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[科普中國]-藍牙低能耗

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藍牙低能耗Bluetooth Low Energy,或稱Bluetooth LE、BLE,舊商標Bluetooth Smart)也稱低功耗藍牙,是藍牙技術聯盟設計和銷售的一種個人局域網技術,旨在用于醫(yī)療保健、運動健身、信標、安防、家庭娛樂等領域的新興應用。相較經典藍牙,低功耗藍牙旨在保持同等通信范圍的同時顯著降低功耗和成本。

兼容性低功耗藍牙不能向后兼容原有的藍牙協議(下文稱經典藍牙)。

低功耗藍牙與經典藍牙使用相同的2.4GHz無線電頻率,因此雙模設備可以共享同一個天線。低功耗藍牙使用的調變系統更簡單。

品牌2011年,藍牙技術聯盟(SIG)發(fā)表了“藍牙智能”徽標,體現低功耗設備與藍牙設備的兼容性。

具有“藍牙智能就緒”(Bluetooth Smart Ready)標識的外設兼容經典藍牙與低功耗藍牙的雙模。

具有“藍牙智能”(Bluetooth Smart)標識的設備僅支持低功耗藍牙,可以與“藍牙智能就緒”或“藍牙智能”設備通信。

根據2016年5月藍牙技術聯盟的品牌信息,藍牙技術聯盟開始逐步停用“藍牙智能”和“藍牙智能就緒”標識,恢復使用“Bluetooth”圖案標志和文字標識。標志使用新款藍色。

目標市場藍牙技術聯盟的低功耗技術瞄準多個市場,特別是智能家庭、健康、運動健身部分。主要的優(yōu)點包括:

低功耗,使用紐扣電池就可運行數月至數年;

小體積、低成本;

與現有的大部分手機、平板電腦和計算機兼容。

應用藍牙技術聯盟沿用經典藍牙的規(guī)范內容,為藍牙低功耗定義了一些profile,這些profile定義了一個設備在特定應用情景下如何工作。制造商應通過在實現中遵循特定的profile以確保兼容性。一臺設備可以使用多個profile。

當前所有低功耗應用profile都基于通用屬性規(guī)范(GATT)。GATT定義了屬性,作為通用的封裝數據的單位,并定義了如何通過藍牙連接傳輸屬性從而達到傳輸數據的目的。藍牙4.0能夠提供低功耗的較高比特率傳輸。

2014年,CSR(現屬高通一部分)發(fā)布了CSR Mesh協議。CSR Mesh中各設備使用藍牙低功耗進行通信。各設備能夠為其他設備轉發(fā)消息,從而實現網格效應。舉例來說,借助網格的通信能力,使用一臺智能手機就可以關掉整棟建筑的燈光。藍牙技術聯盟已經成立了智能網格(Smart Mesh)研究組,研究并定義用例,納入到標準規(guī)范中。1

健康護理規(guī)范“藍牙低功耗”設備在醫(yī)療領域中有許多規(guī)范??刁w佳健康聯盟促進了他們與藍牙技術聯盟的合作。

BLP(Blood Pressure Profile)— 用于血壓測量。

HTP(Health Thermometer Profile)— 用于醫(yī)療溫度測量設備。

GLP(Glucose Profile)— 用于血糖監(jiān)測。

CGMP(Continuous Glucose Monitor Profile)

運動和健身規(guī)范運動和健身規(guī)范包括:

BCS(Body Composition Service)

CSCP(Cycling Speed and Cadence Profile)— 用于連接到自行車或健身單車傳感器,測量節(jié)奏和輪速

CPP(Cycling Power Profile)

HRP(心率規(guī)范)

LNP(位置和導航規(guī)范)

RSCP(Running Speed and Cadence Profile)

WSP(Weight Scale Profile)

互聯網連接IPSP(互聯網協議支持規(guī)范)

通用傳感器ESP(環(huán)境感應規(guī)范)

UDS(用戶數據服務)

HID連接HOGP(HID通過GATT規(guī)范)使藍牙低功耗的無線鼠標、鍵盤或其他設備可獲得持久的電池續(xù)航時間。

接近感應“Electronic leash”非常適合為“始終開啟”的設備盡可能延長電池壽命。iBeacon設備的制造商為其設備實現了相應規(guī)范,確保與蘋果公司設備的接近感應功能兼容。

有關的應用程序規(guī)范包括:

FMP — “查找我”規(guī)范 — 允許使用另一個設備讓一個設備發(fā)出提醒。

PXP — 接近度規(guī)范 — 允許接近感應器檢測接近報告器是否在附近。物理接近度可以使用無線電接收器的RSSI值估算,盡管這不是經過絕對校準的距離。一種典型設計是,設備之間的距離超過設定閾值時發(fā)出提醒。

提醒和時間規(guī)范手機提醒狀態(tài)規(guī)范和提醒通知規(guī)范允許客戶端設備接收通知,例如另一臺設備發(fā)來的來電通知。

時間規(guī)范允許客戶端設備設置采用服務器設備的當前時間和時區(qū)信息,例如手表與手機之間的網絡時間。

電池電池服務(Battery Service)報告“電池狀態(tài)”和設備中單個電池或電池組的電量級別。

實現芯片組從2009年年底開始,多家制造商已宣布實現藍牙低功耗集成電路。實現通常采用軟件無線電,以便可以用固件升級實現更新標準。2

硬件當今的移動設備通常發(fā)布同時支持“經典藍牙”和“低功耗藍牙”標準的硬件和軟件。

操作系統iOS 5及更高版本

Windows Phone 8.1

Windows 8及更高版本

Android 4.3及更高版本

BlackBerry 10

Linux 3.4及更高版本,通過BlueZ 5.0

Unison OS 5.2

技術細節(jié)無線電接口“藍牙低功耗”技術采用與“經典藍牙”技術相同的工作頻率(2.400GHz-2.4835GHz - ISM頻帶),但使用另一組信道。不同于經典藍牙的79 1-MHz信道,藍牙低功耗使用40 2-MHz信道。在一個信道內,數據使用高斯頻移調制傳輸,類似經典藍牙的基本速率方案;比特率1Mbit/s,最大發(fā)射功率10mW。。

藍牙低功耗使用跳頻擴頻抵抗窄帶干擾問題。經典藍牙也使用跳頻擴展,但細節(jié)有所不同;因此,FCC和ETSI將藍牙技術分類為一個FHSS方案,藍牙低功耗被分類為一個數字調制技術或直接序列擴頻。

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