В чем различие между Bluetooth Low Energy и ANT? Смотреть что такое "АНТ" в других словарях Отличия от Bluetooth

Изучая характеристики новых телефонов можно заметить опцию, которая еще несколько лет назад вообще не встречалась. Эта опция называется ANT+ и сейчас она доступна во многих флагманских и средне ценовых телефонах на базе операционной системы Android.

ANT+ или ANT Plus – это еще одна технология беспроводной передачи данных, которой оснащаются современные телефоны. ANT+ создана для применения в умных спортивных гаджетах, таких как шагомеры, пульсометры, вело компьютеры и т.д. Технология ANT+ построена на базе беспроводной сети ANT, которая работает в частотном диапазоне 2.4 ГГц и была разработана компанией Dynastream Innovations еще в 2004 году. Главной особенностью сети ANT и впоследствии ANT+ является низкое потребление энергии. Благодаря этому передающие устройства могут работать даже от плоской батарейки.

Сейчас поддержкой технологии ANT+ занимается альянс компаний, который был организован Dynastream Innovations. По состоянию на конец 2010 года в этом альянсе участвуют более 300 разных компаний, среди которых такие как Microsoft, Texas Instruments, Sony Ericsson, Timex, Adidas и Concept2.

Для чего нужен ANT+

Как уже было сказано, ANT+ используется для беспроводного получения данных с датчиков. Чаще всего устройства с ANT+ применяются в таких сферах как спорт, фитнес и здоровый образ жизни.

Например, с помощью ANT+ можно передавать на основное устройство данные с таких датчиков как:

монитор сердечного ритма;
датчик активности;
калориметры;
весы;
датчик скорости;
монитор кровяного давления;
глюкометр (измерение уровня сахара в крови);
датчик температуры;
датчики скорости педалирования;
шагомер;
измеритель мощности;

В качестве принимающего устройства может использоваться телефон. Для этого он должен быть оснащен специальным модулем, который обеспечит прием и обработку сигналов ANT+. При наличии такого модуля спортивные приложения на вашем телефоне смогут получать данные от ваших датчиков, обрабатывать эту информацию и отображать ее в удобном виде.

Чем ANT+ отличается от Bluetooth

Изучая сферу применения ANT+ можно прийти к выводу, что его можно заменить более известным и популярным . Ведь Bluetooth также может передавать данные по беспроводному каналу и часто используется в компактных устройствах, в частности Bluetooth поддерживается абсолютно всеми телефонами.

На самом деле между ANT+ и Bluetooth есть достаточно много различий. Во-первых, ANT+ требует намного меньше энергии, что позволяет сделать передающие датчики намного компактней и обеспечить им длительное время автономной работы. Во-вторых, у ANT+ и Bluetooth разная структура сети. Информацию, которую передают датчики по ANT+, могут принимать различные устройства. Например, если работаете с тренером, то данные вашего пульсометра могут приниматься как вашим телефоном, так и телефоном тренера. В то время как при использовании Bluetooth информацию с датчиков может принимать только одно устройство.

ANT — это протокол беспроводной сенсорной связи с низким потреблением энергии, который работает в определенном диапазоне частот. Он был разработан в 2004 году компанией, которая была поглощена Garmin — производителем GPS-навигационной техники

Сегодня в современных устройствах используется протокол ANT+ (ANT Plus) — беспроводная защищенная передача данных. Используется в первую очередь в медицине и спорте.

Что делает ANT+?

ANT+ во многом напоминает другой известный протокол связи — BlueTooth, однако ANT+ поддерживают не все устройства.

Радиус действия по протоколу ANT+ достигает 30 метров. Для сравнения, радиус действия того же BlueTooth во многих случаях не превышает 10-15 метров.

ANT+ позволяет соединять между собой два компонента. Так, например, с его помощью можно получать информацию от датчиков, установленных в соседней комнате, на смартфон.

Где используется ANT+?

Существуют три основные сферы применения ANT+: медицина, спорт, а также «здоровье дома». Вот некоторые случаи, когда используется передача по текущему протоколу:

Датчики скорости

Шагомер

Пульсометр

Датчик активности

Монитор сердечного ритма

Управление освещением

Управление музыкальными проигрывателями

Фитнес-контроль

Чем ANT+ лучше BlueTooth?

Основное преимущество — в энергопотреблении. ANT+ расходует меньше энергии, что положительно сказывается на автономности устройства. По различным данным, экономия энергии может достигать 50-70%.

Второе преимущество — возможен запуск сразу нескольких приложений, которые будут использовать один протокол связи, что может быть очень удобно в отдельных случаях.

Современные спортивные гаджеты часто оснащают как Bluetooth Low Energy так и ANT+. Обе технологии передают данные на короткое расстояние, потребляя при этом очень мало энергии. Давайте разберёмся, что такое Bluetooth Low Energy (BLE) и ANT+.

В 2003 году ANT+ впервые был использован в датчиках для бега от Nike. Увидев большой потенциал, Garmin приобрёл технологию в 2006 году, и сейчас ANT+ де-факто является стандартом среди спортивных девайсов. Технология ANT+ позволяет датчикам работать на одной миниатюрной батарейке больше года.

Bluetooth в декабре 2009 года в свою очередь выпустили технологию с низким энергопотреблением, известную также, как Bluetooth Smart.

Отличия ANT+ от Bluetooth LE

Фундаментальным отличием этих двух технологий является то, что сигнал с датчиков ANT+ может принимать неограниченное количество девайсов. То есть, если к примеру вы занимаетесь с тренером, то он может видеть на своих часах показатели вашего датчика пульса, каденса, паверметра. Вы также одновременно можете видеть данные на своем велокомпьютере и часах. В то время как, Bluetooth LE позволяет принимать данные от разных датчиков, но только на одно устройство.

Несомненным плюсом Bluetooth является его распространенность на таких девайсах как мобильный телефон и ноутбук. Для того чтобы передавать данные ANT+ на компьютер придётся докупить специальный приёмник по цене $30. Некоторые телефоны имеют встроенный ANT+, но конечно Bluetooth встречается гораздо чаще.

Быстрота передачи данных у обеих систем примерно одинакова. Bluetooth потенциально имеет большую скорость, но она ограничена производителями устройств для экономии энергии.

В 2017 году многие устройства начали выпускать со встроенными и Bluetooth и ANT+. Это пожалуй самое удобное решение.

Если вы собираетесь использовать Zwift, и перед вами стоит выбор какое подключение использовать, то многие велосипедисты советуют именно Bluetooth, так как по их мнению передача данных более стабильна. А в Zwift это очень важно, ведь если ваша мощность падает до нуля даже на одну секунду, вы рискуете отстать от пелотона.

На сегодняшний день существует множество технологий организации беспроводных сетей передачи данных, среди которых наиболее известны Wi-Fi 802.11, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, WirelessHART / DUST, ISA 100а, различные версии протоколов 802.15.4, а также некоторые запатентованные версии протоколов ISM-диапазона. Но, из-за сложности и высокого энергопотребления многие протоколы малопригодны для разработки некоторых сетевых приложений автоматизации и мониторинга параметров.

В приложениях с батарейным питанием, с учетом того, что решающими факторами здесь являются время автономной работы и низкие эксплутационные расходы, диапазон доступных беспроводных технологий еще больше сужается. Тем не менее, появились два стандарта беспроводного обмена данными ближнего радиуса действия, которые отвечают указанным требованиям: Bluetooth Low Energy и ANT.

Топология беспроводных сетей

Существует множество способов реализации беспроводных сетей, удовлетворяющих тем или иным требованиям приложения (Рисунок 1). Беспроводной узел в сети (каждый кружок на рисунке) может быть передатчиком, приемником или приемопередатчиком. Некоторые узлы являются только ведомыми (Slave), они только управляются или контролируются. Другие становятся ведущими (Master) или агрегаторами данных, и используются для подключения к внешним коммуникациям. Некоторые узлы могут использоваться в качестве повторителей при передаче данных от одного узла к другому.

Топология «точка-точка» (point-to-point) является простейшей формой сети (Рисунок 1а). Это может быть простое соединение передатчика и приемника или двух приемопередатчиков. Передающим узлом может быть какой-либо датчик, а приемником, например, исполнительное устройство.

Следующая распространенная топология сети - «звезда» (Star) (Рисунок 1б). Несколько узлов подключаются к центральному контроллеру. Следовательно, такое соединение можно определить как «многоточка-точка». Узлы не «общаются» непосредственно друг с другом, обмен данными идет только с центральным контроллером. Топология «звезда» может иметь еще одну конфигурацию, при которой центральный контроллер транслирует данные всем другим узлам. В этом случае соединение определяется как «точка-многоточка».

В сети с топологией «кластерное дерево» (Tree) может быть множество ветвей (Рисунок 1в). Из рисунка видно, что в этом случае обмен данными осуществляется между двумя сетями с топологией «звезда» через центральные контроллеры. Следующая распространенная топология, характерная для беспроводных сетей датчиков, «каждый с каждым» (Mesh) может иметь множество конфигураций (Рисунок 1г). Ключевая особенность такой сети заключается в возможности узлов обмениваться данными непосредственно друг с другом.

Кроме того, в сети с Mesh-топологией большинство узлов или каждый узел могут быть ретрансляторами, что позволяет передавать данные от одного узла к другому, даже если они не имеют непосредственного соединения. Например, расстояние или ограниченная мощность не позволяют узлу F подключиться непосредственно к узлу A, но он может передать данные через другие узлы (скажем, через B или E и C). Особенности этой топологии дают возможность создавать беспроводные сети с большим количеством узлов и очень большой зоной покрытия.

Даже по структурной схеме Mesh-сети видно, что такая топология гарантирует высокую надежность. Если один узел вышел из строя (например, из-за разряда источника питания), или по какой-то причине заблокирован, то для передачи данных в этой сети всегда то можно найти альтернативные пути. Как правило, такие сети более сложны, но дополнительные затраты на их реализацию оправданы надежностью и площадью покрытия.

Все рассмотренные топологии беспроводных сетей имеют в своем составе центральный контроллер (центральный узел). В качестве центрального узла может выступать персональный компьютер, мобильный телефон или специальное устройство - маршрутизатор, которое подключается к локальной сети (LAN) или Интернет.

Приложения

Большинство беспроводных сетевых технологий с ультранизким энергопотреблением находит применение в бытовых и медицинских приборах, в устройствах для фитнеса и спорта. Чаще всего это мобильные компактные устройства с одним элементом питания, которые могут функционировать несколько лет. В возможные сферы их применения входят:

Потребительская техника:
- Электронные устройства слежения за людьми или объектами
- Детекторы приближения в системах идентификации, авторизации и беспроводных замков
- RFID-подобные устройства
- Приборы учета с функцией удаленного считывания показаний
- Игрушки
- Автомобильные приложения
- Домашние сети Home Area Networks
- Человеко-машинные интерфейсы и периферия.
Медицинские приборы и системы:
- Приборы удаленного мониторинга здоровья
- Измерители пульса, температуры и др.
- Сети Body Area Network.
Устройства для спорта и фитнеса:
- Спортивные часы и устройства мониторинга
- Велосипедные компьютеры
- Ремешки и пояса с кардиопередатчиком.

Технология Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy (BLE) или Bluetooth 4.0 - является технологией беспроводной связи для ближних коммуникаций, разработанной группой Bluetooth Special Interest Group (SIG) в 1998 году. В отличие от предыдущих стандартов - Bluetooth 2.0, Bluetooth 2.1 + EDR, Bluetooth 3.0, - стандарт BLE изначально ориентирован на применение в системах сбора данных и мониторинга с автономным питанием.

Технология BLE, известная также, как Bluetooth Smart - маркетинговое название для устройств с низким энергопотреблением. Bluetooth, вероятно, можно считать наиболее широко распространенной технологией беспроводной передачи данных на ближние расстояния в связи с использованием в миллиардах мобильных телефонов (в гарнитурах и аксессуарах) и миллионах ноутбуков. Благодаря появлению версии Smart технологию ожидает еще более широкое распространение по всему миру.

Разработка Bluetooth Smart основывалась на комплексе различных технических и радио методов с целью достижения минимального энергопотребления. Протокол обмена данными был изменен для реализации очень коротких рабочих циклов передачи или коротких сигналов передачи между длительными паузами. Сочетание чрезвычайно низкого энергопотребления в режиме «сна» и коротких рабочие циклов передачи позволяет устройству Bluetooth Low Energy функционировать от одной плоской часовой батарейки в течение многих лет.

BLE, как и стандартная Bluetooth, работает в нелицензируемом ISM диапазоне 2.4 - 2.483 ГГц. Однако эта технология использует другой метод псевдослучайной скачкообразной перестройки рабочей частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum). В стандартном протоколе Bluetooth рабочая частота скачкообразно меняется 1600 раз в секунду в пределах 79 каналов шириной 1 МГц. В Bluetooth LE используются 40 каналов шириной 2 МГц, что повышает надежность передачи данных на большие расстояния. Скорость передачи данных Bluetooth может быть 1, 2 или 3 Мбит/с, а максимальная скорость BLE составляет 1 Мбит/с с пропускной способностью сети 260 Кбит/с. BLE также использует GFSK-модуляцию (Gaussian Frequency Shift Keying - Гауссовская частотная манипуляция).

Выходная мощность передатчиков BLE составляет 0 дБ (1 мВт), при этом типичная максимальная дальность связи равна 50 м. Задержка измеряется всего лишь 6 миллисекундами. Сочетание адаптивного метода скачкообразной перестройки частоты (снижающей влияние помех) c 24-разрядными циклическими избыточными кодами и 32-разрядным полем контроля целостности кадров (MIC) улучшает надежность связи. Используется алгоритм шифрования AES-128, а наиболее распространенные топологии сети - «точка-точка» и «звезда».

Однако необходимо принять во внимание один ключевой момент: BLE несовместим со стандартным Bluetooth, устройства BLE не могут взаимодействовать с классическими Bluetooth-устройствами. Тем не менее, если потребуется решить эту проблему, можно воспользоваться двухрежимными устройствами, поддерживающими оба стека протокола.

Двухрежимное устройство представляет собой интегральную микросхему, в которую включены радиочастотные блоки как для стандартного Bluetooth, так и для Bluetooth Low Energy. Каждый из них работает отдельно, но не одновременно, хотя одну антенну они могут использовать совместно. Некоторые производители, такие как Broadcom, CSR, ЕМ Microelectronics, Nordic Semiconductor и Texas Instruments предлагают специализированные двухрежимные микросхемы Bluetooth. Завершенные решения в виде Bluetooth-модулей предлагает компания connectBlue (Рисунок 2).

Технология ANT

ANT представляет собой еще одну беспроводную технологию ближнего действия с ультранизким потреблением, разработанную для создания сенсорных сетей и подобных приложений. Также как и для Bluetooth, используется ISM диапазон 2.4 ГГц. Собственный протокол разработан и продается канадской компанией Dynastream Innovations - дочерней компанией Garmin. До последнего времени технология использовалась, в основном, в сфере спортивных приложений и для создания персональных сетей мониторинга здоровья человека. Однако она применима и для всех приложений описанных выше.

У технологии ANT много общего с Bluetooth LE. Стек протокола ANT также использует технику короткой передачи данных и режим «глубокого сна» для снижения энергопотребления. Каждый беспроводной узел сети ANT может быть ведомым или ведущим, может передавать или принимать данные, а также выполнять функции ретранслятора.

Протокол ANT использует только один канал шириной 1 МГц для нескольких узлов, поэтому он основан на технике мультиплексирования с временным разделением. Каждый узел передает данные только в своем собственном интервале времени. Базовая длительность сообщения составляет150 мкс, в то время как скорость передачи 8-битных сообщений (время между передачами) варьируется и соответствует диапазону частот 0.5 Гц - 200 Гц. Для обнаружения ошибок используются 16-битные циклические избыточные коды (CRC16). Для каждого канала может быть определено до 65536 временных интервалов. Если в канале выявляются помехи, узловые приемопередатчики могут переключать канал. Опять же, используется модуляция GFSK.

Относительно недавно к ANT добавилась ANT+. Это чисто программное расширение исходной технологии, реализующее функцию взаимодействия в управляемой сети, которая упрощает сбор, автоматическую передачу и отслеживание данных от датчиков для мониторинга всех использующихся в сети, узлов и устройств. Еще одной отличительной чертой ANT является система разработки сети беспроводных датчиков SensRcore. Специализированные микросхемы приемопередатчиков выпускаются компаниями Nordic Semiconductor и Texas Instruments (Рисунок 3).