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蓝牙5及其在物联网中的作用

发布时间:2018-07-20 点击数:456

蓝牙5是什么? 

       如果你拥有一辆汽车或一部智能手机,你很可能会在生活中至少使用过一次蓝牙。蓝牙无处不在:扬声器、无线耳机、汽车、可穿戴设备、医疗设备、甚至鞋子!

       蓝牙设备有两种:一种称为经典蓝牙(用于无线扬声器、汽车信息娱乐系统和耳机),另一种被称为低功耗蓝牙(BLE)。

       BLE在功耗至关重要的应用(例如电池供电设备)以及少量数据不经常传输(例如传感器应用)中更为突出。

       这两种蓝牙设备互不兼容(即使它们品牌相同甚至规格文档相同),经典蓝牙设备无法直接与低功耗蓝牙设备通信。不过市场上还有一种双模蓝牙设备,即同时支持低功耗蓝牙和经典蓝牙。 

       由于许多物联网系统涉及小型设备和传感器,因此在物联网中,低功耗蓝牙(BLE)已成为两者中较为常见的协议(相对于经典蓝牙)。 2016年12月,蓝牙标准背后的管理机构蓝牙技术联盟(SIG)发布了蓝牙5.0版。 此版本中引入的大部分增强功能和特性集中在低功耗蓝牙上。 

蓝牙5.0有哪些新功能?

       那么,与以前的版本相比,蓝牙5.0有什么新功能?

三个主要功能:

1、两倍速度

2、四倍范围

3、八倍广告消息容量

       让我们仔细研究其中每一个,看看可以利用它们哪些潜在物联网应用。 

两倍速度 

       在较早版本蓝牙(4.2和更早版本)中,低功耗蓝牙(BLE)的数据速率设置为固定1Mbps。在蓝牙5.0中,引入了一种数据速率为2Mbps的新模式。这种新的数据速率还提供了一些额外好处:

▲由于在较短时间内传输相同数量数据,因此降低了功耗。

▲由于减少了无线电接通时间,改善了无线共存。 

       使用2Mbps模式一个缺点是它具有减小传输范围的潜在可能,因为较高的速度导致接收端无线电灵敏度降低。但是,对于为了得到更高数据传输速度而牺牲一点范围的应用,有些应用场景是可以接受的。 

       与其他低功耗无线协议(例如ZigBee、Z-Wave、Thread)相比,BLE提供更高的数据速率,即使在原始的1 Mbps数据速率下也是如此。随着新高速模式(2 Mbps)的加入,更多潜在的物联网应用变得更加可行。例子包括视频流、音频流和突发大数据传输,例如图像。

四倍范围

       蓝牙5.0还引入了一种远程模式,该模式利用一种称为前向纠错(FEC)的纠错技术。FEC允许接收器从噪声和干扰引起的错误中恢复数据。因此,当发生错误时,接收器可以利用数据中的冗余来恢复最初发送的数据,而不是要求重发数据。

       此远程模式称为编码PHY模式。使用这种新模式的明显好处是增加了传输范围,缺点是由此带来平均功耗增加和传输速率降低(125 kbps或500kbps,这取决于所使用的编码方案)。

       在远程模式下进行测试时,已记录可以远至800米的视距范围。这使得在诸如需要与数百米之外设备通信的应用使用BLE成为可能。例如远程遥控设备,家庭自动化和工业应用。

       蓝牙5.0将把通信距离提高至原来的四倍。这意味着BLE技术终于可用在智能家居里面了,用户可以通过BLE来控制家里的智能产品,从智能灯泡到智能锁,现在一家之中的智能设备都可以用BLE来连接。相比耗电量巨大的WiFi技术,BLE用于智能家居产品的优势非常明显。

八倍广告消息容量

       在低功耗蓝牙(BLE)中,设备可以运行三种主要状态,它是广告、扫描或连接。要连接两个低功耗蓝牙设备,一个设备必须广告,另一个设备必须扫描,然后启动连接。广告本质上涉及广告分组,这允许另一个扫描设备发现它们,经过广告分组允许后,则扫描设备可以决定启动连接。 

       在早期版本的蓝牙中,广告数据有效载荷大小上限为31个字节。 在蓝牙5.0中,引入了一种新的广告模式:扩展广告。扩展广告允许每个数据包发送最多255个字节的有效负载数据,而不是原始的31个字节限制。

       广告在所有低功耗设备中均可使用,但是利用这种状态的一个突出应用是信标技术。信标设备保持广告状态,并简单地广告数据以供其他人浏览和读取数据。随着蓝牙5广告数据容量的增加,信标现在可以传输更多的数据,解锁更多新的物联网应用和用途。

结论

       正如我们所看到的,蓝牙5.0引入了一些可应用于广泛潜在的物联网功能。但是,有几个几个关键要点需要注意:

▲根据蓝牙官方规范,新的远程和高速模式只是可选功能,因此,声称支持蓝牙5的芯片组或设备可能不支持这两种新模式。

▲为了能够利用这些新功能,两个彼此通信的BLE设备需要支持蓝牙5并支持感兴趣的功能。例如,为了能够利用远程模式在传感器设备和智能手机之间长距离传输传感器数据,传感器设备和智能手机都需要支持蓝牙5和远程模式。

▲智能手机仍然很难支持蓝牙5及其新特性。即使新硬件支持,它的API也需要允许移动开发人员使用这些功能。

       不过,尽管如此,蓝牙5 引入潜在的新物联网应用,无论是在移动端还是嵌入式端,都不可避免会被广泛采用!

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