Bluetooth-kommunikaatio fitness-laitteiden kanssa
Lappalainen, Jere (2018)
Lappalainen, Jere
Kajaanin ammattikorkeakoulu
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018120720495
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018120720495
Tiivistelmä
Opinnäytetyön toimeksiantaja oli Virtual Frontiers Oy, joka on pelillistämiseen keskittynyt yritys. Pelillistämisessä voidaan hyödyntää erilaisia Bluetooth-laitteita, mutta kaikkien laitteiden tukemiseksi ei löydy valmista ratkaisua, joten oma tutkimus- ja kehitystyö on tarpeen. Työn tavoitteena oli kehittää tapa kommunikoida fitness-laitteiden kanssa käyttäen Bluetooth Low Energyä Windows- ja Mac-tietokoneilla. Työssä käydään läpi Bluetoothin historiaa ja toimintaa, erilaisia fitness-laitteita ja lopuksi toteutus.
Bluetooth on langattomaan tiedonsiirtoon kehitetty teknologia, jonka kehitti Ericsson vuonna 1994. Sen kehitystä valvoo vuonna 1998 muodostettu Bluetooth Special Interest Group. Bluetooth käyttää kommunikaatioon radioaaltoja, joiden taajuusalue on välillä 2402–2480 MHz. Alue kuuluu ISM-taajuusalueeseen. Kyseinen taajuusalue on laajassa käytössä, joten siellä esiintyy häiriöitä. Häiriöiden välttämiseksi Bluetooth käyttää taajuushyppelyä.
Bluetooth-verkossa laitteet ovat joko isäntiä tai renkiä. Yksi laite toimii isäntänä, jolla voi olla seitsemän renkiä. Laitteiden muodostamaa verkkoa kutsutaan pikoverkoksi. Laitteet voivat kuulua useampaan verkkoon, joiden muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan hajaverkoksi. Bluetoothilla on käytettävissä kolme eri verkkotopologiaa, jotka ovat kaksipisteyhteys, yleislähetys ja mesh-topologia.
Tiedonsiirrossa Bluetooth käyttää 79:ää kanavaa, joiden kaistanleveys on 1 Mhz. Tieto pilkotaan lähetystä varten pienemmiksi paketeiksi, jotka vastaanottaja kokoaa luettavaksi tiedoksi. Tiedonsiirto on synkronoitu isäntälaitteen kellon mukaan. Yhteys voi olla joko synkroninen tai asynkroninen.
Bluetooth on joukko protokollia, jotka voidaan jakaa kahteen pinoon. Alemmassa pinossa olevat protokollat vastaavat alemman tason toteutuksesta, kuten fyysisestä kommunikaatiosta. Ylemmällä tasolla määritellään standardit, joiden avulla kommunikoidaan alemman tason ja ohjelmistotason välillä.
Tietoturva on tärkeä osa Bluetoothia. Oletustilanteissa laitteiden täytyy autentikoida itsensä, ennen kuin ne voivat keskustella. Laitteet voivat käyttää erilaisia suojatiloja, salaustiloja ja luottamustiloja, joiden avulla parannetaan tietoturvaa käyttötarkoituksen mukaisesti. Laitteet voivat olla myös suojaamattomia.
Bluetooth Low Energy (BLE) on versio, joka on suunniteltu mahdollisimman vähän virtaa kuluttavaksi. BLE ei ole yhteensopiva aiempien Bluetooth-versioiden kanssa. BLE toimii samalla taajuusalueella kuin perinteinen Bluetooth, mutta se käyttää 40:tä kanavaa, joiden kaistanleveys on 2 Mhz. BLE:tä tukevat laitteet voidaan jakaa Smart-laitteisiin ja Smart Ready -laitteisiin.
Fitness-laitteet eli kuntolaitteet ovat laitteita, joita käytetään kuntoillessa. Pelkkien kuntolaitteiden lisäksi on useita erilaisia antureita ja älylaitteita, joiden avulla harjoituksista saadaan lisää tietoa tai voidaan vaikuttaa niihin eri tavoin. Monet kuntolaitteet kommunikoivat Bluetoothin välityksellä.
Työn toteutuksessa käytettiin C#-ohjelmointikieltä tiedon käsittelyssä. Bluetoothin käyttöönotto tapahtuu alustakohtaisesti. Tiedon käsittely perustuu Bluetoothin ja eri laitevalmistajien dokumentaatioon.
Työssä saavutettiin tuki laitteille, jotka käyttävät Bluetoothin määrittelemiä standardeja. Lisäksi toteutus tukee muutamaa laitetta, jotka ovat määritelleet omia Bluetooth-attribuuttejaan. Toteutusta voidaan tarpeen tullen laajentaa tukemaan yhä useampia laitteita.
Bluetooth on langattomaan tiedonsiirtoon kehitetty teknologia, jonka kehitti Ericsson vuonna 1994. Sen kehitystä valvoo vuonna 1998 muodostettu Bluetooth Special Interest Group. Bluetooth käyttää kommunikaatioon radioaaltoja, joiden taajuusalue on välillä 2402–2480 MHz. Alue kuuluu ISM-taajuusalueeseen. Kyseinen taajuusalue on laajassa käytössä, joten siellä esiintyy häiriöitä. Häiriöiden välttämiseksi Bluetooth käyttää taajuushyppelyä.
Bluetooth-verkossa laitteet ovat joko isäntiä tai renkiä. Yksi laite toimii isäntänä, jolla voi olla seitsemän renkiä. Laitteiden muodostamaa verkkoa kutsutaan pikoverkoksi. Laitteet voivat kuulua useampaan verkkoon, joiden muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan hajaverkoksi. Bluetoothilla on käytettävissä kolme eri verkkotopologiaa, jotka ovat kaksipisteyhteys, yleislähetys ja mesh-topologia.
Tiedonsiirrossa Bluetooth käyttää 79:ää kanavaa, joiden kaistanleveys on 1 Mhz. Tieto pilkotaan lähetystä varten pienemmiksi paketeiksi, jotka vastaanottaja kokoaa luettavaksi tiedoksi. Tiedonsiirto on synkronoitu isäntälaitteen kellon mukaan. Yhteys voi olla joko synkroninen tai asynkroninen.
Bluetooth on joukko protokollia, jotka voidaan jakaa kahteen pinoon. Alemmassa pinossa olevat protokollat vastaavat alemman tason toteutuksesta, kuten fyysisestä kommunikaatiosta. Ylemmällä tasolla määritellään standardit, joiden avulla kommunikoidaan alemman tason ja ohjelmistotason välillä.
Tietoturva on tärkeä osa Bluetoothia. Oletustilanteissa laitteiden täytyy autentikoida itsensä, ennen kuin ne voivat keskustella. Laitteet voivat käyttää erilaisia suojatiloja, salaustiloja ja luottamustiloja, joiden avulla parannetaan tietoturvaa käyttötarkoituksen mukaisesti. Laitteet voivat olla myös suojaamattomia.
Bluetooth Low Energy (BLE) on versio, joka on suunniteltu mahdollisimman vähän virtaa kuluttavaksi. BLE ei ole yhteensopiva aiempien Bluetooth-versioiden kanssa. BLE toimii samalla taajuusalueella kuin perinteinen Bluetooth, mutta se käyttää 40:tä kanavaa, joiden kaistanleveys on 2 Mhz. BLE:tä tukevat laitteet voidaan jakaa Smart-laitteisiin ja Smart Ready -laitteisiin.
Fitness-laitteet eli kuntolaitteet ovat laitteita, joita käytetään kuntoillessa. Pelkkien kuntolaitteiden lisäksi on useita erilaisia antureita ja älylaitteita, joiden avulla harjoituksista saadaan lisää tietoa tai voidaan vaikuttaa niihin eri tavoin. Monet kuntolaitteet kommunikoivat Bluetoothin välityksellä.
Työn toteutuksessa käytettiin C#-ohjelmointikieltä tiedon käsittelyssä. Bluetoothin käyttöönotto tapahtuu alustakohtaisesti. Tiedon käsittely perustuu Bluetoothin ja eri laitevalmistajien dokumentaatioon.
Työssä saavutettiin tuki laitteille, jotka käyttävät Bluetoothin määrittelemiä standardeja. Lisäksi toteutus tukee muutamaa laitetta, jotka ovat määritelleet omia Bluetooth-attribuuttejaan. Toteutusta voidaan tarpeen tullen laajentaa tukemaan yhä useampia laitteita.