlu diingat tentang membunyikannya adalah jenis komunikasi yang terlalu banyak, yang bermaksud apa sahaja yang berada dalam jarak yang dapat didengar oleh pemancar kami akan mendengar suara dan akan menerima data. Ini mempunyai kelebihan dan batasan. Kelebihannya, sangat mudah untuk perkongsian berbilang siaran. Untuk perkara seperti jaringan jejaring itu mungkin berfungsi, tetapi anda memerlukan rangkaian penerima dalam jarak pendengaran antara satu sama lain. Jadi, biasanya kita cenderung menggunakan kicauan lebih banyak untuk satu hingga banyak senario siaran.
4. Bagaimana Chirp boleh berfungsi tanpa sebarang perceraian? Adakah ini membawa kepada masalah keselamatan data?
Kami mempunyai aplikasi Demo yang sangat kecil yang disebut "Chirp Messenger" (tersedia di kedai Android dan iOS) yang menunjukkan bagaimana SDK kami berfungsi. Untuk menghantar mesej pengguna boleh memasukkan mesej dan tekan hantar yang akan menyisipkan mesej ke nada yang dapat didengar dan memainkannya melalui pembesar suara telefon saya. Oleh itu, mana-mana peranti yang berdekatan, yang menjalankan kit pembangun kami, dapat menerima nada audio ini melalui mikrofon. Nada audio ini didekodekan ke konstituen frekuensi dan pembetulan ralat diterapkan untuk mengatasi kesan kebisingan dan herotan untuk mendapatkan mesej yang sebenarnya. Dengan cara ini Chirp benar-benar bebas daripada semua yang diperlukan adalah mendengar nada dan menyahkodnya.
Terdapat beberapa implikasi keselamatan yang dapat digunakan ketika mengirim data sensitif melalui Chirp, seperti meletakkan beberapa fitur keselamatan ke protokol yang ada. Oleh kerana Chirp hanyalah media pemindahan, anda boleh memasukkan apa sahaja ke dalam nada tersebut. Contohnya, anda boleh menggunakan enkripsi RSA atau AES untuk membuat data anda disulitkan sebelum menghantarnya melalui cip dan kemudian menyahsulitnya menggunakan kriptografi kunci awam.
5. Adakah Chirp cukup kecil untuk digunakan dengan pengawal tertanam kuasa rendah? Berapa banyak kuasa yang digunakan?
Kami berusaha untuk mengoptimumkan SDK kami sebanyak mungkin. Kami mempunyai pasukan DSP tertanam yang luar biasa yang memotong setiap bit dan byte yang tidak diperlukan untuk mengurangkan kitaran CPU. Sebabnya adalah, salah satu kawasan besar di mana kita melihat penyerapan adalah dengan cip bidang tertanam. Terutama jika anda ingin berkomunikasi dengan peranti IoT dengan kuasa rendah dan spesifikasi rendah. SDK kami bahkan boleh berjalan pada pemproses ARM Cortex M4 yang berjalan pada frekuensi 90Mhz dengan RAM kurang dari 100kB.
Pengukuran kuasa pada pengawal Cortex-M4, seperti yang diukur pada papan pengembangan kami sekitar 20mA ketika mendengar secara aktif dan kurang dari 10uA dalam mod bangun-dengan-suara dengan 90M kitaran sesaat. Mod bangun pada suara menggunakan mikrofon berkuasa rendah dari pengeluar bernama Vesper yang menjadikan kuasa sifar selalu menggunakan mikrofon. Dengan cara ini mikrofon akan secara aktif menyenaraikan suara dan apabila mendengar bunyi cengkeraman, ia akan membangunkan pengawal Cortex dari mod tidur untuk menyahkod data.
6. Apakah rentang komunikasi dan muatan komunikasi untuk Chirp Communication?
Dari segi jarak, semuanya bergantung pada seberapa kuat isyarat yang dihantar oleh pembesar suara. Semakin tinggi jumlah siaran semakin jauh, ini kerana untuk menerima maklumat yang perlu didengar mikrofon terlebih dahulu. Kita dapat mengawal jarak dengan cukup mudah dengan mengawal tahap tekanan suara alat pemancar. Pada hujungnya anda boleh menyiarkan kicauan ke seluruh stadium yang menghantar data anda beratus-ratus meter jauhnya atau anda boleh menurunkan jumlah pembesar suara kami menghantar data anda di dalam sebuah ruangan.
Dari segi kadar data, saluran akustik bising dan karenanya bukan kecepatan yang dapat digunakan untuk bersaing dengan Bluetooth atau Wi-Fi. Kami bercakap mengenai beratus-ratus bit sesaat dan bukan dalam megabit. Yang bermaksud Chirp disyorkan untuk digunakan untuk mengirim data kecil seperti nilai token dll. Protokol terpantas kami berjalan pada 2.5kb / saat, tetapi ini adalah untuk senario gaya NFC jarak pendek. Dalam jarak yang sangat panjang, kadar data adalah 10 bit sesaat.
7. Oleh kerana data ditukar menggunakan gelombang suara, bagaimana ia kebal terhadap kebisingan persekitaran?
Sudah tentu persekitaran di sekitar kita sangat bising, dari restoran hingga senario industri latar belakang kebisingan selalu ada. Kami berasal dari University College London, Makmal Sains Komputer yang meneliti masalah bagaimana berkomunikasi secara akustik dalam persekitaran yang bising. Dan kami mempunyai beberapa PhD dan Profesor yang berusaha mengatasi masalah ini. Di sinilah banyak kajian yang ditumpukan dan kami mempunyai banyak paten di bidang ini.
Sebagai bukti ini, kami berjaya beroperasi di loji tenaga nuklear di UK. Kami didorong oleh sebuah syarikat bernama EDF energy untuk mengirimkan muatan ultrasonik lebih dari 80 meter dalam lingkungan latar belakang yang sangat memekakkan hingga 100 desibel yang harus kita pakai sebagai pembela. Masih kami dapat mencapai integriti data 100% dalam ujian peralatan selama 18 jam.
8. Apakah platform perkakasan berkuasa rendah lain yang akan disokong oleh Chirp?
Kami sudah mempunyai SDK yang stabil untuk ARM Cortex M4 dan M7 dan seterusnya kami berusaha menghantar hanya SDK untuk ARM Cortex M0 yang merupakan pemproses titik tetap yang tidak mempunyai seni bina floating point. Kami juga menyokong ESP32 melalui platform Arduino dan juga telah mula mencari sokongan FPGA juga untuk proses yang sangat efisien.
9. Di mana kicauan sedang digunakan, bolehkah anda memberi kami beberapa contoh kes penggunaan?
Pengesanan jarak adalah aplikasi yang sangat baik. Kerana hanya orang yang berdekatan dengan anda yang dapat mendengar kicauan anda, ia dapat digunakan sebagai heuristik untuk mengetahui siapa yang ada di sekitar anda. Chirp digunakan oleh platform permainan sosial yang besar yang disebut Roblox sebagai cara bagi pemain muda untuk mengesan orang lain yang berdekatan dengan mereka, dengan berkesan menggunakan kicauan ultrasonik. Dengan cara ini saya dapat mengeluarkan telefon bimbit saya dan ia akan berfungsi sebagai suar ultrasonik untuk ditemui oleh pemain lain di dalam bilik untuk memulakan sesi permainan.
Kami juga akan melancarkan perkongsian dengan syarikat bilik mesyuarat utama untuk membantu mereka dalam navigasi dalaman menggunakan Chirp. Semasa anda berjalan dari satu bilik ke satu bilik di dalam bangunan, sangat penting bagi peranti anda untuk mengetahui di mana bilik anda berada. Dengan organisasi ini, kami menggunakan kicauan sebagai cara untuk komputer riba atau telefon bimbit anda untuk mengetahui bilik yang anda berada sekarang dan membolehkan anda membuat sambungan ke bilik mesyuarat.
10. Apakah syarat pelesenan untuk Chirps SDK? Apa jenis kesetiaan yang terlibat?
Untuk perniagaan yang lebih kecil, penggemar hobi dan pembuat DIY Chirp adalah percuma sehingga 10,000 pengguna aktif bulanan. Ini kerana kami benar-benar ingin melihat orang menggunakan teknologi kami dan komuniti pemaju bereksperimen dengannya. Selain itu kami juga ingin menyokong perniagaan kecil. Bagi syarikat dan pelanggan yang lebih besar, kami cenderung mengenakan yuran tahunan kepada mereka