如何利用藍(lán)牙4.1為物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建低功耗無線鏈路

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

　　在提升藍(lán)牙直接鏈路的電源能效、簡化其使用方面，藍(lán)牙4.0實(shí)現(xiàn)了大跨越，而藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)智能手機(jī)將許多設(shè)備連接在一起成為可能。

　　憑一塊電池就能讓嵌入式鏈路運(yùn)行數(shù)年，這一功能自2010年以來一直推動者智能藍(lán)牙4.0的普及，而組網(wǎng)能力又使該功能在藍(lán)牙4.1于2013年批準(zhǔn)以來對IoT開發(fā)人員更具吸引力。不過，這需要在設(shè)計過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(lán)牙4.1，以充分利用新特性。這樣，系統(tǒng)開發(fā)人員就會放心地采用由Laird Wireless、BlueGiga Technologies、Panasonic和ConnectBlue等制造商提供的現(xiàn)有4.0模塊，并在固件穩(wěn)定時升級至4.1版，實(shí)現(xiàn)魚和熊掌兼得。

　　使用藍(lán)牙4.1規(guī)范時，已沒有必要發(fā)布強(qiáng)制性特性聲明，這在藍(lán)牙2.0 + EDR被采用以來還屬首次。但是，需要制造商們執(zhí)行有關(guān)藍(lán)牙4.1的全部勘誤，從而符合該規(guī)范要求。僅具有低功耗特性的設(shè)備(智能藍(lán)牙品牌)會向后兼容同樣具有低功耗特性的藍(lán)牙4.0設(shè)備。

　　低功耗藍(lán)牙(4.0版，也稱作智能藍(lán)牙)采用與前代“傳統(tǒng)藍(lán)牙”相同的2.4 GHz ISM頻帶，但采用了更簡單的高斯頻移協(xié)議來降低功耗。此外，還采用了較小的2 MHz信道和直接序列擴(kuò)頻(DSSS)調(diào)制功能。

　　這種不同信道和不同調(diào)制功能的組合意味著無法直接兼容LE和傳統(tǒng)規(guī)范。然而，這對開發(fā)人員來說不是問題，因?yàn)楂@得藍(lán)牙兼容性認(rèn)證的所有芯片和模塊都能在適用于舊設(shè)備的傳統(tǒng)藍(lán)牙模式或具有DSSS功能的智能藍(lán)牙模式下工作。

　　藍(lán)牙4.0和4.1通過采用四十個2 MHz信道獲得低功耗優(yōu)勢，達(dá)到1 Mbit/s鏈路比特率和270 kbit/s應(yīng)用吞吐率。盡管這些指標(biāo)低于傳統(tǒng)藍(lán)牙，但將延遲由100 ms縮短至6 ms，彌補(bǔ)了應(yīng)用比特率方面的不足，因?yàn)檫@樣能更快地響應(yīng)數(shù)據(jù)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以內(nèi)，因此適合許多IoT應(yīng)用。藍(lán)牙4.1能讓設(shè)備同時支持多種功能角色，這樣，智能藍(lán)牙型產(chǎn)品可同時作為集線器和外設(shè)。藍(lán)牙技術(shù)可與其它無線技術(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)并增加了專用信道，也正是這些技術(shù)使得IoT應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

　　這種共存性源自邏輯鏈路控制及自適應(yīng)架構(gòu)(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(fù)用、信息包分割和重新組合、信息服務(wù)質(zhì)量。這一架構(gòu)基于每個終端均具有信道識別符(CID)的多個信道。CID分配與特定設(shè)備有關(guān)，一個設(shè)備能夠獨(dú)立地從其它設(shè)備分配CID，因而易于在網(wǎng)絡(luò)中添加設(shè)備。于是，我們可以把多個設(shè)備添加到菊花鏈中，簡化了設(shè)置。

　　圖1：用于智能藍(lán)牙4.1的L2CAP信道架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制，擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)范圍。

　　還有更多針對用戶的支持功能。藍(lán)牙4.1支持自動重新連接，因此用戶進(jìn)入房間時會重新連接。此外，藍(lán)牙4.1還支持?jǐn)?shù)據(jù)批量傳輸、鏈路設(shè)置和下載大型文件，而不再是保持穩(wěn)定連接。

　　通用屬性配置規(guī)范(GATT)是將利用藍(lán)牙4.1擴(kuò)展的其中之一。這些屬性規(guī)范在操作系統(tǒng)中提供了一個客戶服務(wù)器應(yīng)用編程接口(API)，以及服務(wù)、特性和描述符。