走進低功耗藍牙的世界

馮悅穎

如今，科技的快速發(fā)展，各種技術的不斷改進，使得整個世界變的越來越智能化。在生活常見的藍牙就是一個鮮活的例子。藍牙技術的進步成功創(chuàng)造出了一種新的技術——低功耗藍牙技術，英文為大家熟悉的Bluetooth low energy technology。是在2010年由藍牙技術聯盟（Bluetooth Special Interest Group，又稱Bluetooth SIG）正式加入到藍牙4.0核心規(guī)格版本當中，由于它的功耗低、傳輸速率高、與手機兼容性好等功能，是它在電子市場上倍受矚目。在2016年12月，藍牙技術聯盟推出新一代核心規(guī)格“藍牙5”，并在次年7月相繼推出藍牙m(xù)esh網絡功能，皆在實現更好的物聯網環(huán)境。藍牙m(xù)esh的推出在廣播數據功能的升級，推進了互聯解決方案的創(chuàng)新，也促進了新市場的進一步發(fā)展，更是在智能家居創(chuàng)新浪潮中，成為無線互聯網協議中的行業(yè)先鋒。

目前，全球正進入一個各種系統(tǒng)都需要采集和交換數據的物聯網（IoT）時代。在傳感器以無線方式連接，形成網絡并實現設備間數據交換的物聯網中，BLE發(fā)揮著至關重要的角色。此類物聯網（IoT）應用包括日?；顒幼粉櫼约凹彝プ詣踊δ?，如智慧型電燈開光、溫度和濕度監(jiān)測與控制、遙控無人機等電子設備等。

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）如手機和筆記本電腦，通常也可以被當作周邊裝置使用。

周邊裝置能以兩種模式運作：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牙與傳統(tǒng)藍牙之間最大的分別，可以將資料傳輸給范圍的所有裝置。

BEL無線電波特性

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

協議層特性

低功耗藍牙在與Classic BT共用的底層架構之上（L2CAP/HCI），架構了以attribute為基礎的通訊架構（Attribute Protocol；ATT），將設備間的通訊切割成以request/response為基礎的資料交換。在ATT之上的是GATT（Generic Attribute Profile），定義了基于ATT進行通訊的設備之間的主從關系（Central/Peripheral/Broadcaster/Observer）、服務探索方式以及各種數據讀寫模式等等。這也是開發(fā)者所能接觸到的最底層功能。

在GATT上，應用可以依據功能（Feature）將不同的數據群組以服務（Service）的方式發(fā)布出去，另外，針對不同需求、應用可以和一個或多個服務進行溝通，形成一個Profile。這部分在Classic BT和低功耗藍牙之間的定義是不同的。BluetoothSIG針對常用的功能已經定義了相當數量的Service/Profile，如心跳計、體溫計等，但開發(fā)者依然可以依照自己的需求在GATT之上發(fā)揮。

體系結構

它分成三個基本部分：控制器、主機和應用程式。

控制器：通常是一個物理設備，可以發(fā)送和接受無線電信號，并且知道如何將這些信號轉換成攜帶信息的數據包。

主機：通常是一個軟體棧，它管理兩臺或多臺設備之間如何通信以及如何使用無線電同時提供幾種不同的服務。

應用程式：使用軟件堆棧，從而達到控制器來實現用戶的實例。

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

智能家居BLE藍牙模塊推薦

目前，昇潤科技研發(fā)生產的藍牙4.2 BLE模塊 HY-40R204P 和HY-40R201P 支持藍牙5。是基于TI CC2640R2F，擁有功能強大的基帶處理器。也可以按照客戶的要求做更多功能的二次開發(fā)，同時具有很強的應用程序安全保護。昇潤科技BLE藍牙模塊主要用于短距離的數據無線傳輸領域，可以方便的和帶有藍牙設備相連，也可以設置為主、從結構的藍牙設備互聯。

智能家居中的無線聯網與通信已成為藍牙技術的一個重要應用領域。近年來昇潤科技從市場客戶的實際需求出發(fā)，基于TI芯片開發(fā)出了多款高效率、低功耗、簡單實用且使用壽命長的藍牙模塊及解決方案。

市場前景

BLE帶來前所未有的低功耗與低成本方案，成為各類產品與Smartphonr以及Internet連接的決佳選擇。在每年數億銷量的智能行動裝置帶動下，藍牙標準組織評估該技術將從已經成熟的車用與傾動裝置應用領域，快速擴散到消費性家電、健康醫(yī)療、Smart device周邊、健身應用與家庭自動化領域。