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在2010年首次作為藍牙核心規范v4.0(藍牙v4.0)的一部分發(fā)布之后一直很低調的藍牙Smart(以前稱(chēng)為藍牙低能耗)如今已經(jīng)成為頭條新聞。 目前具有藍牙Smart功能的產(chǎn)品，包括蘋(píng)果設備和大多數安卓移動(dòng)設備，都標配了藍牙v4.0/v4.1芯片。這些芯片除了可以實(shí)現“經(jīng)典”藍牙技術(shù)可以完成的所有功能外，還能與鈕扣電池供電的外設和產(chǎn)品(如智能手表)中越來(lái)越普及的藍牙Smart芯片進(jìn)行通信。 在今后幾年中，智能手機和平板電腦的銷(xiāo)量預計會(huì )猛增。比如市場(chǎng)分析公司Statista Research就預計，到2020年全球移動(dòng)設備的出貨量總計將達61億臺。分析公司IHS稍微保守一點(diǎn)，但其預測值仍然是個(gè)大數目。據IHS公司估計，到2013年底智能手機保有量為19.19億部，并且在今后5年中將增加到50.82億部。鑒于藍牙技術(shù)與智能手機和平板電腦的密切關(guān)系，那些致力于開(kāi)發(fā)“應用配件”的公司數量以及連接每部智能手機的藍牙Smart設備數量將鐵定飛速增長(cháng)。 圖1：將外設產(chǎn)品(比如這些Scalextric槽軌車(chē))與具備藍牙Smart的智能手機上的軟件應用搭配在一起的應用配件（Scalextric提供）。 應用配件可以將諸如健身傳感器或玩具等外設產(chǎn)品與具有藍牙Smart功能的智能手機、平板電腦或臺式機上的應用軟件搭配在一起。這些應用配件通常采用鈕扣電池等小型電池供電，并利用超低功耗(ULP)的藍牙Smart芯片將它們的數據發(fā)送給移動(dòng)設備。主設備的應用軟件隨即對這些數據進(jìn)行分析和顯示。許多應用還能方便地通過(guò)社交媒體分享這些信息。 不過(guò)現在除了其它一些有用的新功能外，最新版本的藍牙技術(shù)——藍牙v4.1還引入了有助于構建技術(shù)基礎的新功能，最終允許藍牙Smart設備直接連接互聯(lián)網(wǎng)——無(wú)需再依賴(lài)智能手機或平板電腦的運算能力。(移動(dòng)產(chǎn)品(或其它與互聯(lián)網(wǎng)連接的產(chǎn)品，如Wi-Fi路由器)仍然可作為數據轉發(fā)設備，而用于分析、操作和共享信息的功能越來(lái)越強大的軟件將位于云端)。 但藍牙v4.1仍然無(wú)法通過(guò)直接互聯(lián)網(wǎng)連接實(shí)現藍牙興趣小組(SIG)想要擴展藍牙技術(shù)覆蓋范圍的雄心壯志。藍牙專(zhuān)門(mén)興趣小組的這個(gè)戰略將鼓勵一種全新的產(chǎn)品并開(kāi)創(chuàng )出新的市場(chǎng)領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域有可能使應用配件也望塵莫及。 基于IP的藍牙技術(shù)基礎 從開(kāi)發(fā)者的角度看，藍牙v4.1提供了比以前版本更好的諸多優(yōu)勢。其中的關(guān)鍵是更好地統一了完全不同的使用案例，包括了以這種技術(shù)悠久的流媒體模式、超低功耗操作模式(使用符合規范的低能量核心配置的技術(shù))以及連接互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的操作模式為代表的用例。 開(kāi)發(fā)人員可能會(huì )想到藍牙v4.1引入的一個(gè)最重要功能，即允許像智能手機那樣的設備同時(shí)用作藍牙Smart集中器和藍牙Smart外設的拓撲功能。采用符合新規范設計的設備將天生具有這樣的能力：將來(lái)自傳感器或智能手表的數據傳送給智能手機，然后有PC的話(huà)再傳送到PC機上。 另外一種功能可以給開(kāi)發(fā)人員提供更大的自由，即建立“發(fā)散網(wǎng)”的能力。以前藍牙通信是通過(guò)創(chuàng )建微網(wǎng)(piconet)實(shí)現的。但它的地址空間只有3位，因此限制了一個(gè)微網(wǎng)最多只能有8臺設備——1臺集中器加7臺外設——隨著(zhù)采用這種技術(shù)的設備數量的增加，微網(wǎng)限制了藍牙技術(shù)的發(fā)揮�，F在，一臺設備既可以用作集中器，又可以用作外設身份，因此允許一個(gè)集中器與多于8臺的設備進(jìn)行通信。 對開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)另外一個(gè)重要的變化是在保持通信會(huì )話(huà)方面提供了更大的靈活性。在使用藍牙v4.0時(shí)，從一個(gè)藍牙Smart設備到一個(gè)藍牙Smart就緒設備的連接“通知”之間的間隔是固定的。遺憾的是，這意味著(zhù)當一個(gè)活動(dòng)設備(如健身監視器)與集中器是分開(kāi)的話(huà)，連接可能很快被放棄，必須人工復位。從藍牙v4.1開(kāi)始，開(kāi)發(fā)人員在設置連接通知之間的間隔時(shí)考慮到了對他或她的終端產(chǎn)品來(lái)說(shuō)任何可能的使用情形。 然而，這個(gè)版本的藍牙技術(shù)最顯著(zhù)的改進(jìn)也許是通過(guò)在邏輯鏈路控制與自適應協(xié)議(L2CAP)中實(shí)現面向連接的通道而為IP連接操作打下了基礎(最終將實(shí)現與互聯(lián)網(wǎng)的直接通信)。雖然L2CAP已經(jīng)是藍牙v4.0的一部分，但直到最新版本的藍牙發(fā)布才使得藍牙Smart和藍牙Smart就緒設備可以提供面向L2CAP連接的通道。 在面向連接的通道中是建立專(zhuān)用通道的能力。專(zhuān)用通道具有與它們關(guān)聯(lián)的固定數值。面向連接的通道和專(zhuān)用通道都是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IPv6)的基本要求。IPv6是通信協(xié)議的最新版本，不僅為網(wǎng)絡(luò )上的電腦提供身份和位置系統，還能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現業(yè)務(wù)路由，被宣傳為適合“物聯(lián)網(wǎng)(IoT)”使用的基礎性協(xié)議。 另外，藍牙v4.1支持更長(cháng)的數據包，即人們熟知的長(cháng)最大傳輸單元(MTU)。支持更長(cháng)的數據包對于在藍牙Smart鏈路上承載IP包數據來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 需要著(zhù)重指出的是，仍有許多技術(shù)障礙需要克服，在藍牙Smart設備能夠與互聯(lián)網(wǎng)直接通信之前藍牙技術(shù)還會(huì )有多次修訂。但借用藍牙專(zhuān)門(mén)興趣小組自己的話(huà)說(shuō)，“[藍牙v4.1中實(shí)現的用于通信的專(zhuān)用通道]是未來(lái)在傳感器級別支持IPv6的基礎�！� 藍牙芯片的功能 但是，如果沒(méi)有先進(jìn)的芯片，藍牙增強版的承諾將化為泡影。超低功耗藍牙Smart芯片(這種技術(shù)隨藍牙v4.0一起推出，極大地擴展了藍牙覆蓋范圍，并開(kāi)始進(jìn)入鈕扣電池供電的外圍設備)是當今藍牙技術(shù)普及的關(guān)鍵。幸運的是，半導體供應商隨即推出了完全兼容藍牙v4.1的藍牙Smart芯片。 像藍牙v4.1等開(kāi)放標準的優(yōu)勢之一是，它鼓勵多廠(chǎng)商供應鏈給工程師提供更多的選擇，并培育競爭充分的環(huán)境——激勵創(chuàng )新。芯片供應商已經(jīng)準備好一年交付數十億個(gè)藍牙Smart芯片，每個(gè)芯片只需幾個(gè)美元就能提供卓越的性能和成本，并且保證相互間能夠進(jìn)行互操作。 利用已有成熟的藍牙技術(shù)生態(tài)系統，并且在那些關(guān)心射頻工程復雜性的制造商的支持下，從商業(yè)公司到“制造商”社團的創(chuàng )新者們現在可以向實(shí)際上任何東西增加無(wú)線(xiàn)連接功能，并給他們的產(chǎn)品增加“智能”。更好的是，一些藍牙Smart芯片甚至能夠在消費者沒(méi)有意識到正在升級的情況下升級它們的軟件。 對于其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)來(lái)說(shuō)這種無(wú)線(xiàn)升級(over-the-air updates)已經(jīng)成為習慣了。例如，消費者對于通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò )更新智能手機上的應用程序、或者通過(guò)Wi-Fi給便攜式電腦的操作系統下載安全補丁都很熟悉了。但超低功耗無(wú)線(xiàn)芯片的無(wú)線(xiàn)升級(over-the-air updates)還沒(méi)有成為慣例。 然而，因為藍牙v4.1在L2CAP層中開(kāi)啟了一個(gè)允許大量數據交換(加速下載)的直接通道，因此事情變得更加容易了�，F在一些(但決不是所有的)藍牙Smart芯片可以充分發(fā)揮這個(gè)功能，利用它們自己的無(wú)線(xiàn)鏈路方便快速地升級它們的射頻協(xié)議軟件(“堆�！�)或開(kāi)發(fā)人員的應用代碼。 舉例來(lái)說(shuō)，Nordic半導體公司剛剛發(fā)布了兼容藍牙v4.1的最新SoftDevice(針對nRF51系列SoC的獨立堆棧，整合了射頻協(xié)議軟件及相關(guān)的管理框架)，如圖2所示。這種SoftDevice(v7.0)包含了“無(wú)線(xiàn)設備固件升級”(OTA-DFU)功能，支持無(wú)線(xiàn)軟件更新。 無(wú)線(xiàn)升級(over-the-air updates)對于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是有好處的，因為即使產(chǎn)品在消費者手中，也可以向現有產(chǎn)品中增加新功能，或進(jìn)行缺陷修復。比如由于其獨特的軟件架構將堆棧與應用代碼分隔開(kāi)來(lái)，Nordic芯片允許開(kāi)發(fā)人員更新某個(gè)軟件組件而不存在破壞其它組件的風(fēng)險。 但也許更重要的是，消費者可以從重要的軟件更新中受益，這些更新可以給他們現有的無(wú)線(xiàn)外設帶來(lái)全新的功能。這種能力允許未來(lái)新一代聯(lián)網(wǎng)設備在位于云端的服務(wù)器指令下更新它們的軟件。對消費者來(lái)說(shuō)無(wú)需廢棄硬件和購買(mǎi)新產(chǎn)品就能享用新的軟件，如新版本的藍牙技術(shù)。 物物連接 目前的藍牙Smart應用配件，比如運動(dòng)傳感器，只能通過(guò)集中器(如智能手機)間接地連接到互聯(lián)網(wǎng)。管理互聯(lián)網(wǎng)數據傳送的軟件位于智能手機上。但從藍牙v4.1開(kāi)始推出的未來(lái)藍牙技術(shù)將允許在傳感器和位于云端的強大服務(wù)器之間進(jìn)行直接的雙向通信。 這樣的功能將使得以前啞吧物體變得“聰明起來(lái)”。例如，雨傘可以連接到互聯(lián)網(wǎng)以確定是否會(huì )下雨，并在主人離家之前提醒主人帶上——不需要任何人工干預，也不需要連接到智能手機。另一方面，因為主人已經(jīng)觀(guān)察到灰色云朵，獲知這一信息的雨傘可以將這個(gè)信息反饋給服務(wù)器，使得本地天氣預測變得更加精確。 未來(lái)版本的藍牙技術(shù)將可以通過(guò)路由器或機頂盒等設備實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)連接，這些設備能夠接收藍牙數據，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)設備中的軟件層將這些數據轉發(fā)到云端服務(wù)。與智能手機和平板電腦不同，這些網(wǎng)關(guān)不需要完整的操作系統來(lái)轉發(fā)數據。 由于網(wǎng)關(guān)只是作為一個(gè)中立設備，只是將傳感器數據路由到位于云端的服務(wù)器，不需要執行任何分析或操作，因此以前不兼容藍牙Smart傳感器的成千上萬(wàn)設備都將能夠路由這些數據。 未來(lái)版本的藍牙還支持應用配件相互間通信，而且同樣不需要智能集中器。這種技術(shù)因此可以實(shí)現物到物或物到互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫無(wú)線(xiàn)連接(進(jìn)而形成物聯(lián)網(wǎng)的基礎性技術(shù))。 2003年，Nordic是第一家使用超低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)連接物到物(比如Sunnto的運動(dòng)手表到心率監示器)和物到電腦(同樣這個(gè)手表通過(guò)USB適配器連接到臺式機)的公司。一年后，Nordic成為首家將低端智能計步器(通過(guò)PC機)連接到互聯(lián)網(wǎng)的公司。隨后在2010年，Nordic公司率先使用藍牙Smart將應用配件連接到智能手機。到今天的2014年，Nordic公司正在開(kāi)發(fā)不久就能將產(chǎn)品直接連到云端的芯片。 |
