蓝牙低功耗技术

蓝牙低功耗技术 论文题目: 蓝牙低功耗技术概述 姓 名: 肖 新 清 专 业:电子信息工程 学 号: 08061203 2011年 11月24日 蓝牙低功耗技术概述 摘要:本文简要的介绍了蓝牙4.0低功耗技术，蓝牙低功耗延续“传统”蓝牙技术的精神，增加了创新的超低功耗运作模式，提供多种新类型的使用案例和应用可能性。其应用广泛，蓝牙低功耗技术舒缓了电池寿命与成本所形成的许多设计限制，而未来的消费者将能够选择甚至更广范畴的经济、耐用且创新的无线产品。 关键字: 蓝牙低功耗 Bluetooth 4.0 CSR 一 引言 目前全球有超过一亿种的设备支持蓝牙技术，其中超过五成是使用在手机上，蓝牙技术是消费性电子产品无线传输的解决。在欧亚多数的国家中，有超过一半的消费者手上至少有一种支持蓝牙技术的设备，全球大多数消费者都能识别此品牌标志。 蓝牙无线传输技术建立了优化、易于设定以及广泛兼容的。一套完善的蓝牙设置，为各类广泛的应用制定了传输参数，让制造商更容易地为新设备加上蓝牙传输功能——从电话到耳机以至于打印机—— 开发程序以及检测的工作量已经被减至最低。 蓝牙技术多年来的软件研发、测试以及认证经验，加上消费者品牌认知，对带上蓝牙标志的任何设备都是一大帮助。现行的蓝牙技术同时包含了高传输效率以及低耗电的优点，已被证实是手机以及计算机最佳的应用，包括免持通信、串流音乐、打印机以及档案传输。但对于只需要些许信息传输的应用来说，这样的传输速率显得大材小用了。 蓝牙技术联盟(BluetoothSpecialInterest Group, SIG) 发现，没有任何的频谱能同时兼顾高传输率以及长时间电力续航。于是，蓝牙技术联盟将研发重心放在蓝牙参数设定、认证以及降低厂牌差异上，来和其它无线传输抗衡。结果发展出数种不同数据传输率以及电力续航比例的设置，最后将它们整合在同一蓝牙无线传输的大伞下。 二 蓝牙低功耗技术特点 蓝牙低功耗技术前身为诺基亚开发的Wibree技术，本身是一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术，在被蓝牙技术联盟接纳并规范化之后重新命名为Bluetooth Low Energy(蓝牙低功耗)。该技术的特点在于超低的峰期、平均值及待机耗能;低成本的无线标准，且能确保多种设备之间的兼容性与互操作性;以及使手机及PC相关配件的体积更小，成本更低。 蓝牙低功耗(Bluetoothlowenergy)是Bluetoothv4.0的一项关键功能，将再次重新定义蓝牙技术的使用方式。蓝牙低功耗延续“传统”蓝牙技术的精神，包括ad hoc连接性、联机性能高以及互动性高，同时增加了创新的超低功耗运作模式，提供多种新类型的使用案例和应用可能性。 1 蓝牙低功耗的关键诉求在于，针对小量信息传输实施最佳化设计，维持最低延迟。相较于传统蓝牙的100ms，蓝牙低功耗的整体数据传送时间低于6ms。这个特性使得蓝牙装置能在快速解除连接之前，顺利建立联机和传送数据。与传统蓝牙技术相同之处在于，蓝牙低功耗也是利用快速跳频将来自其它技术的干扰减至最低，因此非常适用于包含多种不同通信设备的住家环境，例如Wi-Fi，在一个受限的空间内都使用相同的2.4GHz频谱。再者，自适应跳频(adaptivehopping)技术和暂时并存(temporal coexistence)技术，让蓝牙低功耗技术可以与Wi-Fi射频一起建置在一个功能齐全但小巧的装置内。蓝牙技术已历经10年开发，无出其右的经验让业界现在可以藉此对蓝牙低功耗产生影响，并协助它在广泛的新应用中找到定位。 并存技术和超低功耗，让蓝牙低功耗成为简单装置最理想的无线技术，从遥控到心律监测器等，这些都是要求不能频繁更换电池的应用。从具备超长电池寿命的基本遥控，到联网电视的高端键盘遥控器等，蓝牙低功耗技术提供了一项有效的解决方案。这预示着，未来移动电话、上网本和平板计算机，都可以执行应用以控制住家的所有影音设备。 根据应用的不同，蓝牙低功耗技术可以达到比传统蓝牙高20到100倍的功率效益，这就表示蓝牙低功耗在新无线应用上的发展潜力无穷。因此，许多搭载蓝牙低功耗技术的应用只需要一颗小型的钮扣电池就可以使用长达十年，这实际上就相当于电池寿命和这个产品的生命周期一样长。电池寿命是我们一直在谈论的话题，将来我们会发现，这个话题变成涵盖产品寿期的“终身电池”。当蓝牙低功耗技术大举进入消费性电子领域的时候，我们现在所用的电池将被淘汰。 不同于Zigbee等其它相似技术，蓝牙低功耗的优势之一就是现今市场上既有的数十亿蓝牙装置基础。蓝牙低功耗已经逐渐开始被加入到既有的蓝牙芯片上，对设计厂商而言，增加的成本微不足道，又无需重新设计。这和其它技术相比，显然是一项重大的优势。 三 蓝牙低功耗技术的工作模式 蓝牙低功耗技术包括双模和单模二种。双模应用中，蓝牙低功耗功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。单模应用面向高度集成、紧凑的设备，具备轻量级链路层，支持超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复、可靠的点对多点数据传输、安全的加密连接等;而链路层则适用于网络连接传感器，并确保在无线传输中，皆能通过蓝牙低功耗传输。 需要注意的是，单模式蓝牙低功耗设备与现有蓝牙设备不能兼容，仅能支持蓝牙低功耗技术;而双模式芯片可同时支持蓝牙低功耗和传统蓝牙技术 双模蓝牙低功耗是和传统蓝牙并存配置。移动电话就是双模装置的明显例子，因为移动电话使用者需要从他们的手机串流音乐到立体声蓝牙耳机。将蓝牙低功耗功能结合到CSR8000这样的连结平台，将能强化移动电话的潜能，让移动电话具备控制功能，也能让它与广大的蓝牙低功耗装置互通有无。而单模组件，例如CSREnergy单模蓝牙低功耗产品，体积非常小而且功耗极低，能促成开发超小型且极具成本效益和杰出功率效益的新一代无线消费性电子产品市场。 2 由于内建单模蓝牙低功耗技术的架构相对简单，因此厂商能够制造出尺寸相当于钮扣电池般的装置，只是厚度多出几毫米而已。蓝牙低功耗技术让制造商能以低成本设计超小型装置。由于蓝牙低功耗的整体架构能和传统蓝牙共享大部分的技术，因此只需要负担最低限的成本增加，就可以为一颗蓝牙芯片增加蓝牙低功耗技术以建立双模组件。 四 蓝牙低功耗技术应用 蓝牙低功耗单模芯片具备庞大的潜能，我们已看到许多蓝牙的创新应用，而蓝牙低功耗更将为此带来显著的强化。那么，既然蓝牙低功耗技术具有改变游戏规则的潜能，它究竟将开启什么样的新应用, 在汽车应用领域，蓝牙低功耗技术可以用于与安全相关的应用，例如，将它包含在遥控钥匙或其它非接触式的门禁装置，用以辨识驾驶人、开车门、解除保全系统，甚至发动车子等。当然，遥控钥匙系统早已存在，但是它们无法和蓝牙低功耗技术的能源效率相比，而且也欠缺与其它装置，例如多媒体系统的连接能力。因为蓝牙低功耗有超低的功率消耗，遥控钥匙和手造商可以将蓝牙低功耗设定成常开启状态，以实现各种汽车使用案例。 另外，汽车制造商也可以将压力传感器整合到轮胎，以支持汽车诊断应用。采用蓝牙低功耗技术的胎压传感器可以挂载于轮胎或车轮内，电池寿命当然会超过轮胎寿命而能涵盖整个汽车寿期，通过无线通信让驾驶员知道何时该更换轮胎。这类应用使得消费者能以最方便、最安全的方式掌握关键的车况。 在人类的健康保健方面，蓝牙低功耗技术提供另一个让OEM有机会重新思考的使用案例，为消费者开启了新的应用范畴。蓝牙低功耗可以说是介于小型传感器和移动装置之间一个“遗失的链路”，它延伸了个人局域网络(PAN)以涵盖蓝牙装置。数据可以通过移动电话这样的联网装置传送到因特网。许多应用可以连结到移动电话，由于蓝牙是一个互通标准，因此信息可提供给具备蓝牙功能的任何一种移动装置共享。 这类应用的例子之一，就是将量测体重的单模传感器数据传送到一个移动电话上。然后，使用者可以通过一系列应用，将体重计连接到因特网上提供的健身、体重管理，甚至慢性病监控服务，上传数据到GoogleHealth或者国家健康照护系统(NHS)病历。事实上，可行的健康保健应用不尽其数。目前，OEM已开始着手有关计步器、心律监测器、单车秒表、以及其它更多采用蓝牙低功耗技术的应用开发。这个市场预期将有显著增长，IMS分析师预测，到 3 2014年，每年单是运动和健身方面，无线人体传感器的采购量就会超过1.5亿只。 蓝牙低功耗技术可以置入心律监测器、跑鞋、体重计和手表中，也能和移动电话或笔记本电脑进行数据同步或上传。它可以让我们的电话变成遥控器，操控支持蓝牙低功耗技术的电视机或中央空调，也适用于许多其它的应用情境。 由于蓝牙低功耗是一种双向传输技术，所以还可以将其应用于数据的双向传输，比如遥控器，不仅可以从遥控器传送到所控制的设备，也可以从设备回传给遥控器。遥控器可以知道哪些设备处于开启或关闭状态，也知道哪些设备是控制音量和播放媒体的，还会在使用指定设备时选择适当的电视频道。更先进的遥控器甚至可以告诉你播放中节目的资料，蓝牙低功耗所采用的服务数据模型，使各设备能传送出它们的数据。在遥控器的电池需要更换时电视屏幕会显示信息，这都是因为一种标准方法可以低功耗设备的电量水平。 蓝牙低功耗是下一代遥控器的明智选择。它提供了低功耗模型，令遥控器的大小和形状可以从根本上实现全新设计。蓝牙低功耗的稳健性使每次按下遥控器的按钮都能成功发出指令，以操控设备。即使你的微波炉是开着的，或你的邻居刚买了一个新型的无线系统并干扰无线频谱，遥控器都能正常工作。而这只需要使用一个单一的通用操控服务，意味着通用遥控器将变得更易于使用且更可靠。 除此之外，蓝牙低功耗还可以与现在的热门的物联网技术相结合，比如使用手机、平板电脑和其它家用设备等，当集成到家用自动化系统时，点击手机就可以播放DVD，手机不仅将与所有的设备做正确配置，还能关闭窗户和调暗灯光或提升房间温度，带来真正浪漫的体验。只有蓝牙低功耗可以提供这种家庭自动化，消费电子和移动设备的全面集成。 五 小结 总之，蓝牙低功耗技术不仅将增加既有蓝牙技术的应用案例，而且也将在其它产业开启新的可能性。将蓝牙低功耗技术部署到工业控制应用，例如智能电表，将可以利用无线和远程采集住家或公司资料，从而大幅节省成本。也许，这些可能性的唯一限制就只剩下OEM、制造商和消费者的想象力了～ 当电池寿命不再成为限制的因素，制造商就可可设计采用预先整合电池的装置，让使用者在产品的生命周期内都不需要更换电池。从追踪慢跑者的表现和关键统计数据的跑鞋，到追踪暴风雨趋向的气象学者，蓝牙低功耗技术的发展前景无可限量。 蓝牙低功耗技术舒缓了电池寿命与成本所形成的许多设计限制，而未来的消费者将能够选择甚至更广范畴的经济、耐用且创新的无线产品，沉浸在一个由蓝牙低功耗技术所串起的加速互连世界中。 参考文献 [1] 林慧萍，蓝牙4_0版本带领蓝牙技术开创新局，电子与电脑 2010，07期 [2] 蓝牙低功耗技术开创革命性的应用机会，2011,6,24 [3] 吴松如 蓝牙低功耗技术创造遥控器的未来，电子工程专辑，2011,7,11 [4] 蓝牙4.0很快将带来很多新的个人体育和保健产品，国际电子商情 2011,10,16 4