如何利用藍牙4.1為物聯(lián)網(wǎng)構建低功耗無(wú)線(xiàn)鏈路

　　不僅在最新的可穿戴和健身設備方面，而且在將物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中的設備與傳感器互連方面，最新藍牙技術(shù)都帶來(lái)不小的震動(dòng)。

　　在提升藍牙直接鏈路的電源能效、簡(jiǎn)化其使用方面，藍牙4.0實(shí)現了大跨越，而藍牙4.1則為該鏈路增加了更多的組網(wǎng)能力。這使得用一部標準智能手機將許多設備連接在一起成為可能。

　　憑一塊電池就能讓嵌入式鏈路運行數年，這一功能自2010年以來(lái)一直推動(dòng)者智能藍牙4.0的普及，而組網(wǎng)能力又使該功能在藍牙4.1于2013年批準以來(lái)對IoT開(kāi)發(fā)人員更具吸引力。不過(guò)，這需要在設計過(guò)程中了解軟硬件方面的一些關(guān)鍵注意事項。SIG建議制造商在產(chǎn)品中立即采用藍牙4.1，以充分利用新特性。這樣，系統開(kāi)發(fā)人員就會(huì )放心地采用由Laird Wireless、BlueGiga Technologies、Panasonic和ConnectBlue等制造商提供的現有4.0模塊，并在固件穩定時(shí)升級至4.1版，實(shí)現魚(yú)和熊掌兼得。

　　使用藍牙4.1規范時(shí)，已沒(méi)有必要發(fā)布強制性特性聲明，這在藍牙2.0 + EDR被采用以來(lái)還屬首次。但是，需要制造商們執行有關(guān)藍牙4.1的全部勘誤，從而符合該規范要求。僅具有低功耗特性的設備(智能藍牙品牌)會(huì )向后兼容同樣具有低功耗特性的藍牙4.0設備。

　　低功耗藍牙(4.0版，也稱(chēng)作智能藍牙)采用與前代“傳統藍牙”相同的2.4 GHz ISM頻帶，但采用了更簡(jiǎn)單的高斯頻移協(xié)議來(lái)降低功耗。此外，還采用了較小的2 MHz信道和直接序列擴頻(DSSS)調制功能。

　　這種不同信道和不同調制功能的組合意味著(zhù)無(wú)法直接兼容LE和傳統規范。然而，這對開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題，因為獲得藍牙兼容性認證的所有芯片和模塊都能在適用于舊設備的傳統藍牙模式或具有DSSS功能的智能藍牙模式下工作。

　　藍牙4.0和4.1通過(guò)采用四十個(gè)2 MHz信道獲得低功耗優(yōu)勢，達到1 Mbit/s鏈路比特率和270 kbit/s應用吞吐率。盡管這些指標低于傳統藍牙，但將延遲由100 ms縮短至6 ms，彌補了應用比特率方面的不足，因為這樣能更快地響應數據請求或者發(fā)送控制信號，故而對于組網(wǎng)和實(shí)施IoT顯得更為重要。

　　最大傳輸功耗也降至10 mW，覆蓋距離縮短至50 m以?xún)?，因此適合許多IoT應用。藍牙4.1能讓設備同時(shí)支持多種功能角色，這樣，智能藍牙型產(chǎn)品可同時(shí)作為集線(xiàn)器和外設。藍牙技術(shù)可與其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)共存，值得注意的便是同在2.4 GHz頻段的Wi-Fi技術(shù)，這種共存性已經(jīng)得到改進(jìn)并增加了專(zhuān)用信道，也正是這些技術(shù)使得IoT應用成為現實(shí)。

　　這種共存性源自邏輯鏈路控制及自適應架構(L2CAP)，它利用64 KB信息包支持IoT所需的更高級別協(xié)議多路復用、信息包分割和重新組合、信息服務(wù)質(zhì)量。這一架構基于每個(gè)終端均具有信道識別符(CID)的多個(gè)信道。CID分配與特定設備有關(guān)，一個(gè)設備能夠獨立地從其它設備分配CID，因而易于在網(wǎng)絡(luò )中添加設備。于是，我們可以把多個(gè)設備添加到菊花鏈中，簡(jiǎn)化了設置。

　　圖1：用于智能藍牙4.1的L2CAP信道架構可實(shí)現設備網(wǎng)絡(luò )控制，擴大物聯(lián)網(wǎng)范圍。

　　還有更多針對用戶(hù)的支持功能。藍牙4.1支持自動(dòng)重新連接，因此用戶(hù)進(jìn)入房間時(shí)會(huì )重新連接。此外，藍牙4.1還支持數據批量傳輸、鏈路設置和下載大型文件，而不再是保持穩定連接。

　　通用屬性配置規范(GATT)是將利用藍牙4.1擴展的其中之一。這些屬性規范在操作系統中提供了一個(gè)客戶(hù)服務(wù)器應用編程接口(API)，以及服務(wù)、特性和描述符。