你有沒有想過智能設備如何發現彼此, 查詢服務, 並分享信息? 隨著物聯網技術的爆炸式增長, 這種現象隨處可見, 和一堆智能個人設備也出現了. 了解您的健身追踪器如何與您的智能手機共享有關您晨跑的信息可能會很有趣. 這些連接背後的隱藏技術是什麼? 很困惑? 正確的? 在本指南中, 我們將拉開帷幕，深入研究短程無線協議 – 低功耗藍牙.
低功耗藍牙: 定義和超越
在探索低功耗藍牙的工作原理之前, 我們將復習和的定義 低功耗藍牙的演變.
什麼是低功耗藍牙
低功耗藍牙 – 也稱為藍牙智能, 低功耗藍牙, 或 BLE – 是一種無線個域網技術, 針對醫療保健中的新應用, 健康, 信標, 和家庭娛樂行業. BLE運行在 2.4 GHz ISM 頻譜，旨在實現相對短距離內的設備之間的連接. 與其他低功耗網絡相比, BLE的核心優勢在於其多平台兼容性.
今天, BLE 廣泛用於不同的應用，但最適合需要聯網功能且功耗非常受限的設備. 由於其成本低, 電池壽命長, 和易於部署, BLE吸引了電子和聯網機器製造商的目光. 現在, BLE 受到當今快速發展的物聯網的推動. 它越來越適用於與物聯網相關的一切, 今天正在經歷強勁的增長.
BLE技術的演進
談及BLE技術的演進, 我們可以抽出一些時間來追溯藍牙的發展. 在 1999, 一種通過無線電波在固定設備和移動設備之間進行無線通信的短距離標準技術誕生了: 藍牙. 隨著時間的推移不斷進步, 它傳播速度非常快，並已集成到許多日常設備中. 僅僅十年後, BLE 是隨著版本的發布而引入的 4.0 核心規範. 它具有與其老大哥相同的特性，但不同之處在於其非常低的能耗.
實際上, 我們今天所知道的 BLE 最初是諾基亞設計的一個名為“Wibree”的項目，然後才被採用 特別興趣小組 (藍牙專網組). 雖然 BLE 和藍牙經典之間有很多重疊, 值得注意的是，BLE 並不是原始藍牙的改良版 – 藍牙經典, 而是一項利用藍牙品牌專注於物聯網應用的新技術，在這些應用中，短距離數據傳輸可以使用最少的能量.
低功耗藍牙的優缺點
每一枚硬幣都有它的兩個面, BLE也是如此. 在關注低功耗藍牙的好處時, 局限性也不容忽視. 事實是，了解利弊可能很重要，這樣您才能確定 BLE 是否適合特定應用和用例.
BLE的好處
- 低功耗: BLE的突出優勢在於其低功耗. 通過最大限度地減少無線電上不必要的操作時間並確保在短距離內傳輸少量數據, BLE實現超低功耗.
- 經濟穩定的強大信用: BLE來自行業巨頭聯盟 (IBM, 微軟, 英特爾…), 這使其具有更好的採用率以及強大的經濟支持和穩定性.
- 降低模塊和芯片組的成本: 與其他類似的無線協議和技術相比, BLE 應用較便宜的模塊和芯片組.
多手機兼容性: BLE 已集成到所有智能手機中, 使用起來更簡單方便.
BLE的局限性
- 低數據吞吐量: BLE設備的數據吞吐量為 100-250 千比特/秒, 受PHY限制 (物理無線電層) 數據速率.
- 縮小範圍: 最初設計用於在短距離內定期傳輸少量數據, 毫無疑問，BLE 的工作範圍有限.
- Internet 連接的網關要求: 僅啟用 BLE 設備之間的 Internet 連接, 當 BLE 設備向外發送數據時, 需要另一台具有 IP 連接的設備來接收數據, 這又被中繼到另一個 IP 設備 (或互聯網).
什麼是藍牙信標
BLE信標, 顧名思義, 是 BLE 設備的信標，為廣播信號的傳輸提供動力. BLE 設備就像小型無線電發射器, 戰略性地分佈在各個地點, 在給定範圍內廣播低功耗藍牙信號. 通常, 這個範圍取決於硬件能力. 一般, 信標設備最多可以傳輸 BLE 信號 80 米, 並且傳輸的信號能夠觸發與該位置相關的特定動作.
BLE 信標允許跟踪 BLE 設備的位置和移動. 當 BLE 設備進入某個區域並與範圍內其他兼容的 BLE 應用程序或操作系統交互時, 也可以觸發基於位置的操作. 此外, BLE信標以成功傳輸的方式將信息作為廣播設備發送到接收設備, 通常需要在設備上安裝特定軟件才能與 BLE 信標交互.
低功耗藍牙技術如何工作
BLE使用相同的 2.4 GHz ISM 頻譜作為用於操作的藍牙, 範圍從 2402 兆赫 到 2480 兆赫. 而且, BLE將其分為 40 1 兆赫頻道, 和 3 其中僅用於發送廣告數據包, 其餘通道用於數據傳輸. 一般來說, BLE 通信與 3 關鍵廣告通道，然後卸載到剩餘的輔助數據通道.
有兩種不同類型的 BLE 連接: 面向連接的通信和廣播. 對於第一類連接, BLE 設備可以作為中心設備或外圍設備. 中央設備負責掃描可連接設備並發起連接和數據交換請求. 外圍設備, 另一方面, 可以接收來自中央設備的命令和請求. 兩者之間的通信是在 4 腳步: 廣告, 引發, 聯繫, 和交換.
第二種類型的 BLE 通信稱為廣播或藍播. 它與第一次連接的區別在於它是無連接和單向的. 這裡, 支持 BLE 的設備將數據單向發送到任何正在觀察並能夠接收廣播數據的設備. 需要注意的是，這種方法不為傳輸的數據提供安全性，因此不適合共享敏感信息. 更適用於辦公室公共數據文件的文件共享等應用.
所有智能手機都支持低功耗藍牙嗎
今天, 因為 BLE 已應用於許多不同的設備和接口, 可以肯定地說，幾乎所有智能手機都兼容 BLE. 歷史篇章記錄第一款支持BLE的智能手機, 蘋果的 iPhone 4s. BLE 收到 Apple 印章後立即, 其他智能手機廠商開始湧入. 這為外圍設備供應商提供了一個獨特的機會來創建可以通過 BLE 與手機通信的創新設備. 今天我們有無線耳機, 數字標牌, 智能手錶, 健身追踪器, 以及可以與智能手機無縫通信的信標等硬件設備.
| 設備 | 支持 BLE 的型號 |
| 安卓手機和平板電腦 | 所有搭載 Android 的 Android 手機 4.3 及更高 |
| 蘋果手機 | 蘋果手機 4 及更高 |
| iPad | iPad 第 3 代及更高版本 iPad mini 及更高版本 |
| iPod 觸摸 | iPod touch 第 5 代及更高版本 |
低功耗藍牙和藍牙之間有區別嗎
藍牙核心規範有兩種主要技術: 藍牙和低功耗藍牙. 兩者都旨在幫助用戶實現智能設備之間的無線通信, 無論是個人用途還是商業用途. 然而, 需要注意的是，這兩種解決方案在技術規範方面存在很大差異, 應用, 和附加功能.
| 藍牙經典 | 低功耗藍牙 | |
| 能源消耗 | 1 W | 0.01 – 0.50 W |
| 範圍 | 最長 100m | 小於 100m |
| 數據傳輸率 | 1-3 兆比特/秒 | 125 千比特/秒 – 2 兆比特/秒 |
| 語音能力 | 是的 | 不 |
| 用例 | 數據流, 揚聲器的無線音頻流, 耳機, 車載音響, 和更多. | 醫療保健中的新應用, 建造, 教育, 家庭娛樂行業, 等等. |
| 定位功能 | 沒有任何 | 在場: 廣告方向: RSSI, 哈德姆(未來) 距離: 方向尋找 (AoA/AoD) |
BLE 如何改變物聯網
憑藉其固有的能源效率和智能手機可用性, 低功耗藍牙技術是物聯網的首要短距離無線協議. 通過減少能源消耗, BLE 允許物聯網設備顯著縮小並延長其持續時間. 此外, 由於能源罐的負擔較小，物聯網設備之間的數據共享可以負擔得起. 感謝 BLE, 使用鈕扣電池運行的物聯網設備可以運行數週, 月, 甚至幾年, 在不耗盡電池的情況下.
很明顯，如果沒有 BLE 技術，許多最流行的物聯網應用將無法實現. 同時, 物聯網的快速發展導致許多行業進行自我調整以適應它. 藍牙 SIG 也將 BLE 技術應用到他們的藍牙版本中 4.0 因此它可能與物聯網相關. 在所有, BLE 更容易獲得物聯網開發人員和工程師的信任, 並且實施證明 BLE 正在以一種難以想像的方式極大地改變物聯網.
所有這些因素結合在一起，使 BLE 成為物聯網應用中許多消費者的首選, 市場地位進一步鞏固. 值得注意的是，藍牙 SIG 尚未停止對 BLE 的挖掘, 換句話說, 藍牙低功耗仍在不斷開發和完善，以滿足市場的最新需求, 所以它絕對應該留在你的雷達上.
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