BLE ことはじめ

BLE とは？（物理編）答え：電波です

密度の異なる波を送りあい、細かい波の部分を 1 、粗い部分を 0 として

情報をやりとりします

電波とは？・空間をものすごい速さ (=30 万 km/ 秒 ) で、どこまでも（ = 宇宙の果てまで）伝わっていく「波」 ・電波は、発生した箇所から球状に広がっていく・電磁波と、電波と、光は全部同じ　→光は見える電磁波、電波は見えない電磁波

波とは？遮るものがない限りどこまで「伝播」していく「幅」と「密度」がある運動のことです。

・電波においては、波の高さを振幅、横の幅を波長、一秒あたりの波の頭の数を周波数（ヘルツ・ Hz ）といいます。→ BLE は 2.4GHz 。波長が 12.5cm の波を一秒間に 24 億個発生させている。

・波の振幅や周波数の違いに意味を持たせることで波を情報に変換することができる（例：低い波 + 低い波＋高い波=001=1 ）

電波（＝電磁波）の起こし方・交流電源（ + と - がしょっちゅう切り替わる電源、コンデンサー）により発生① 電流がある方向に向かって流れると、その線と垂直に交わるかたちで、反時計まわりの磁界が発生（電子自体がスピンしているため）②交流電源の切り替わりに真逆の電流が流れることで、①とは逆の磁界が発生③ ①と②の磁界の変化により（元の電線から離れた場所で）磁界の増減に反発する変位電流が発生する④ ③の電流が磁界を発生させる⑤ 交流電源の切り替わりにより、③の変位電流の流れが逆転し、④とは真逆の磁界が発生する⑥ 以下、電流の切り替わりによる磁界の切り替わりによる電流の切り替わり…が波及する

グラフィカルに把握したい場合は以下の動画の 8 分 30 秒あたりがオススメです。https://www.youtube.com/watch?v=LdWq2lm1_IM

電波の性質①・電波の性質を決めるのは周波数の高低→ 周波数によって情報量と環境からの影響されやすさ（雨、遮蔽物、他の電波からの干渉… etc ）が異なる・周波数の低い電波　→メリット：環境に影響されにくく、障害物をまわりこみ、遠くへ届く　→デメリット：情報伝達量が少ない・周波数の高い電波　→メリット：情報伝達量が多い　→デメリット：環境に影響されやすく、障害物をまわりこまないため、遠くへ届かない

・ BLE で用いられるのは、周波数の高い電波（ 2.4GHz ）

電波の性質②・電波の阻害要因

① 反射：電気をよく通す金属や地面に当たって反射すること② 散乱：雨や雲などの微粒子に当たって散ってしまうこと③ 屈折：密度、気圧、温度、湿度が違う空間に入って方向が曲げられるこ

と④ 回折： VHF 帯や UHF 帯など、障害物を回り込んで進む電波がある⑤ 干渉：池の波のように、ある電波が同じ経路の他の電波とぶつかること

で、振幅が大きくなったり打ち消しあったりすること　 → 2.4GHz の BLE で起こりうるのは①反射 と ⑤の干渉

電波の性質③

・電波は距離の２乗に反比例して電力が小さくなる・ BLE の届く距離は最大で 50m 程度

電波の受信について

・電波の波長の半分の長さのアンテナが必要　→ BLE の波長は 12. ５ cm・ iPhone のアンテナは端末の外周にある金属部分

BLE あんちょこ（物理編）

電波でやりとりをしていて

金属には弾かれ反射した波を拾うこともあるものの

ライバルが多く、干渉されやすい

❌

その波は 360 度全方位へ放たれており

通常の bluetooth よりも長い通信距離を誇るが

〜 50m

BLE あんちょこ（物理編）

wifi

電子レンジ

これらの機器とキツキツのチャンネルを分け合って使っており

他の bluetooth

送信間隔を短くすれば上手く伝わるようになるが…激戦区

監視カメラ

そうすると電池の寿命が短くなってしまうため、バランスを考える必要がある

トレードオフ！

BLE あんちょこ（物理編）Bluetooth と BLE の違いは低い消費電力 (Low Energy)

40 個

79 個

チャンネル数を減らし パケット量を減らし

1021octet(byte)

47octet(byte)

間欠動作を置いている

寝たり起きたり。発信する間隔は自分で決める。

クラシックBluetooth

BLE

BLE とは？（論理編）

一方的に電波を送信するモードを利用した Apple規格の BLE を

iBeacon と呼ぶ

電波によってやりとりをするモードがあり

BLE には、一方的に電波を送信するモードと

リクエスト

アドバタイズメント

アドバタイズメント

beacon= のろし、灯台レスポンス

ペリフェラルセントラル

BLE とは？（論理編）BLE と iPhone は、通信のモードによって名前が変わります

一方的に発信する通信モードをブロードキャスト型トポロジーといい、一方的に発信する側をブロードキャスター、受信する側をオブサーバーという

相互にやりとりする通信モードを接続型トポロジーといい、見つけてもらう側をペリフェラル、見つける側をセントラルという

ブロードキャスター オブサーバー

ブロードキャスト型トポロジー 接続型トポロジー

リクエスト

レスポンス

BLE とは？（論理編）一つの端末が複数の役割を持つこともできれば…

ブロードキャスターであると同時にセントラル

iPhone 同士で関係を結ぶこともできる

ブロードキャスター オブサーバー

途中で役割を変化させることもできるし

BLE とは？（論理編）もう少しだけ詳しく。。。

BLE とは？（論理編）ブロードキャスターがやっていることは？

Advertisement Data を作って Interval （送信間隔）をつけて送信し続ける

今度上野にお店をopen します！

今度上野にお店をopen します！

今度上野にお店をopen します！

！

BLE とは？（論理編）

Characteristic と Service を用意して

ペリフェラルがやっていることはもう少し複雑で…

弁当を売る

アドバタイズをし

弁当を頂戴

！

自分を見つけてくれたセントラルが現れたら、サービスの要求を受け付ける

タバコは？

ありません

Characteristic （データ）

Service

vb

飲み物を売る

BLE とは？（論理編）BLE にできることは？

もともと保持しているデータを発信することもできれば…

センサーから今現在取得しているデータを発信することもできるし…

持ち歌を聴いてください

あなたの今の心拍数は 130 です

AdvertisementPacketだけを使って、それを利用してサービスを構築することもできる

iBeacon はこれ↑

僕はここにいるよ！誰か気づいて！

BLE とは？（論理編）一回のリクエストのデータ量は 23 ~ 512octet(byte) まで拡張 (＊ )可能だが

iBeacon の場合は 23octet のみ

service と、それにおけるペリフェラルの IDだけ

＊： MTU拡張という

あのペリフェラルは昨日紛失届けが出ている。本人に知らせねば…