低功耗無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)有許多無(wú)線(xiàn)協(xié)議選項(xiàng)，但沒(méi)有一種比藍(lán)牙低功耗更適合任務(wù)。

無(wú)線(xiàn)解決方案用于各種要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)LAN，經(jīng)典藍(lán)牙，IEEE 802.15.4/ZigBee和無(wú)線(xiàn)HART等技術(shù)都具有特定的特性，因此適用于不同的應(yīng)用和特定需求。然而，這些技術(shù)都沒(méi)有為制造自動(dòng)化中的傳感器和致動(dòng)器的無(wú)線(xiàn)連接提供最佳解決方案。在這些類(lèi)型的應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)太昂貴，太慢或消耗太多能量。該解決方案缺乏用于無(wú)線(xiàn)傳感器和執(zhí)行器的快速，穩(wěn)健，低能量傳輸。這是藍(lán)牙低功耗技術(shù)發(fā)揮作用的地方。

參數(shù)BluetoothWireless LANZigBee/IEEE 802.15.4藍(lán)牙低能量數(shù)據(jù)吞吐量模式很好不好，所以GoodRobustnessVery GoodModerateModerateVery GoodRange50-1000 m50-300 m75 m + mesh10-300 mLocal systems densityVery GoodNot so GoodModerateVery GoodRoamingModerateVery GoodNot so GoodModerateLarge scale networkNot so GoodModerateVery GoodVery GoodLow latencyVery GoodModerateNot so GoodVery GoodPairing speedNot so GoodModerateGoodVery GoodPower consumptionGoodNood GoodVery GoodVery GoodCostGoodNot so GoodGoodVery GoodTable 1：藍(lán)牙低能耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)與制造業(yè)中使用的其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的比較。

藍(lán)牙低能耗技術(shù)，以前稱(chēng)為Wibree，最初是為大批量消費(fèi)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的。早在2007年6月，諾基亞和藍(lán)牙SIG就宣布Wibree將與藍(lán)牙集成。 2010年6月，藍(lán)牙核心規(guī)范v4.0發(fā)布了具有低能耗技術(shù)的標(biāo)志性特征。藍(lán)牙技術(shù)現(xiàn)在包括低能耗（藍(lán)牙v4.0），經(jīng)典藍(lán)牙和高速（藍(lán)牙3.0 + HS）。藍(lán)牙低能耗技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)嗎？

這個(gè)問(wèn)題的答案就是技術(shù)在某些方面是新的，但在其他方面則不然。例如，藍(lán)牙低功耗技術(shù)是一種新的方法，具有高效的發(fā)現(xiàn)和連接設(shè)置，非常短的數(shù)據(jù)包，小型外圍設(shè)備的非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)以及客戶(hù)端 - 服務(wù)器架構(gòu)。但是還有其他方面已經(jīng)通過(guò)經(jīng)典藍(lán)牙建立，例如藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)電，HCl邏輯和物理傳輸層，以及L2CAP數(shù)據(jù)包。

借助藍(lán)牙低能耗技術(shù)，我們體驗(yàn)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的方式在改變。藍(lán)牙低功耗技術(shù)為現(xiàn)場(chǎng)提供了在非常簡(jiǎn)單和廉價(jià)的設(shè)備中使用無(wú)線(xiàn)的可能性，例如集成傳感器時(shí)的情況。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟，我們正在考慮以下應(yīng)用中潛在的數(shù)十億的數(shù)量：

手機(jī)配件：》 100億

智能能源（能量計(jì)數(shù)器和顯示器）：? 10億

家庭自動(dòng)化：》 50億

健康，保健，運(yùn)動(dòng)和健身：》 100億

輔助生活：》 50億

動(dòng)物標(biāo)簽：?億

P2P智能交通系統(tǒng)：》 10億

工業(yè)自動(dòng)化/M2M：100億

這些高容量和移動(dòng)電話(huà)和筆記本電腦集成的可能性允許無(wú)線(xiàn)電組件的低成本和長(zhǎng)期可用性。

技術(shù)概念

低功耗的可能性

藍(lán)牙低能耗技術(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)自于一開(kāi)始，要盡可能使用最低功耗。例如，藍(lán)牙低功耗單元可以處于睡眠模式，其僅用于將活動(dòng)文件發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，PC或移動(dòng)電話(huà)的事件。此外，最大/峰值功耗設(shè)定為小于15mA并且平均功耗為約1μA。低能耗的基礎(chǔ)是非常快速的連接設(shè)置（幾毫秒）和短消息。因此，能耗降低到經(jīng)典藍(lán)牙單元的十分之一。換句話(huà)說(shuō)，一個(gè)小型紐扣電池 - 例如CR2032 - 足以運(yùn)行5 - 10年。

成本和向后兼容

為了向后兼容經(jīng)典藍(lán)牙并能夠提供這款芯片組適用于非常便宜的設(shè)備，可提供以下兩種版本（圖1）：

雙模式：藍(lán)牙低功耗技術(shù)以及經(jīng)典藍(lán)牙功能

獨(dú)立：藍(lán)牙低功耗技術(shù)僅用于優(yōu)化成本，功耗和尺寸，這對(duì)小型電池供電設(shè)備特別有用

圖1：藍(lán)牙低功耗芯片組有兩種版本。點(diǎn)擊穩(wěn)健性，安全性和可靠性

藍(lán)牙低功耗技術(shù)，如經(jīng)典藍(lán)牙，具有自適應(yīng)跳頻功能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境中也能確保穩(wěn)健的傳輸。為了獲得更簡(jiǎn)單和更便宜的無(wú)線(xiàn)電芯片組，藍(lán)牙低功耗技術(shù)僅使用40個(gè)通道，2 MHz寬，而經(jīng)典藍(lán)牙使用79個(gè)通道，1 MHz寬。 （圖2）。

圖2：在2.4 GHz頻段，藍(lán)牙低功耗技術(shù)使用40個(gè)頻道而不是經(jīng)典藍(lán)牙中使用的79個(gè)頻道。

三個(gè)頻道，其中它們位于無(wú)線(xiàn)LAN通道之間，用于設(shè)備發(fā)現(xiàn)和連接設(shè)置。

藍(lán)牙低功耗技術(shù)具有非常安全的AES 128加密算法和分布式加密密鑰程序。

共存

藍(lán)牙，無(wú)線(xiàn)LAN，IEEE 802.15.4/ZigBee，無(wú)線(xiàn)HART和許多專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)電使用未經(jīng)許可的2.4 GHz ISM（Industrial Scientific Medical）頻段。因此，為了獲得穩(wěn)健可靠的通信，許多無(wú)線(xiàn)技術(shù)必須進(jìn)行耗時(shí)且準(zhǔn)確的頻率規(guī)劃。然而，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)解決了這些問(wèn)題，這要?dú)w功于其內(nèi)置的自適應(yīng)跳頻功能和高干擾容限。

圖4：三個(gè)廣告頻道和37個(gè)數(shù)據(jù)信道，三個(gè)廣告和九個(gè)數(shù)據(jù)通道位于2.4 GHz頻段的三個(gè)無(wú)線(xiàn)LAN信道之間。

這些功能還使藍(lán)牙低功耗技術(shù)與2.4 GHz頻段中的其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)平滑共存，作為藍(lán)牙技術(shù)不使用附近其他無(wú)線(xiàn)電占用的頻率。此外，還有可能通過(guò)所謂的通道黑名單應(yīng)用不使用指定通道的原理（圖3）。

易于使用和集成

該技術(shù)采用簡(jiǎn)單的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了實(shí)施工作顯著。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常適合常用的系統(tǒng)架構(gòu)，其中許多較小的設(shè)備連接到生產(chǎn)島中的主設(shè)備。在大多數(shù)情況下，基礎(chǔ)設(shè)施/以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可用，并且網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不需要擴(kuò)展地理覆蓋范圍。

單元始終是主設(shè)備或從設(shè)備，但絕不是兩者。主設(shè)備與從設(shè)備通信，它還可以與多個(gè)從設(shè)備同時(shí)通信。此外，主設(shè)備控制鏈路的定時(shí)模式，并且從設(shè)備僅傳遞主設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求。藍(lán)牙低能耗技術(shù)引入的新功能是廣告功能。一個(gè)單位通過(guò)定期宣傳自己宣布自己。例如，廣告還可以包括過(guò)程值或已發(fā)生的事件（圖4）。

圖4：廣告客戶(hù)定期發(fā)送并在連接時(shí)始終充當(dāng)從屬設(shè)備。掃描儀正在等待廣告，并且在連接時(shí)始終是主設(shè)備。

軟件結(jié)構(gòu)

在藍(lán)牙低功耗技術(shù)中，狀態(tài)和屬性是關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)。所有參數(shù)都具有服務(wù)器在客戶(hù)端的協(xié)議屬性中提供的可用條件。所有屬性都具有某種特征 - 信號(hào)值，表示格式等 - 在客戶(hù)端配置中進(jìn)行了描述。

在通用屬性配置文件（GATT）服務(wù)組中，包括屬性，聲明和描述。在通用訪問(wèn)配置文件連接中，描述了可發(fā)現(xiàn)性，可連接性和綁定。通過(guò)這種方式，可以設(shè)置許多基本服務(wù)和配置文件，例如定時(shí)，電池狀況，自動(dòng)化I/O，樓宇自動(dòng)化（溫度，恒溫器，濕度），照明（開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)，調(diào)光器），遙控器，健身（計(jì)步器，心跳監(jiān)測(cè)器），醫(yī)療設(shè)備（血糖儀），汽車(chē)等

圖5：藍(lán)牙低能耗軟件結(jié)構(gòu)概述。

性能

連接和延遲

藍(lán)牙低功耗技術(shù)僅使用三個(gè)通道來(lái)建立連接并發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備;這不僅可以降低功耗，而且還可以在幾毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)更快的連接。

借助藍(lán)牙低功耗技術(shù)，延遲時(shí)間取決于主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送消息的頻率以及接收頻率的頻率來(lái)自奴隸的數(shù)據(jù)。一個(gè)從站的延遲時(shí)間僅為7.5 ms，然后對(duì)于每個(gè)額外的從站緩慢增加。例如，連接間隔為4秒，主設(shè)備可以每5毫秒尋址一個(gè)從設(shè)備，從而在4秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)從設(shè)備的更新。

范圍

由于修改了調(diào)制，藍(lán)牙低功耗已經(jīng)與經(jīng)典藍(lán)牙相比，鏈路預(yù)算大約增加3 dB。因此，藍(lán)牙低功耗單元可以在現(xiàn)場(chǎng)提供200-300米的范圍，而無(wú)需額外的功率放大器。雖然工業(yè)傳感器和執(zhí)行器通常只需要20-50米的范圍，但為了橋接臨時(shí)障礙物和干擾，在穩(wěn)健性和可靠性方面具有很大的儲(chǔ)備是非常重要的。

應(yīng)用實(shí)例

基于在藍(lán)牙低功耗特性方面，該技術(shù)非常適用于傳輸信號(hào)狀態(tài)很重要的應(yīng)用。以下示例顯示了如何使用工業(yè)自動(dòng)化中的I/O（圖6-8）。

圖6：便攜式操作員控制和監(jiān)視單元（例如，iPhone）可以讀取和寫(xiě)入I/O服務(wù)器的狀態(tài)。

圖7：兩個(gè)單元都是通用的I/O客戶(hù)端用作通用服務(wù)器和“指示”以反映另一側(cè)的數(shù)字和模擬狀態(tài)。

圖8：I/O單元是通用的I/O O服務(wù)器和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)I/O代理是通用I/O客戶(hù)端。從現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)配置PC的角度來(lái)看，I/O設(shè)備被視為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)I/O.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)I/O代理搜索I/O設(shè)備屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，以找出可用于I/O單元的數(shù)字和模擬輸入和輸出。

另一個(gè)有趣的應(yīng)用，其中非?？焖俸桶踩倪B接需要使用藍(lán)牙低功耗作為關(guān)鍵，以便移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的面板可以訪問(wèn)自動(dòng)化單元或機(jī)器。

此功能也可以與接近功能結(jié)合使用。此功能基于SSI（信號(hào)強(qiáng)度指示）值，如果用戶(hù)位于生產(chǎn)單元格內(nèi)，則可以發(fā)出消息，以便允許交互。

圖9 ：自動(dòng)化I/O和接近度用于控制操作員對(duì)制造單元的訪問(wèn)。

結(jié)論

經(jīng)濟(jì)高效的獨(dú)立解決方案

安全的多芯片組供應(yīng)商

從經(jīng)典藍(lán)牙繼承的穩(wěn)健性 - 經(jīng)驗(yàn)超過(guò)10年的最強(qiáng)大的工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案

長(zhǎng)距離

高本地系統(tǒng)密度

連接速度非?？?/p>

低延遲

簡(jiǎn)單的星型類(lèi)型

低功耗

免費(fèi)技術(shù)規(guī)范

通過(guò)藍(lán)牙SIG測(cè)試支持系統(tǒng)