Avec le buzz électronique vers l'IoT, la communication machine à machine et les appareils connectés, les ingénieurs concepteurs sont constamment à la recherche d'un mode de communication sublime pour échanger des informations entre deux appareils électroniques. Bien qu'il existe déjà de nombreuses options parmi lesquelles choisir comme BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox, etc., une société appelée Chirp a développé un SDK qui permet l'échange de données via le son en utilisant simplement le haut-parleur et le microphone de l'appareil sans avoir besoin de paring. En plus de cela, le SDK est indépendant de la plate-forme et prend également en charge la communication de données à faible puissance.
Le SDK encode les données dans un flux audio unique et les lit via le haut-parleur de l'appareil, ce flux audio peut ensuite être capté par n'importe quel appareil utilisant un microphone et le décoder, pour obtenir le message réel. Le SDK est multiplateforme et prend déjà en charge Android, iOS, Windows et python, entre autres. Il peut également être utilisé dans les plates-formes de microcontrôleurs telles que ARM et prend en charge les plates-formes de développement telles que ESP32 et Raspberry Pi. Pour en savoir plus sur Chirp et ses applications possibles, Circuit Digest a approché le Dr Daniel Jones - CTO de Chirp, pour discuter de quelques questions. Les réponses pour lesquelles sont résumées ci-dessous
1. Quelle est la technologie derrière le chirp et comment ça marche?
Chirp est un moyen de transmettre des informations à l'aide d'ondes sonores. Contrairement au Wi-Fi ou au Bluetooth qui utilise les fréquences radio, Chirp encode les données dans des tonalités qui peuvent être lues (transmises) à l'aide de n'importe quel haut-parleur d'ordinateur et reçues via n'importe quel microphone d'ordinateur sans avoir besoin de matériel supplémentaire comme des puces RF. Cela permet à Chirp d'être utilisé sur tout appareil grand public doté d'un haut-parleur et d'un microphone, comme les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, le système de sonorisation, etc. et peut transmettre des informations même via le flux YoutTube ou la diffusion télévisée.
Les tonalités audibles codées jouées par le haut-parleur sont sensibles aux humains et cela ressemble à un petit morceau de chant d'oiseau numérique, d'où le nom de «gazouillis». Mais nous pouvons également exploiter le fait que le haut-parleur et le microphone de l'ordinateur peuvent également fonctionner avec des fréquences ultrasonores inaudibles pour les oreilles humaines, de cette façon, nous pouvons également transmettre des informations sur le son que nous ne pouvons pas entendre.
2. Avec autant de protocoles de communication sans fil autour de nous comme BLE, NFC, RFID, LoRa etc. Pourquoi avons-nous encore besoin de gazouillis? Qu'est-ce qui lui est unique?
Une des raisons sera la friction extrêmement faible de Chirp. Contrairement au Bluetooth ou au Wi-Fi, je peux utiliser Chirp pour initier immédiatement une à plusieurs communications afin de partager un message avec tout le monde autour de moi sans avoir à les coupler. Il est beaucoup plus facile de partager quelque chose rapidement et facilement avec tout le monde dans la salle ou autour de la table. C'est très pratique pour me connecter avec des personnes que je n'ai jamais rencontrées auparavant ou pour interagir avec une machine que je n'aurais peut-être pas rencontrée auparavant. Par exemple, ouvrir un casier intelligent ou partager une carte de visite, etc.
En dehors de cela, nous voyons souvent aussi Chirp être utilisé dans la communication entre pairs. Par exemple, Shuttl, une compagnie de bus indienne, utilise Chirp entre le chauffeur de bus et le passager pour vérifier si la personne est montée dans le bus et si son billet a été échangé.
3. Est-il possible d'établir une communication maillée avec Chirp? Puis-je communiquer avec plusieurs appareils?
Oui, l'un des éléments clés à retenir à propos du son est qu'il s'agit d'un type de communication de trop, ce qui signifie que tout ce qui se trouve à proximité qui se trouve dans la portée audible de notre émetteur entendra le son et recevra les données. Cela présente à la fois des avantages et des limites. L'avantage étant qu'il est très facile pour le partage multicast. Pour des choses comme le réseautage maillé, cela fonctionnerait peut-être, mais vous auriez besoin d'une séquence de récepteurs à portée d'écoute les uns des autres. Donc, normalement, nous avons tendance à utiliser davantage le chirp pour un à plusieurs scénarios de diffusion.
4. Comment Chirp peut-il fonctionner sans aucun couplage? Cela conduit-il à des problèmes de sécurité des données?
Nous avons une toute petite application de démonstration appelée «Chirp Messenger» (disponible sur Android et iOS) qui montre comment fonctionne notre SDK. Pour envoyer un message, l'utilisateur peut taper le message et appuyer sur envoyer, ce qui incorporera le message dans une tonalité audible et le diffusera via le haut-parleur de mon téléphone. Ainsi, tout appareil à proximité, qui exécute notre kit de développement, peut recevoir ces tonalités audio via le microphone. Ces tonalités audio sont décodées en fréquence constitutive et une correction d'erreur est appliquée pour contrer les effets du bruit et de la distorsion afin d'obtenir le message réel. De cette façon, Chirp est totalement gratuit, il suffit d'entendre les sons et de les décoder.
Certaines implications de sécurité peuvent être utilisées lors de l'envoi de données sensibles via Chirp, comme la superposition de certaines fonctionnalités de sécurité sur le protocole existant. Puisque Chirp n'est qu'un support de transfert, vous pouvez intégrer n'importe quoi dans ces sons. Par exemple, vous pouvez utiliser le cryptage RSA ou AES pour chiffrer vos données avant de les envoyer sur une puce, puis les déchiffrer à l'aide de la cryptographie à clé publique.
5. Chirp est-il suffisamment petit pour être utilisé avec des contrôleurs embarqués basse consommation? Combien d'énergie consomme-t-il?
Nous nous efforçons d'optimiser au maximum notre SDK. Nous avons une incroyable équipe DSP intégrée qui coupe tous les bits et octets inutiles du code pour réduire le cycle du processeur. La raison en est que l'un des grands domaines dans lesquels nous constatons une adoption concerne la puce de terrain intégrée. Surtout si vous souhaitez communiquer avec un appareil IoT de faible puissance et de faible spécification. Notre SDK peut même fonctionner sur un processeur ARM Cortex M4 fonctionnant à une fréquence de 90 MHz avec moins de 100 Ko de RAM.
Les mesures de puissance sur les contrôleurs Cortex-M4, telles que mesurées sur nos cartes de développement, étaient d'environ 20 mA en écoute active et de moins de 10 uA en mode réveil sonore avec 90 millions de cycles par seconde. Le mode de réveil sonore utilise des microphones à très faible puissance d'un fabricant appelé Vesper qui fait toujours fonctionner le microphone à zéro puissance. De cette façon, le microphone listera activement le son et lorsqu'il entendra une puce, il réveillera le contrôleur Cortex du mode veille pour décoder les données.
6. Quelle serait la portée de communication et la charge utile pour Chirp Communication?
En termes de portée, tout dépend de la puissance du signal transmis par le haut-parleur. Plus le volume de l'émission est élevé, plus la portée est éloignée, car pour recevoir les informations, les microphones devraient d'abord les entendre. On peut contrôler la portée tout simplement en contrôlant le niveau de pression acoustique du dispositif émetteur. À l'autre bout, vous pouvez diffuser un bip dans tout un stade en transmettant vos données à des centaines de mètres ou vous pouvez baisser le volume de notre haut-parleur pour transmettre vos données dans une pièce.
En termes de débit de données, le canal acoustique est bruyant et donc ce n'est pas un débit qui pourrait être utilisé pour concurrencer Bluetooth ou Wi-Fi. Nous parlons de centaines de bits par seconde et non de mégabits. Ce qui signifie que Chirp est recommandé pour être utilisé pour envoyer de petites données comme des valeurs de jeton, etc. Sur une très longue portée, le débit de données serait de 10 bits par seconde.
7. Puisque les données sont échangées à l'aide d'ondes sonores, comment seront-elles insensibles au bruit ambiant?
Évidemment, l'environnement qui nous entoure est incroyablement bruyant, des restaurants aux scénarios industriels, le bruit de fond est toujours présent. Nous sommes originaires d'un laboratoire de recherche de l'University College London, Computer Science Lab, qui se penchait principalement sur le problème de la communication acoustique dans un environnement bruyant. Et nous avons plusieurs docteurs et professeurs essayant de résoudre ce problème. C'est là que se concentrent de nombreuses recherches et nous avons plusieurs brevets dans ce domaine.
Pour en témoigner, nous avons opéré avec succès dans une centrale nucléaire ici au Royaume-Uni. Nous avons été amenés par une société appelée EDF Energy à envoyer des charges utiles ultrasoniques sur une portée de plus de 80 mètres dans les environnements de fond incroyablement assourdissants jusqu'à 100 décibels que nous devons porter en défenseurs. Pourtant, nous avons pu atteindre 100% d'intégrité des données sur un test de 18 heures de l'équipement.
8. Quelles sont les autres plates-formes matérielles basse consommation qui seront prises en charge par Chirp?
Nous avons déjà un SDK stable pour ARM Cortex M4 et M7 et ensuite nous travaillons sur l'envoi uniquement du SDK pour ARM Cortex M0 qui est un processeur en virgule fixe qui n'a pas d'architecture en virgule flottante. Nous prenons également en charge ESP32 via la plate-forme Arduino et avons également commencé à examiner le support FPGA ainsi que des processus extrêmement efficaces.
9. Où le chirp est-il actuellement utilisé, pouvez-vous nous donner quelques exemples de cas d'utilisation?
La détection de proximité est une très bonne application. Parce que seules les personnes proches de vous peuvent entendre vos pépiements, cela peut être utilisé comme une heuristique pour savoir qui est autour de vous. Chirp est utilisé par une énorme plate-forme de jeux sociaux appelée Roblox comme un moyen pour les jeunes joueurs de détecter d'autres personnes à proximité, en utilisant efficacement des gazouillis ultrasoniques. De cette façon, je peux sortir mon mobile et il agira comme une balise ultrasonique à découvrir par d'autres joueurs dans la pièce pour lancer une session de jeu.
Nous sommes également sur le point de lancer un partenariat avec une grande entreprise de salles de réunion pour les aider dans la navigation intérieure avec Chirp. Lorsque vous marchez d'une pièce à l'autre dans un bâtiment, il est très important que votre appareil sache dans quelle pièce vous vous trouvez. Avec cette organisation, nous utilisons le bip comme moyen pour votre ordinateur portable ou mobile d'indiquer dans quelle pièce vous vous trouvez et vous permet de vous connecter à une salle de réunion.
10. Quelles sont les conditions de licence pour Chirps SDK? De quel type de loyauté s'agit-il?
Pour les petites entreprises, les amateurs et les bricoleurs, Chirp est entièrement gratuit jusqu'à 10 000 utilisateurs actifs par mois. C'est parce que nous voulons vraiment voir les gens utiliser notre technologie et la communauté des développeurs l'expérimenter. En dehors de cela, nous voulons également soutenir les petites entreprises. Pour les grandes entreprises et les clients, nous avons tendance à leur facturer des frais annuels