物聯網

藍牙5及其在物聯網中的作用

2025China.cn   2018年07月19日

  藍牙5是什么?

  如果你擁有一輛汽車或一部智能手機,你很可能會在生活中至少使用過一次藍牙。藍牙無處不在:揚聲器、無線耳機、汽車、可穿戴設備、醫療設備、甚至鞋子!

  藍牙設備有兩種:一種稱為經典藍牙(用于無線揚聲器、汽車信息娛樂系統和耳機),另一種被稱為低功耗藍牙(BLE)。

  BLE在功耗至關重要的應用(例如電池供電設備)以及少量數據不經常傳輸(例如傳感器應用)中更為突出。

  這兩種藍牙設備互不兼容(即使它們品牌相同甚至規格文檔相同),經典藍牙設備無法直接與低功耗藍牙設備通信。不過市場上還有一種雙模藍牙設備,即同時支持低功耗藍牙和經典藍牙。

  由于許多物聯網系統涉及小型設備和傳感器,因此在物聯網中,低功耗藍牙(BLE)已成為兩者中較為常見的協議(相對于經典藍牙)。 2016年12月,藍牙標準背后的管理機構藍牙技術聯盟(SIG)發布了藍牙5.0版。 此版本中引入的大部分增強功能和特性集中在低功耗藍牙上。

  藍牙5.0有哪些新功能?

  那么,與以前的版本相比,藍牙5.0有什么新功能?

  三個主要功能:

  1、兩倍速度

  2、四倍范圍

  3、八倍廣告消息容量

  讓我們仔細研究其中每一個,看看可以利用它們哪些潛在物聯網應用。

  兩倍速度

  在較早版本藍牙(4.2和更早版本)中,低功耗藍牙(BLE)的數據速率設置為固定1Mbps。在藍牙5.0中,引入了一種數據速率為2Mbps的新模式。這種新的數據速率還提供了一些額外好處:

  ▲由于在較短時間內傳輸相同數量數據,因此降低了功耗。

  ▲由于減少了無線電接通時間,改善了無線共存。

  使用2Mbps模式一個缺點是它具有減小傳輸范圍的潛在可能,因為較高的速度導致接收端無線電靈敏度降低。但是,對于為了得到更高數據傳輸速度而犧牲一點范圍的應用,有些應用場景是可以接受的。

  與其他低功耗無線協議(例如ZigBee、Z-Wave、Thread)相比,BLE提供更高的數據速率,即使在原始的1 Mbps數據速率下也是如此。隨著新高速模式(2 Mbps)的加入,更多潛在的物聯網應用變得更加可行。例子包括視頻流、音頻流和突發大數據傳輸,例如圖像。

  四倍范圍

  藍牙5.0還引入了一種遠程模式,該模式利用一種稱為前向糾錯(FEC)的糾錯技術。FEC允許接收器從噪聲和干擾引起的錯誤中恢復數據。因此,當發生錯誤時,接收器可以利用數據中的冗余來恢復最初發送的數據,而不是要求重發數據。

  此遠程模式稱為編碼PHY模式。使用這種新模式的明顯好處是增加了傳輸范圍,缺點是由此帶來平均功耗增加和傳輸速率降低(125 kbps或500kbps,這取決于所使用的編碼方案)。

  在遠程模式下進行測試時,已記錄可以遠至800米的視距范圍。這使得在諸如需要與數百米之外設備通信的應用使用BLE成為可能。例如遠程遙控設備,家庭自動化和工業應用。

  藍牙5.0將把通信距離提高至原來的四倍。這意味著BLE技術終于可用在智能家居里面了,用戶可以通過BLE來控制家里的智能產品,從智能燈泡到智能鎖,現在一家之中的智能設備都可以用BLE來連接。相比耗電量巨大的WiFi技術,BLE用于智能家居產品的優勢非常明顯。

  八倍廣告消息容量

  在低功耗藍牙(BLE)中,設備可以運行三種主要狀態,它是廣告、掃描或連接。要連接兩個低功耗藍牙設備,一個設備必須廣告,另一個設備必須掃描,然后啟動連接。廣告本質上涉及廣告分組,這允許另一個掃描設備發現它們,經過廣告分組允許后,則掃描設備可以決定啟動連接。

  在早期版本的藍牙中,廣告數據有效載荷大小上限為31個字節。 在藍牙5.0中,引入了一種新的廣告模式:擴展廣告。擴展廣告允許每個數據包發送最多255個字節的有效負載數據,而不是原始的31個字節限制。

  廣告在所有低功耗設備中均可使用,但是利用這種狀態的一個突出應用是信標技術。信標設備保持廣告狀態,并簡單地廣告數據以供其他人瀏覽和讀取數據。隨著藍牙5廣告數據容量的增加,信標現在可以傳輸更多的數據,解鎖更多新的物聯網應用和用途。

  結論

  正如我們所看到的,藍牙5.0引入了一些可應用于廣泛潛在的物聯網功能。但是,有幾個幾個關鍵要點需要注意:

  ▲根據藍牙官方規范,新的遠程和高速模式只是可選功能,因此,聲稱支持藍牙5的芯片組或設備可能不支持這兩種新模式。

  ▲為了能夠利用這些新功能,兩個彼此通信的BLE設備需要支持藍牙5并支持感興趣的功能。例如,為了能夠利用遠程模式在傳感器設備和智能手機之間長距離傳輸傳感器數據,傳感器設備和智能手機都需要支持藍牙5和遠程模式。

  ▲智能手機仍然很難支持藍牙5及其新特性。即使新硬件支持,它的API也需要允許移動開發人員使用這些功能。

  不過,盡管如此,藍牙5 引入潛在的新物聯網應用,無論是在移動端還是嵌入式端,都不可避免會被廣泛采用!

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