藍(lán)牙低功耗（BLE）最適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用嗎？

　　通向500億個(gè)智能物的道路

　　1999年，著名記者Neil Gross曾經(jīng)寫道：(1)“在下個(gè)世紀(jì)，地球?qū)⑴弦粔K電子皮膚。它將把互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)作支撐和傳送其感覺的骨架，這塊皮膚正被縫合成一片?！辈怀鯣ross所料，我們今天已經(jīng)迎來這塊連續(xù)的皮膚：物聯(lián)網(wǎng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)通常被定義為這樣一個(gè)場景：每個(gè)物體、動(dòng)物和/或人被賦予唯一的標(biāo)識(shí)以及在無需人人交互或人機(jī)交互的情況下通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的能力。據(jù)Cisco互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)解決方案事業(yè)部(IBSG)預(yù)測， (2)到2020年，將有500億個(gè)“物”通過物聯(lián)網(wǎng)互連。物聯(lián)網(wǎng)由傳感器、連接和互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)。所有連入網(wǎng)絡(luò)的“物”都將配備傳感器或致動(dòng)器。傳感器采用一種通俗易懂并可被主設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、手機(jī)等)檢測到的通信模式與后者通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)革命最著名的成就之一是由荷蘭新創(chuàng)公司Sparked發(fā)明的“牛傳感器”。這些傳感器被安裝在牛耳上，能夠監(jiān)測牛的生命體征，并在檢測到牛生病或懷孕時(shí)向農(nóng)場主發(fā)送信息，從而讓后者能夠更好地監(jiān)控這些牲畜的健康狀況。類似的突破還發(fā)生在醫(yī)療(無線心臟監(jiān)測器)、服裝(智能鞋)、消費(fèi)電子(智能冰箱)等其它領(lǐng)域。

　　物聯(lián)網(wǎng)理念直接引發(fā)了無數(shù)的可能性。人們可以將傳感器/致動(dòng)器安裝在任何物上(讓它們成為“智能物”)。傳感器檢測和測量某些參數(shù)(例如：心率、跑步/走路速度、寵物的行走方向等)。這些數(shù)據(jù)通過無線方式被傳送到一個(gè)主設(shè)備(如手機(jī)或PC)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的過程就是檢測、測量和通信。

　　為了讓一個(gè)成功的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境蓬勃發(fā)展，我們需要主從設(shè)備之間以及從設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的通信。有效的通信需要以下條件：

　　1. “物”處于活動(dòng)狀態(tài)，而且正在傳送數(shù)據(jù);

　　2. 主從設(shè)備在通信距離內(nèi);

　　3. 有互操作性(即接收器能讀懂所傳送的消息)

　　4. 數(shù)據(jù)與主設(shè)備相關(guān)。

　　與此同時(shí)，我們還必須確保通信能夠快速完成，不會(huì)耗盡設(shè)備的電池電量。

　　無線通信系統(tǒng)

　　物聯(lián)網(wǎng)中的連接通常利用無線通信。有很多無線通信系統(tǒng)可供選擇。哪種通信技術(shù)最合適取決于應(yīng)用的類型和要求。根據(jù)應(yīng)用需求，我們可以將物聯(lián)網(wǎng)通信要求分為以下幾類：

　　1. 短距離和長距離：一個(gè)設(shè)備距離主設(shè)備或另一個(gè)設(shè)備多遠(yuǎn)仍能可靠地與其通信?上述的牛傳感器是一個(gè)長距離應(yīng)用。另一方面，很多生活方式、家庭自動(dòng)化、PC外設(shè)和醫(yī)療應(yīng)用只需要短距離通信。

　　2. 對(duì)低功耗通信的需求：對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言，某些設(shè)備會(huì)連接電源(或使用大容量電池)，因此可能不需要低功耗通信。但是，可穿戴電子設(shè)備等應(yīng)用通常使用紐扣電池，低功耗通信是一項(xiàng)迫切要求。未來幾年，這類應(yīng)用會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)的主要增長點(diǎn)。

　　3. 短突發(fā)或連續(xù)的數(shù)據(jù)傳送：某些設(shè)備需要連續(xù)不斷地通信，而另一些設(shè)備只需周期性地以短突發(fā)方式發(fā)送數(shù)據(jù)。用于描述這些傳送方法的指標(biāo)是占空比(單個(gè)周期內(nèi)信號(hào)處于活動(dòng)狀態(tài)的占比(%))。因此，設(shè)備可以被分類為低占空比和高占空比設(shè)備。

　　4. 對(duì)專有或標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)的需求： 有很多專有(由一家公司發(fā)明和擁有)和標(biāo)準(zhǔn)(由一個(gè)行業(yè)組織和多家廠商定義和遵守的規(guī)范)通信技術(shù)。專有通信技術(shù)的一個(gè)局限性是：雙方(主設(shè)備-從設(shè)備、主設(shè)備-主設(shè)備或從設(shè)備-從設(shè)備)需要類似設(shè)備才能確認(rèn)收到和讀懂?dāng)?shù)據(jù)。通常而言，只有當(dāng)發(fā)射和接收設(shè)備由同一家公司制造或由共同開發(fā)某個(gè)解決方案的多家公司制造時(shí)，這種情況才有可能發(fā)生(例如，X公司生產(chǎn)的PC能夠與X公司生產(chǎn)的采用某種專有通信技術(shù)的鼠標(biāo)通信)。

　　然而，隨著越來越多的新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備涌入市場，專有通信技術(shù)開始限制這些設(shè)備的適銷性。為了更好地理解這一點(diǎn)，讓我們以可穿戴技術(shù)為例加以說明。很多公司都在專注于開發(fā)各種創(chuàng)新型智能可穿戴設(shè)備。它們之中的大多數(shù)并不生產(chǎn)PC、智能手機(jī)等主設(shè)備。因此，這些公司更愿意看到它們的設(shè)備能夠與盡可能多的主設(shè)備通信。鑒于此，它們?cè)敢獠捎么蠖鄶?shù)主設(shè)備都理解的標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)。

　　藍(lán)牙低功耗(BLE)

　　藍(lán)牙低功耗(BLE)(被譽(yù)為“藍(lán)牙智能”)是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)設(shè)計(jì)和推出的一種無線通信技術(shù)。BLE瞄準(zhǔn)的是具有以下要求的應(yīng)用：

　　1. 通信距離長達(dá)100米。但在SIG的網(wǎng)站上，該規(guī)范并未限制通信距離。這意味著廠商可以生產(chǎn)通信距離大于100米的設(shè)備。

　　2. 大部分時(shí)間需要使用紐扣電池運(yùn)行。很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要使用標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池運(yùn)行多年。BLE可實(shí)現(xiàn)超低的峰值、平均和空閑模式功耗。此外，低占空比設(shè)備還能節(jié)省更多電能。

　　3. 多廠商互操作性。作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，BLE與此前的藍(lán)牙版本一樣，也得到了主設(shè)備制造商的廣泛采用。很多物聯(lián)網(wǎng)從設(shè)備也支持BLE。安卓、iOS、Windows 8、Linux等主流操作系統(tǒng)均原生支持BLE。據(jù)SIG預(yù)測，到2018年，90%的智能手機(jī)將支持BLE。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)多廠商互操作性。

　　4. 數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)1Mbps

　　BLE協(xié)議棧(圖1：協(xié)議棧)包含3個(gè)小組：

　　A. 控制器：對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼并使用無線信號(hào)發(fā)送它們的實(shí)際設(shè)備?？刂破鬟€能接收無線信號(hào)，并將它們解碼為數(shù)據(jù)。

　　B. 主機(jī)：軟件棧，包含各種協(xié)議和規(guī)范(profile)(共同執(zhí)行一個(gè)特定的最終應(yīng)用的一組服務(wù)及它們的行為)，負(fù)責(zé)管理兩個(gè)設(shè)備之間的通信。

　　C. 應(yīng)用： 利用控制器和主機(jī)執(zhí)行某個(gè)特定功能的用例。

　　應(yīng)用層是藍(lán)牙的一大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于開發(fā)人員而言，這意味著除了一組通用的協(xié)議和服務(wù)之外，他們還能使用很多專用協(xié)議。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟為BLE設(shè)備定義了幾個(gè)規(guī)范(profile) (即設(shè)備在某個(gè)特定應(yīng)用中如何運(yùn)行的規(guī)范)。以HRP(心率)規(guī)范為例。該規(guī)范可讓一個(gè)采集器(如一部智能手機(jī))連接用戶身體上的一個(gè)心率傳感器，并與其交互。SIF發(fā)布的這個(gè)規(guī)范描述了規(guī)范依賴關(guān)系(例如，HRP需要一個(gè)通用屬性規(guī)范(GATT))、傳感器角色要求、采集器(數(shù)據(jù))角色要求、連接建立規(guī)程、安全事項(xiàng)等等。遵守這個(gè)規(guī)范能夠無縫、輕松地讓BLE適用于某個(gè)應(yīng)用。SIG網(wǎng)站列出了所有可用規(guī)范。一個(gè)設(shè)備可以利用多個(gè)規(guī)范。