作者：Pelle Svensson，u-blox公司短间隔无线电产品战略部 产品战略高档主管
自蓝牙技能联盟(SIG)于1998年开发蓝牙以来，蓝牙在消费商场大获成功，成为简直每部智能手机、平板电脑和个人计算机的重要功用，也因而众所周知。依据蓝牙技能联盟的计算，蓝牙设备的发货量达数十亿，复合年均增长率为12%，到2022年估计抵达52亿台。数据标明：蓝牙功用强大，大受欢迎，服务于一个巨大的生态体系。
但是，蓝牙较少为人所知的是它在严格环境下为工业运用供给无线衔接的技能潜力。在不断的自我改造中，2016年12月，新一代蓝牙5规范问世，该规范添加了新功用，增强了该技能为新的运用场景供给服务的才干。但常常遭到忽视的是，蓝牙的核心技能在工业运用方面有许多优势。
图1：使蓝牙在苛刻环境下获益的要害功用
以下是八个支撑或挑选蓝牙运用于工业物联网的强有力论据。
#1 蓝牙具有极强的抗搅扰才干：蓝牙的作业频段为免许可证的2.4 GHz ISM（工业、科学和医疗）频段。在该频段内，蓝牙技能与其它各类射频技能一起存在，包含Wi-Fi、ZigBee和其它商业运用，如轿车报警器和视频设备。
为了防止搅扰，蓝牙采用了一种名为“自习惯跳频”的技能。经典蓝牙的2.4 GHz ISM频段由79个独自的1 MHz信道组成。低功耗蓝牙的频谱被分为40个独自的2 MHz信道，然后降低了对射频规划的要求,并削减本钱。信息被分解为小数据包，经过不同的的信道顺次发送,发送间隔为625微秒。信道依照约好的次序，每秒切换1600次。接纳端未收到的数据会被重发；如果是由信道引起的问题,，则对此信道进行符号，并防止在之后的通讯中运用。
借此，无线数据传输可精确地挑选最优途径，并有用消除噪音。
#2 蓝牙支撑高设备密度：，蓝牙的规划是为高设备密度做过高度优化的.，当多个网络互相极为挨近时，蓝牙仍能正常作业，并将搅扰操控在合理规模内。短数据包十分适用于丈量和操控等工业运用，每个数据包仅需在空中作时间短逗留。因而，它们不会对电波形成污染，因而最大极限地削减了对其它设备的搅扰。
蓝牙还具有主动功率操控的功用，仅用它们所需的信号强度，便可将数据包传送给接纳设备。换句话说，在较为安静的环境中，它们不会因高功率作业发生很多噪声。这进一步削减了信号发射，让更多设备能够占用相同频段，而不会互相搅扰。它还能够节省电能，这关于独立的电池供电设备尤为重要。
此外，经过优化的蓝牙技能能够和Wi-Fi一起作业，在工业和消费环境中共享ISM频段。Wi-Fi信道在ISM频段运用22 MHz带宽，能够一起包容至多三个不堆叠的信道。蓝牙运用自习惯跳频技能，能优化运用闲暇频段，例如，在WiFi信道间的空地中传输BLE播送数据包。
#3 蓝牙检测并更正误码：当信噪比较低时，例如，在噪声环境下或传输间隔较大时，信息中呈现误码的可能性会增大。蓝牙不只能够经过误码检测来优化跳频以防止信道搅扰, 还能够在必要时在接纳端运用前向纠错(FEC)来更正误码。这包含在主音讯中添加冗余位，继而运用FEC算法纠正过错。正如咱们行将看到的，这也有助于提高蓝牙在长间隔和噪声环境下传输信息的牢靠性。
#4 蓝牙完美匹配现有工业规划：串行端口现已运用了数十年，并会持续在工业运用中沿袭。蓝牙串行端口规范(SPP)经过蓝牙模拟了一套完好的,包含硬件握手信号的串行接口(RS232, RS422/485)。一根串行电缆可经过无线衔接替换为点对点或多点运转。SPP被用于在笔记本电脑、操控体系和其它带有串行接口的设备间交流数据。
#5 蓝牙供给的掩盖规模比您以为的更大：
虽然蓝牙一般用于以米为单位的无线通讯，但这项技能现已证明，其在更远间隔上的体现也很牢靠。一项已宣布的研讨[1]对蓝牙实时传感器执行器接口在苛刻工业环境下的功用展开了查询。
作者总结道，“依据蓝牙技能的无线主动化体系具有高运转频率下的自习惯跳频、过错检测及更正等体系固有特性，因而十分牢靠。只需间隔小于30米，寄生发射或其它无线电体系或收发器的移动均不会危害传输。
蓝牙5供给的规模更远。在开阔环境下，经过杰出的天线，咱们运用蓝牙长间隔形式(Coded PHY)传输信息的间隔可达1.7千米。
[1] Flammini、Alessandra & Ferrari、P & Marioli、Daniele & Sisinni、Emiliano & Taroni、Andrea。(2009)。用于工业运用的有线和无线传感器网络。《微电子学杂志》40.1322-1336.10.1016/j.mejo.2008.08.012.
在最具挑战性的场景中，经过将信息传输的持续时间添加8倍，即可在蓝牙5长间隔形式中添加信息传输规模。密布环境下，信息掩盖规模了经过蓝牙mesh网络进一步扩展。在mesh网络中，信息能够从一个节点转发到另一个节点，直至抵达目的地。
#6 蓝牙可在任何地方作业：蓝牙设备为满意全球共同的规范需求而规划。这正中设备制作商的下怀，他们无需为应对全球商场而维护多个SKU。这项技能在手持设备中的遍及，运用户有时机凭仗任何智能手机或平板电脑经过专门的运用程序与蓝牙设备进行交互。
#7 蓝牙十分合适（工业）物联网运用：依据用于LED照明和传感器设备的灵敏照明固件包供给商Silvair公司的陈述[1],蓝牙（低功耗蓝牙）的无线电功用在短程无线技能的竞赛中锋芒毕露；长处首要体现在速度方面，即改进功率、推迟性和呼应才干。此外，它还对传输许多十分小的数据包进行了优化，十分适用于物联网运用，不只适用于智能家居或智能城市，也适用于工业环境。
#8 蓝牙规划具有高度安全性：蓝牙凭仗其多重特性成为高度安全的无线技能。从前提及的自习惯跳频技能依据一个特定的伪随机跳频序列，该序列只要发送器和接纳器知道。这意味着窃听者有必要追寻一切信道，将数据包正确拼凑成音讯。
自蓝牙4.2以来，蓝牙设备的配对（它们之间的通讯的先决条件）运用契合联邦信息处理规范（FIPS）的算法来生成所谓的椭圆曲线Diffie-Hellman（ECDH）公钥 – 私钥对。此功用称为LE安全衔接，可维护传输的数据不被中间人（MITM）进犯阻拦。[2]
蓝牙模块还能够装备为对其它蓝牙设备不行见，意味着潜在的黑客将无法发现这些模块。这时,只要提早配对的设备间才干树立衔接。
[1] 五份协议的故事，物联网无线通讯范畴的终极攻略，2018年2月
[2] 蓝牙配对第1部分：配对功用交流，蓝牙博客，Kai Ren发布于2016年3月29日
图2：蓝牙技能的工业运用
未来的牢靠功用
自蓝牙技能联盟(SIG)开发该技能的20年来，蓝牙技能经过习惯运用场景的不断更新，成功地坚持了本身价值。它开端用于移动电话之间的无线数据同步传输，很快便扩展到更多的运用场景中，一般包含个人电子设备间的数据传输等。现在，低功耗蓝牙（从4.0版别开端）和蓝牙5.0在彻底不同的范畴作业，为物联网的不同运用场景供给服务。
从一开端，蓝牙就向用户证明，它可为工业制作流程供给稳健的衔接性解决方案。多年来，从工业制作、医疗设备到井下丈量，蓝牙现已成为各行各业必不行少的成功同伴，这份光辉仍将持续。
