走進(jìn)低功耗藍(lán)牙的世界

馮悅穎

如今，科技的快速發(fā)展，各種技術(shù)的不斷改進(jìn)，使得整個(gè)世界變的越來(lái)越智能化。在生活常見(jiàn)的藍(lán)牙就是一個(gè)鮮活的例子。藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)步成功創(chuàng)造出了一種新的技術(shù)——低功耗藍(lán)牙技術(shù)，英文為大家熟悉的Bluetooth low energy technology。是在2010年由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group，又稱Bluetooth SIG）正式加入到藍(lán)牙4.0核心規(guī)格版本當(dāng)中，由于它的功耗低、傳輸速率高、與手機(jī)兼容性好等功能，是它在電子市場(chǎng)上倍受矚目。在2016年12月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟推出新一代核心規(guī)格“藍(lán)牙5”，并在次年7月相繼推出藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能，皆在實(shí)現(xiàn)更好的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。藍(lán)牙m(xù)esh的推出在廣播數(shù)據(jù)功能的升級(jí)，推進(jìn)了互聯(lián)解決方案的創(chuàng)新，也促進(jìn)了新市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，更是在智能家居創(chuàng)新浪潮中，成為無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的行業(yè)先鋒。

目前，全球正進(jìn)入一個(gè)各種系統(tǒng)都需要采集和交換數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代。在傳感器以無(wú)線方式連接，形成網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)交換的物聯(lián)網(wǎng)中，BLE發(fā)揮著至關(guān)重要的角色。此類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用包括日?；顒?dòng)追蹤以及家庭自動(dòng)化功能，如智慧型電燈開(kāi)光、溫度和濕度監(jiān)測(cè)與控制、遙控?zé)o人機(jī)等電子設(shè)備等。

是什么讓BLE如此特別？

BLE將全世界分為周邊裝置和中央裝置。周邊裝置（Peripheral devices）如感測(cè)器，通常體積不大，所需能量不高，資源限制也比較大。中央裝置（Central devices）如手機(jī)和筆記本電腦，通常也可以被當(dāng)作周邊裝置使用。

周邊裝置能以兩種模式運(yùn)作：廣播模式，以及直接連接中央裝置的模式。廣播模式，以及直接連接中央裝置的模式。廣播模式是低功耗藍(lán)牙與傳統(tǒng)藍(lán)牙之間最大的分別，可以將資料傳輸給范圍的所有裝置。

BEL無(wú)線電波特性

BLE的低功耗追求不只是運(yùn)算架構(gòu)上的優(yōu)化，在無(wú)線電波特性上也作了許多努力。頻率與頻調(diào)調(diào)解模式維持在2.4Ghz的GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying），但低功耗藍(lán)牙使用的頻道數(shù)目從傳統(tǒng)的79個(gè)降到40個(gè)（2Mhz間隔），而廣播用頻道也從傳統(tǒng)的32個(gè)降到3個(gè)。BLE只要花0.6到1.2ms就可以掃描全部的3個(gè)廣播頻道，而傳統(tǒng)藍(lán)牙至少要花上22.5ms才能掃描完成32個(gè)廣播頻道。透過(guò)精心配置的低功耗藍(lán)牙掃描頻道配置（2402/2426/2480Mhz），BLE所依賴的3個(gè)廣播頻道也不致受到其他相近頻道的無(wú)線技術(shù)（如Wi-Fi）的大幅干擾。

協(xié)議層特性

低功耗藍(lán)牙在與Classic BT共用的底層架構(gòu)之上（L2CAP/HCI），架構(gòu)了以attribute為基礎(chǔ)的通訊架構(gòu)（Attribute Protocol；ATT），將設(shè)備間的通訊切割成以request/response為基礎(chǔ)的資料交換。在ATT之上的是GATT（Generic Attribute Profile），定義了基于ATT進(jìn)行通訊的設(shè)備之間的主從關(guān)系（Central/Peripheral/Broadcaster/Observer）、服務(wù)探索方式以及各種數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模式等等。這也是開(kāi)發(fā)者所能接觸到的最底層功能。

在GATT上，應(yīng)用可以依據(jù)功能（Feature）將不同的數(shù)據(jù)群組以服務(wù)（Service）的方式發(fā)布出去，另外，針對(duì)不同需求、應(yīng)用可以和一個(gè)或多個(gè)服務(wù)進(jìn)行溝通，形成一個(gè)Profile。這部分在Classic BT和低功耗藍(lán)牙之間的定義是不同的。BluetoothSIG針對(duì)常用的功能已經(jīng)定義了相當(dāng)數(shù)量的Service/Profile，如心跳計(jì)、體溫計(jì)等，但開(kāi)發(fā)者依然可以依照自己的需求在GATT之上發(fā)揮。

體系結(jié)構(gòu)

它分成三個(gè)基本部分：控制器、主機(jī)和應(yīng)用程式。

控制器：通常是一個(gè)物理設(shè)備，可以發(fā)送和接受無(wú)線電信號(hào)，并且知道如何將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成攜帶信息的數(shù)據(jù)包。

主機(jī)：通常是一個(gè)軟體棧，它管理兩臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備之間如何通信以及如何使用無(wú)線電同時(shí)提供幾種不同的服務(wù)。

應(yīng)用程式：使用軟件堆棧，從而達(dá)到控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶的實(shí)例。

在控制器內(nèi)既有物理層和鏈路層，以及直接測(cè)試模式和主機(jī)控制器接口（HCI）層的下半部。在主機(jī)內(nèi)包含了三個(gè)協(xié)議：邏輯路控制和適配協(xié)議（L2CAP）屬性協(xié)議（Attribute Protocol）和安全管理器協(xié)議（Security Manager Protocol），此處還包括通用屬性規(guī)范（GATT）、通用訪問(wèn)規(guī)范（GAP）和模式（MODE）。

智能家居BLE藍(lán)牙模塊推薦

目前，昇潤(rùn)科技研發(fā)生產(chǎn)的藍(lán)牙4.2 BLE模塊 HY-40R204P 和HY-40R201P 支持藍(lán)牙5。是基于TI CC2640R2F，擁有功能強(qiáng)大的基帶處理器。也可以按照客戶的要求做更多功能的二次開(kāi)發(fā)，同時(shí)具有很強(qiáng)的應(yīng)用程序安全保護(hù)。昇潤(rùn)科技BLE藍(lán)牙模塊主要用于短距離的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸領(lǐng)域，可以方便的和帶有藍(lán)牙設(shè)備相連，也可以設(shè)置為主、從結(jié)構(gòu)的藍(lán)牙設(shè)備互聯(lián)。

智能家居中的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)與通信已成為藍(lán)牙技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)昇潤(rùn)科技從市場(chǎng)客戶的實(shí)際需求出發(fā)，基于TI芯片開(kāi)發(fā)出了多款高效率、低功耗、簡(jiǎn)單實(shí)用且使用壽命長(zhǎng)的藍(lán)牙模塊及解決方案。

市場(chǎng)前景

BLE帶來(lái)前所未有的低功耗與低成本方案，成為各類(lèi)產(chǎn)品與Smartphonr以及Internet連接的決佳選擇。在每年數(shù)億銷(xiāo)量的智能行動(dòng)裝置帶動(dòng)下，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)組織評(píng)估該技術(shù)將從已經(jīng)成熟的車(chē)用與傾動(dòng)裝置應(yīng)用領(lǐng)域，快速擴(kuò)散到消費(fèi)性家電、健康醫(yī)療、Smart device周邊、健身應(yīng)用與家庭自動(dòng)化領(lǐng)域。