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低功耗蓝牙的技能解析

导言蓝牙技术凭借其普遍性与简洁性改变了设备之间的无线通信。设备可通过蓝牙进行高度安全的无线通信。由于其功耗与成本较低,蓝牙在从高速汽车设备到复杂医疗设备等应用领域的发展过程中发挥着至关重要的作

  导语

  蓝牙技能凭仗其普遍性与简洁性改变了设备之间的无线通讯。设备可通过蓝牙进行高度安全的无线通讯。因为其功耗与本钱较低,蓝牙在从高速轿车设备到杂乱医疗设备等运用范畴的开展过程中发挥着至关重要的效果。

  蓝牙的快捷性以及全球认可度,使任何支撑蓝牙的设备都能通过配对流程与邻近的其他设备衔接。配对后的设备可树立全双工通讯,通过被称为“轻轻网”的短程专用网络传输数据和语音。轻轻网最多可衔接八台设备,其间一台设备作为主设备,其他设备作为网络/轻轻网内的隶属设备。主设备作为集线器,隶属设备通过主设备相互通讯。蓝牙技能的另一大重要特征,便是运用跳频来削减搅扰的影响。

  蓝牙技能全双工通讯才能为用户供给了许多立异功用,比方衔接手机与蓝牙音箱、开车时的免提电话、两台笔记本电脑之间同享文件以及衔接游戏机与支撑蓝牙的游戏操控器等。

  低功耗蓝牙

  低功耗蓝牙是一种智能、低功耗的蓝牙无线技能。这项技能通过缩小智能设备的尺度、下降其价格与杂乱性进一步提高了其智能化程度。

  低功耗蓝牙,也可称其为智能蓝牙,一开始是蓝牙4.0中心规范的一部分。在被蓝牙技能联盟采用前,它是由诺基亚所规划的一项短间隔无线通讯技能,其开始的方针是供给功耗最低的无线规范,而且专门在低本钱、低带宽、低功耗与低杂乱性方面进行了优化。这些规划方针在中心规范中得以闪现:低功耗蓝牙正尽力成为一项专为半导体制造商以及低功耗、低本钱实践运用所规划的低功耗规范。现在,低功耗蓝牙技能已被广泛运用,而且只需一粒扣子电池就能运转很长时刻。

  尽管低功耗蓝牙自身是一项杰出的技能,而真实令其被广泛采用的原因,是这项技能在恰当的时刻作出了恰当的退让。 尽管是一项相对新的规范,但现已参与低功耗蓝牙技能的产品规划数量已远远超越其他无线技能在相同阶段时的产品数量。

  传统蓝牙所面对的应战是电池的快速耗尽以及衔接断开次数频频,因而需求进行频频的重复配对。低功耗蓝牙成功地处理了这些问题,而这也是这项技能能够得到快速开展的原因之一。而智能手机、平板电脑与移动计算机设备的飞速开展进一步推动了这项技能的遍及。移动职业巨子提早活跃采用低功耗蓝牙更为这项技能的遍及拓荒了路途,这转而促进半导体制造商将其有限的资源投入到这项他们认为最有或许长时刻蓬勃开展的技能。

  跟着移动设备和平板电脑商场越加老练,外界与这些设备之间的衔接需求发明了巨大的添加潜力。这是外围设备供货商开发立异设备,处理顾客甚至在当时还没有意识到的问题的绝佳时机。因而,低功耗蓝牙集聚了许多优势,为灵敏的小型产品规划者发明了凭仗相对较低的规划预算,以特定功用、赋有构思和立异的产品进入大商场的时机。低功耗蓝牙还使这些开发者能够在今日运用易于获取的芯片、东西和规范规划出与任何先进移动渠道进行通讯的产品。

  特性

  1. 最低功耗

  从外形规划到运用方法,全部皆以最低功耗为规划方针。为了削减功耗,低功耗蓝牙设备大部分时刻会处于睡觉形式。当活动发生时,设备会主动被唤醒而且向网关、个人电脑或智能手机发送一则短讯。最大/峰值功耗不超越15毫安,均匀功耗约为1微安。运用时的功耗被下降到传统蓝牙的十分之一。在运用较少的运用中,一粒扣子电池就能保持5至10年的安稳运转。

  2. 高本钱效益与兼容性

  为了兼容传统蓝牙技能并完成小型电池供电设备的本钱效益,有两种芯片组可供挑选:

  · 具有低功耗蓝牙技能与传统蓝牙功用的双模技能。

  · 以低本钱与低功耗为主的专为小型电池供电设备优化的纯低功耗蓝牙技能

  3. 安稳性、安全性与可靠性

  低功耗蓝牙技能运用与传统蓝牙技能相同的自适应跳频 (AFH) 技能,因而能保证低功耗蓝牙能够在住所、工业与医疗运用中的“喧闹”射频环境中保持安稳的传输。为了最大程度地削减运用AFH的本钱与功耗,低功耗蓝牙技能已将通道数量从传统蓝牙技能的79个1兆赫兹宽通道削减至40个2兆赫兹的宽通道。

  4. 无线共存

  蓝牙技能、无线LAN、IEEE 802.15.4/无线个域网以及许多专有的无线电均运用无需认证答应的2.4千兆赫工业科学医疗(ISM)频带。因为同享这一无线电波空间的技能过多,因而无线功用会因搅扰所引发的过错修正与重复传送而下降(例如延迟时刻添加和吞吐量削减等)。在要求严厉的运用中,可通过频率规划与特别的天线规划削减搅扰。因为传统蓝牙与低功耗蓝牙均运用AFH这项能够最大程度削减其他无线电技能搅扰的技能,因而蓝牙传输具有超卓的安稳性与可靠性。

  5. 衔接规模

  低功耗蓝牙技能的调制与传统蓝牙技能略有不同。这一不同的调制以10毫瓦分贝的无线芯片组(低功耗蓝牙最大功率)完成了高达300米的衔接规模。

  6. 易用性和集成性

  低功耗蓝牙轻轻网一般依据一台与多台从设备衔接的主设备。轻轻网中,一切设备要么是主设备,要么是从设备,但无法一起当主设备和从设备。主设备操控隶属设备的通讯频率,而隶属设备只能依据主设备的要求进行通讯。比较传统蓝牙技能,低功耗蓝牙技能所添加的一项新功用便是“播送”功用。通过这项功用,从设备能够奉告其需求向主设备发送数据。播送音讯还包括活动或测量值。

  技能细节

  · 数据传输 – 低功耗蓝牙支撑以1Mbps速度传输的极小数据包(8个八位字节到27个八位字节)。一切衔接运用高档低耗电监听形式,然后完成超低作业周期,将功耗降至最低。

  · 跳频 – 低功耗蓝牙运用蓝牙技能通用的自适应跳频技能将2.4千兆赫ISM频带内的其他技能搅扰减至最小。高效的多路径优势添加了链路预算和有用的运转规模,一起也优化了功耗。

  · 主机操控 – 低功耗蓝牙具有极具智能化的操控功用。主机能够长时刻处于睡觉形式,而且只在主机需求执行时才会被操控器唤醒。因为主机处理器的功耗一般高于低功耗蓝牙操控器,因而完成了最大程度的节能。

  · 时延 – 低功耗蓝牙支撑3毫秒内的衔接设置与数据传输。因而,在短时突发通讯中,运用能够在数毫秒内树立衔接而且传输通过验证的数据,然后敏捷断开衔接。

  · 间隔 – 调制指数的添加使低功耗蓝牙的最大间隔到达100米以上。

  · 安稳性 – 低功耗蓝牙在一切数据包上运用强壮的24位 CRC保证最佳的抗搅扰才能。

  · 强壮的网络安全性 – 运用CCM的完好 AES-128加密技能供给强壮的数据包加密与验证,保证通讯的安全。

  · 拓扑结构 – BLE在隶属设备的每个数据包上运用 32位拜访地址,然后能够衔接数十亿台设备。这一技能专为1对1衔接而优化,一起在一对多衔接时将运用星型拓扑结构。

  传统蓝牙与低功耗蓝牙之间的比较

  运用

  正因为简直一切便携设备都支撑BLE,其完全能够运用到各种职业的各种新运用里。比方在展会上,BLE将能够在以下方面协助公司更有用地赢得新客户:

  游戏– 通过奖赏展会观众运用低功耗蓝牙技能找到安放在某些方位的Beacon,参展方能够吸引到这些观众主动走到那些遭到冷遇的范畴。

  资助 – 通过Beacon向参展观众推送告诉鼓舞他们在通过展会特定区域时检查邻近展位,这能够为向资助商供给的一项高档服务,然后完成额定收入。

  热图 – Beacon能够获取实时统计数据,辨认热门而且告诉活动管理者人数过多然后或许发生安全隐患的地址。

  内容发布 – 参会者无需再等候通过电子邮件获取会议幻灯片。BLE Beacon信标能够与会者而且在会议期间或完毕后当即主动发送幻灯片、电子书和其他资料。

  主动报到 – 活动组织者在会场进口设置模仿报到的Beacon,就能够轻松取得有关活动或展会参与人数的信息而且实时检查他们的个人档案。运用者无需在场。假如用户下载该运用而且在其移动设备上发动蓝牙功用,则该运用会在用户走进会场时马上进行主动报到。

  低功耗蓝牙已有了一个老练的生态圈。开发者现已能够取得各种能够加速BLE设备硬件与软件开发速度的芯片与模块。比方,赛普拉斯的ARM Cortex-M0 PSoC 4 低功耗蓝牙处理器是集成了模仿前端、数字逻辑、CapSense、以及BLE射频的单片式低功耗蓝牙芯片。而喜爱全集成模块的OEM则能够挑选Cypress EZ-BLE PRoC模块。该模块依据赛普拉斯的PRoC BLE芯片开发,包括两个晶振、芯片天线、外壳和无源组件,尺度仅为10 x 10 x 1.8毫米,运用简略且上市时刻短,是一款通过认证的可编程低功耗蓝牙模块。

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