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作者：Parker Dorris，Silicon Labs（芯科科技）藍牙產(chǎn)品經(jīng)理 芯科科技藍牙產(chǎn)品經(jīng)理Parker Dorris通過(guò)本文討論了藍牙6.0（Bluetooth 6.0）版本中添加的最新功能。 自藍牙1.0版本規范出現以來(lái)的25年里，藍牙技術(shù)已經(jīng)增加了多項功能，這些增加的功能為眾多新型應用和市場(chǎng)開(kāi)辟了道路。隨著(zhù)最新藍牙核心規范6.0版本和藍牙Mesh的發(fā)布以及它們帶來(lái)的變化，這一技術(shù)的演進(jìn)還在繼續。在未來(lái)幾年，藍牙的創(chuàng )新將為家庭、零售、分銷(xiāo)和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的用戶(hù)帶來(lái)嶄新的應用。 關(guān)于將藍牙功能擴展到新應用這方面的創(chuàng )新，一個(gè)重要的例子是使用新的藍牙信道探測（Bluetooth Channel Sounding）協(xié)議來(lái)支持安全且精細的測距。該協(xié)議允許在彼此無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍內的兩臺設備以安全、準確的方式確定它們之間的距離，這進(jìn)一步增強了低功耗藍牙（Bluetooth LE）中已經(jīng)存在的位置服務(wù)和定位功能。 大多數現有藍牙設備都可以通過(guò)檢測從其他設備傳來(lái)的廣告來(lái)進(jìn)行存在檢測（presence detection），然后分析射頻信號強度并將其轉換為距離信息，但測距精度僅在±5米左右。除了基本的存在檢測，以及粗略和精細的距離測量外，藍牙標準還支持使用到達角（AoA）和出發(fā)角（AoD）測量技術(shù)進(jìn)行測向。 藍牙信道探測 承上所述，新的藍牙信道探測技術(shù)可在藍牙6.0設備之間實(shí)現安全精細的測距。該新協(xié)議可以利用藍牙的80 MHz帶寬和多信道特性，在全頻率范圍內進(jìn)行音調（tone）測量和往返時(shí)間（round-trip-time）測量。這個(gè)過(guò)程從“發(fā)起者”設備和“反射者”設備開(kāi)啟藍牙連接開(kāi)始，先基于功能比較就測量配置達成一致，然后執行測距程序。 在信道探測過(guò)程中，發(fā)起者通過(guò)指定的2.4 GHz信道發(fā)送音調或數據包，反射者則通過(guò)將數據發(fā)回給發(fā)起者來(lái)進(jìn)行響應。數據包的往返時(shí)間以及發(fā)送和接收的音調之間的相位差都可以用來(lái)確定距離。 通過(guò)加密的藍牙連接進(jìn)行傳輸、數據包上的時(shí)間戳以及其他安全功能有助于防止其他節點(diǎn)進(jìn)行欺騙應答并向發(fā)起者提供錯誤的距離估計。 在許多現實(shí)環(huán)境中，使用包括相位測量在內的信道探測技術(shù)進(jìn)行精細測距時(shí)，在小于5米的范圍內可以提供±0.3米的精度，在大于5米的范圍內可以提供±0.5米的精度。 藍牙信道探測在工業(yè)、家庭和零售等環(huán)境中有許多應用，例如用于無(wú)鑰匙進(jìn)入、資產(chǎn)追蹤和基礎設施定位。信道探測的準確性使其適用于基于地理圍欄的安全策略，在用戶(hù)接近時(shí)，為獲得正確授權的用戶(hù)開(kāi)門(mén)；如果用戶(hù)在敏感區域停留太長(cháng)時(shí)間，則會(huì )發(fā)出警報。類(lèi)似的原理也適用于汽車(chē)和房屋的無(wú)鑰匙進(jìn)入，只有當主人進(jìn)入近距離時(shí)，系統才會(huì )開(kāi)門(mén)。 藍牙Mesh擴展功能 藍牙Mesh 1.1引入了幾項新功能，旨在降低網(wǎng)絡(luò )設置和維護的復雜性與成本，并增強性能、安全性和可擴展性。新的藍牙Mesh標準的亮點(diǎn)總結如下： 遠程配置（Remote Provisioning）支持從一個(gè)位置將多個(gè)新設備添加到網(wǎng)絡(luò )中，這對于大規模部署特別有用。在該標準以前的版本中，需要在設備的無(wú)線(xiàn)電范圍內進(jìn)行配置，這意味著(zhù)需要一個(gè)人來(lái)調試設備。 基于證書(shū)的配置（Certificate-Based Provisioning）通過(guò)在配置過(guò)程中使用數字證書(shū)對設備進(jìn)行認證來(lái)增強安全性。它確保只有授權的設備才能加入網(wǎng)絡(luò )，從而提供了額外的安全層。這在與遠程配置結合使用時(shí)特別有用，因為它可以最少的用戶(hù)交互實(shí)現設備的安全批量調試。 Mesh設備固件更新（DFU）功能標準化了藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò )中的固件更新程序，并允許Mesh網(wǎng)絡(luò )中的設備固件進(jìn)行高效的無(wú)線(xiàn)（OTA）更新。該標準還定義了一個(gè)BLOB（Binary Large Object，二進(jìn)制大對象）協(xié)議，該協(xié)議使用多播和單播消息傳遞來(lái)將固件有效地傳遞到要更新的節點(diǎn)。此功能對于維護大型網(wǎng)絡(luò )特別有用，例如用于商業(yè)樓宇自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )。 子網(wǎng)橋接（Subnet Bridging）功能保留了納入子網(wǎng)的能力，以實(shí)現區域隔離，同時(shí)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )復雜性。由于每個(gè)子網(wǎng)都使用唯一的安全密鑰，因此子網(wǎng)橋接可以提高網(wǎng)絡(luò )的安全性，又因為在默認情況下，消息不會(huì )在子網(wǎng)之間轉發(fā)，還可以提高網(wǎng)絡(luò )的效率。 定向轉發(fā)（Directed Forwarding）功能允許中繼節點(diǎn)創(chuàng )建從源到目的地的直接路徑，從而提高了消息傳遞效率。這種多跳方法減少了所需的跳數，從而提高了網(wǎng)絡(luò )性能。 在新的藍牙Mesh 1.1標準中還包含了其他多項小的功能改進(jìn)，以提高技術(shù)的性能、可用性或安全性。 這些更新使藍牙Mesh 1.1成為一個(gè)更強大、更通用的解決方案，可用于廣泛的應用場(chǎng)景，從智能家居到大型商業(yè)建筑和工業(yè)環(huán)境，等等。 大規模、超低功耗星型網(wǎng)絡(luò ) 帶響應的周期性廣播（PAwR）是藍牙的另一項功能，它通過(guò)啟用無(wú)連接的雙向通信來(lái)提高大型藍牙網(wǎng)絡(luò )的通信效率。PAwR適合大多數節點(diǎn)都是相對簡(jiǎn)單的固定元件的情況，例如目前在零售店使用的電子貨架標簽（ESL）顯示單元。通過(guò)標準化的藍牙ESL配置文件和服務(wù)，PAwR可以設置為支持多達128個(gè)PAwR子事件（Subevent），每個(gè)子事件最多可尋址255個(gè)唯一設備。這使得網(wǎng)絡(luò )規�？梢猿^(guò)32000個(gè)外圍設備。 雖然PAwR是為主要通信模式為一對多的網(wǎng)絡(luò )而設計的，但是它支持雙向通信，而子事件的使用以一種節能的方式實(shí)現了這一點(diǎn)。這使得PAwR特別適合功耗預算非常有限的ESL設備。當管理節點(diǎn)需要更新群組中的ESL時(shí)，它會(huì )發(fā)出子事件消息。與該子事件關(guān)聯(lián)的每個(gè)節點(diǎn)都有一個(gè)設計好的時(shí)段（slot），它們可以在這個(gè)時(shí)段進(jìn)行回復（可能是一段消息），以確認已經(jīng)應用了更新的價(jià)格。 或者，它可能會(huì )借此機會(huì )發(fā)送警報，讓管理員知道它的電池電量即將耗盡。通過(guò)這種時(shí)間同步的機制，ESL可以在其預期會(huì )被完全喚醒的時(shí)段之外關(guān)閉它的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器和其他功能。對于固件更新等情況，節點(diǎn)可以利用藍牙連接獲得更高的數據吞吐量。之后，它們可以返回到節能的PAwR模式。 盡管零售業(yè)是PAwR的一個(gè)主要市場(chǎng)，但還有其他情況也可以從這種面向ESL的設計中受益。其中一個(gè)例子就是資產(chǎn)管理，在這類(lèi)場(chǎng)景中，中央服務(wù)器需要對資產(chǎn)保持追蹤，例如倉庫中的貨盤(pán)或生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)境中的產(chǎn)品運輸工具車(chē)。 為了確保PAwR協(xié)議能夠在現實(shí)場(chǎng)景中工作，芯科科技基于一個(gè)設備群（擁有500多臺支持PAwR的設備）進(jìn)行了廣泛的測試，以確定在停電中斷同步后網(wǎng)絡(luò )的恢復情況。測試還顯示了PAwR協(xié)議可以在ESL設備上將電池續航時(shí)間維持到什么程度。測試表明，通過(guò)改變PAwR間隔時(shí)間，PAwR能夠在響應性和超低功耗之間取得平衡。 上述這些增加到最新藍牙標準中的新功能展示了該無(wú)線(xiàn)協(xié)議的活力，以及原始設備制造商（OEM）和集成商在為其系統開(kāi)發(fā)硬件時(shí)采用最新芯片的價(jià)值。 |
