2019-11-26 13:54:18
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目前全球有超過(guò)一億種的設備支持藍牙技術(shù)，其中超過(guò)五成是使用在手機上，藍牙技術(shù)是消費性電子產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)傳輸的解決方案。 有超過(guò)一半的消費者手上至少有一種支持藍牙技術(shù)的設備，全球大多數消費者都能識別此品牌標志。
一、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸協(xié)議對比
我們比較熟悉的網(wǎng)絡(luò )有Zigee，WIFI、Bluetooth(傳統藍牙，新一代藍牙也發(fā)生了巨大的變化)，他們三者之間的關(guān)系可以從下圖中看出來(lái)。
從上圖中可以看到不同的無(wú)線(xiàn)數據傳輸協(xié)議在數據傳輸速率和傳輸距離有各自的使用范圍。Zigbee、藍牙以及WIFI標準都是工作在2.4GHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信標準。 下面將BLE與傳統藍牙、WIFI標準進(jìn)行簡(jiǎn)要的比較，幫助讀者快速地了解。
傳統藍牙數據傳輸速率小于3Mbps，典型數據傳輸距離為2-10m，藍牙技術(shù)的典型應用是在兩部手機之間進(jìn)行小量數據的傳輸。WIFI最高數據傳輸速率可達50Mbps，典型數據傳輸距離在30-100m，WIFI技術(shù)提供了一種Intemet的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)。
二、藍牙4.0
藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)是使用范圍最廣泛的全球短距離無(wú)線(xiàn)標準之一，全新的藍牙4.0版本將三種藍牙技術(shù)(即傳統藍牙，高速藍牙和低功耗藍牙技術(shù))合而為一。它集成了藍牙技術(shù)在無(wú)線(xiàn)連接上的固有優(yōu)勢，同時(shí)增加了高速藍牙和低功耗藍牙的特點(diǎn)，這三個(gè)規格可以組合使用，也可以單獨使用。
低功耗藍牙即BLE是藍牙4.0的核心規范，該技術(shù)最大特點(diǎn)是擁有超低的運行功耗和待機功耗，藍牙低功耗設備使用一粒紐扣電池可以連續工作數年之久，可應用于對成本和功耗都有嚴格要求的無(wú)線(xiàn)方案，而且隨著(zhù)智能機的發(fā)展將有著(zhù)更加廣泛的領(lǐng)域。
2016年6月，國際藍牙技術(shù)聯(lián)盟提出了藍牙5.0的技術(shù)標準。
三、藍牙BLE
低功耗藍牙技術(shù)Bluetooth Low Energy，國際藍牙聯(lián)盟(BT-SIG)通過(guò)的一個(gè)標準藍牙無(wú)線(xiàn)協(xié)議。
BLE規范中定義了GAP(Generic Access Profile)和GATT(Generic Attribute)兩個(gè)基本配置文件。協(xié)議中的GAP層負責設備訪(fǎng)問(wèn)模式和進(jìn)程，包括設備發(fā)現，建立連接。終止連接。初始化安全特征和設備配置。協(xié)議棧中的GATT層用于已連接的藍牙設備之間的數據通信。
BLE是一種標準，該標準定義了短距離、低數據傳輸速率無(wú)線(xiàn)通信所需要的一系列通信協(xié)議?；贐LE的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所使用的工作頻段為868MHz、915MHz和2.4GHz，最大數據傳輸速率為250kbps。
四、藍牙4.0與傳統藍牙之間的關(guān)系
Smart Ready和Smart以及傳統藍牙之間是什么關(guān)系呢，請看下圖：
Smart Ready可以和Smart Ready、傳統藍牙，以及Smart之間相互連接和通信。傳統藍牙可以和Smart Ready、傳統藍牙之間連接和通信Smart可以和Smart、Smart Ready之間連接和通信
五、雙模設備
1：BasicRate(BR)，2：Bluetooth Low Energy(BLE)，同時(shí)支持BR和BLE的設備為dual-mode(雙模)設備，也就是這里討論的Smart Ready。Smart Ready是藍牙4.0里的主體，一般具有穩定電源供電的設備，如手機，PC等采用的均是雙模的藍牙芯片。
單模設備
那么Smart又是什么呢，Smart是藍牙4.0里的低功耗藍牙的商標，也就是Bluetooth Low Energy，縮寫(xiě)為L(cháng)E或者BLE，網(wǎng)上關(guān)于藍牙4.0一節紐扣電池能夠使用一年均是針對BLE而言。Smart Ready功耗還是很大的，需要有穩定的電源供電，像手機、PC等設備，而Smart由于功耗低，一般使用電池、或紐扣電池供電。
BLE的特點(diǎn)
總體而言，BLE技術(shù)具有如下特點(diǎn)：
1、高可靠性
對于無(wú)線(xiàn)通信而言，由于電磁波在傳輸過(guò)程中容易受很多因素的干擾，例如，障礙物的阻擋、天氣狀況等，因此，無(wú)線(xiàn)通信系統在數據傳輸過(guò)程中，具有內在的不可靠性。藍牙技術(shù)聯(lián)盟SIG在指定藍牙4.0規范時(shí)已經(jīng)考慮到了這種數據傳輸過(guò)程中的內在的不確定性，在射頻，基帶協(xié)議，鏈路管理協(xié)議中采用可靠性措施，包括：差錯檢測和矯正，進(jìn)行數據編解碼，數據加噪等，極大的提供藍牙無(wú)線(xiàn)數據傳輸的可靠性，另外，使用自適應調頻技術(shù)，最大程度的減少和其他2.4G無(wú)線(xiàn)電波的串擾。
2、低成本、低功耗
低功耗藍牙支持兩種部署方式：雙模式和單模式，一般智能機上采用雙模，外設一般采用BLE單模。
低功耗設計：藍牙4.0版本強化了藍牙在數據傳輸上的低功耗性能，功耗較傳統藍牙降低了90%。
傳統藍牙設備的待機耗電量一直是其缺陷之一，這與傳統藍牙技術(shù)采用16——32個(gè)頻道進(jìn)行廣播有很大關(guān)系，而低功耗藍牙僅適用3個(gè)廣播通道，且每次廣播時(shí)射頻的開(kāi)啟時(shí)間也有傳統的22.5ms減少到0.6~1.2ms，這兩個(gè)協(xié)議規范的改變，大幅降低了因為廣播數據導致的待機功耗。
低功耗藍牙設計用深度睡眠狀態(tài)來(lái)替換傳統藍牙的空閑狀態(tài)，在深度睡眠狀態(tài)下，主機Host長(cháng)時(shí)間處于超低的負載循環(huán)Duty Cycle狀態(tài)，只在需要運作時(shí)由控制器來(lái)啟動(dòng)，由于主機較控制器消耗的能源更多，因此這樣的設計也節省了更多的能源。
3、快速啟動(dòng)、瞬間連接
此前藍牙版本的啟動(dòng)速度非常緩慢，2.1版本的藍牙啟動(dòng)連接需要6s時(shí)間，而藍牙4.0版本僅需要3ms即可完成，幾乎是瞬間連接。
4、傳輸距離極大提供
傳統藍牙傳輸距離一般2-10m，而藍牙4.0的有效傳輸距離可以達到60~100m，傳輸距離提升了10倍，極大開(kāi)拓了藍牙技術(shù)的應用前景。
5、高安全性
為了保證數據傳輸的安全性，使用AES-128 CCM加密算法進(jìn)行數據包加密認證。
BLE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信信道分析
天線(xiàn)對于無(wú)線(xiàn)通信系統來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，在日常生活中可以看到各式各樣的天線(xiàn)，如手機天線(xiàn)、電視接收天線(xiàn)等，天線(xiàn)的主要功能可以概括為：完成無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射與接收。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉換為電磁波發(fā)射出去;接收時(shí)，將電磁波轉換為高頻電流。
如何區分不同的電波呢?
一般情況，不同的電波具有不用的頻譜，無(wú)線(xiàn)通信系統的頻譜有幾十兆赫茲到幾千兆赫茲，包括了收音機、手機、衛星電視等使用的波段，這些電波都使用空氣作為傳輸介質(zhì)來(lái)傳播，為了防止不同的應用之間相互干擾，就需要對無(wú)線(xiàn)通信系統的通信信道進(jìn)行必要的管理。
各個(gè)國家都有自己的無(wú)線(xiàn)電管理結構，如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)、歐洲的典型標準委員會(huì )(ETSI)，我國的無(wú)線(xiàn)電管理機構稱(chēng)為中國無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )，其主要職責是負責無(wú)線(xiàn)電頻率的劃分、分配與指配、衛星軌道位置協(xié)調和管理、無(wú)線(xiàn)電監測、檢測、干擾查處，協(xié)調處理電磁干擾事宜和維護空中電波秩序等。
一般情況，使用某一特定的頻段霈要得到無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)的許可，當然，各國的無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)也規定了一部分頻段是對公眾開(kāi)放的，不需要許可即可使用，以滿(mǎn)足不同的應用需求，這些頻段包括ISM(Industrial. Scientific and Medical-I業(yè)、科學(xué)和醫療)頻帶。
除了ISM頻帶外，在我國，低于135kHz，在北美、日本等地，低于400kHz的頻帶也是免費頻段。各國對無(wú)線(xiàn)頻譜的管理不僅規定了ISM頻帶的頻率，同時(shí)也規定了在這些頻帶上所使用的發(fā)射功率，在項目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要查閱相關(guān)的手冊，如我國信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布的《微功率(短距離)無(wú)線(xiàn)電設備管理規定》。
BLE工作在ISM頻帶，定義了兩個(gè)頻段，2.4GHz頻段和896/915MHz頻帶。在IEEE 802.15.4中共規定了27個(gè)信道：
在2.4GHz頻段，共有16個(gè)信道，信道通信速率為250kbps：
在915MHz頻段，共有10個(gè)信道，信道通信速率為40kbps：
在868MHz頻段，有1個(gè)信道，信道通信速率為20kbpS。
BLE工作在2.4GHz頻段，僅適用3個(gè)廣播通道，適用所有藍牙規范版本通用的自適應調頻技術(shù)。
自適應調頻技術(shù)是建立在自動(dòng)信道質(zhì)量分析基礎上的一種頻率自使用和功率自適應控制相結合的技術(shù)，他能使調頻通信過(guò)程中自動(dòng)避開(kāi)被干擾的調頻頻點(diǎn)并以最小的發(fā)射功率、最低的被截獲概率，達到在無(wú)干擾的調頻信道上長(cháng)時(shí)間保持優(yōu)質(zhì)通信的目的。
BLE技術(shù)的應用領(lǐng)域
一直以來(lái)，藍牙技術(shù)在配件方面的應用都更受關(guān)注，但隨著(zhù)移動(dòng)時(shí)代的迅猛發(fā)展，BLE將會(huì )有更大的用武之地。事實(shí)上，BLE的低功耗技術(shù)，在設計之初便主打醫療與健康監控等特殊市場(chǎng) ，而總的來(lái)說(shuō)，藍牙4.0的發(fā)展方向將是運動(dòng)管理、醫療健康照護、智能儀表、智能家居以及各種物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用。
在醫療健康領(lǐng)域
過(guò)去不少健康類(lèi)的應用都是基于藍牙2.1協(xié)議去做的，但因受限于耗電問(wèn)題而未能掀動(dòng)太大波瀾。BLE化解這一難題后，市場(chǎng)被強力激活。如由英特爾發(fā)起，并由許多不同醫療技術(shù)與保健機構成立的Continua健康聯(lián)盟，便已決議將BLE納入日后的標準傳輸技術(shù)中。
現在市場(chǎng)上已有許多采用藍牙2.1規格的醫療產(chǎn)品，如血壓計、血糖儀等，未來(lái)，通過(guò)Continua健康聯(lián)盟正式認證的藍牙4.0規格的醫療類(lèi)產(chǎn)品肯定會(huì )越來(lái)越多。健康應用方面，BLE也有廣闊的市場(chǎng)空間，其可以與健身設備進(jìn)行無(wú)縫結合，人們在使用健身器材時(shí)，就能通過(guò)相關(guān)設備如計步器、脈搏機等來(lái)傳送并記錄運動(dòng)情況進(jìn)入移動(dòng)設備，保存個(gè)人的健康信息。
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域
目前市場(chǎng)上的所有智能設備都是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)發(fā)展的推動(dòng)力量，但BLE能夠起到打通物聯(lián)網(wǎng)的和傳感器設備之間的“關(guān)節”的節點(diǎn)作用，這將從關(guān)鍵意義上推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的真正發(fā)展。由于藍牙技術(shù)一向關(guān)注上層應用，有統一標準，因此各種各樣的底層硬件雖出自不同制造廠(chǎng)家，卻可以互聯(lián)互通，能夠形成完善的生態(tài)環(huán)境，為自身及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)都創(chuàng )造了良好環(huán)境。
有分析認為，當 BLE把每個(gè)人的安卓或者其他移動(dòng)設備變?yōu)橐粋€(gè)傳感器標簽時(shí)，它所能做的將不僅僅是通過(guò)應用軟件去找東西，而是將擁有巨大的可拓展性，如它可以通過(guò)App和傳感器來(lái)構建一個(gè)P2P的網(wǎng)絡(luò )以模擬GPS的功能等?？傊?，當BLE傳感器無(wú)處不在時(shí)，定然蘊藏著(zhù)巨大商機。
智能照明
目前市場(chǎng)上傳統的智能燈光大部分都是有線(xiàn)控制，或必須要有一個(gè)的遙控器，對燈光進(jìn)行控制。存在控制距離有限，不夠靈活的問(wèn)題。低功耗藍牙智能MESH燈，利用低功耗藍牙技術(shù)，采用MESH組網(wǎng)技術(shù)，只需在您的智能手機上安裝一個(gè)app，即可實(shí)現燈光的智能組網(wǎng)控制更加方便，靈活，同時(shí)支持遙控器設備。
智能遙控器、機頂盒
隨著(zhù)智能電視的發(fā)展，傳統的遙控器已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，語(yǔ)音遙控正在逐漸成為標配。使用我們的智能語(yǔ)音遙控方案，通過(guò)語(yǔ)音控制智能電視等設備，可以使用戶(hù)更加快速有效的選取自己的所喜歡的節目。
HID設備應用
采用低功耗藍牙技術(shù)，相較傳統藍牙鍵盤(pán)鼠標，具有功耗更低，配對連接更加快速方便的特點(diǎn)。在客戶(hù)現有的鼠標、鍵盤(pán)上，可以增加BLE實(shí)現產(chǎn)品的快速升級。
小家電
在傳統小家電上，例如，豆漿機、電飯煲等，增加低功耗藍牙控制，將其升級為更加智能的小家電設備，通過(guò)智能手機對小家電進(jìn)行開(kāi)關(guān)、預約等各種控制，還可以對小家電進(jìn)行故障自檢、固件升級等功能，給生活帶來(lái)不一樣的體驗。
Beacon應用
Beacon基于藍牙廣播給手機發(fā)送信息，能幫助商家優(yōu)化經(jīng)營(yíng)策略，利用用戶(hù)的地理位置提供服務(wù)。商家可以利用beacon設備通知消費者有哪些新產(chǎn)品，提供代金券，鼓勵消費者的沖動(dòng)性消費。也能用Beacon技術(shù)所取得的數據，比如地理位置和購買(mǎi)記錄，提供更多消費者滿(mǎn)意度信息，更好地提供服務(wù)。
停車(chē)場(chǎng)找車(chē)位場(chǎng)景，不用掏出手機，手表上的震動(dòng)反饋就能幫你找到空位和愛(ài)車(chē)也是beacon理想的應用。智能消息推送、產(chǎn)品廣告推廣、室內定位導航正在逐漸成為趨勢，要實(shí)現這些功能，Beacon產(chǎn)品的作為基礎的硬件設備，不可或缺。同時(shí)蘋(píng)果ibeacon、微信搖一搖，阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也在推動(dòng)beacon應用發(fā)展。
Bluetooth的靈魂在于應用而非速度，如何讓?xiě)玫拈T(mén)檻更低，讓上手更容易，讓設備自動(dòng)化程度更高，需要用戶(hù)介入的過(guò)程越少，使用者的感 受越好，數據的可靠程度越高，移動(dòng)的便利性越強，那么它就是Bluetooth該努力的方向，如今隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的應用發(fā)展，藍牙5.0的技術(shù)也應運而生，讓我們一起祝福Bluetooth有一個(gè)更好的將來(lái)吧。