超低功耗蓝牙技术

超低功耗蓝牙技术 超低耗电蓝牙技术 -------------------------------------------------------------------------------- 作者:本站 转载自: 发布日期:2009-8-26 横扫消费电子市场的“无线传输革命”在业界独领风骚，让一些厂商争相迎头赶上。依赖小电池提供长效电力设备的厂商，正积极寻求能符合他们要求的无线传输技术。这些设备包括应用于体育、健康及体适能方面的感应器:如全球定位系统(GPS)、计步器、血压计以及血糖检测计。于此同时，由于各方面限制，许多其它产品的厂商从来没曾想过他们也可以进入无线传输的领域，比如手表产业。 曾有些无线传输技术尝试长效电力的需求，但这些技术中的大多数对整个产业的支持度很低。拥有制造商工会支持的ZigBee算是少数的例外。然而，没有一项技术拥有足够广泛的兼容性，让小型制造商有机会和全球性接轨。目前，企业若想要为小型化设备发展无线传输，则必须建立并销售专属的播送器，或连接一组转换器到主要设备如行动电话、计算机或iPod上，到现在为止还没有太多循此模式而能成功进入市场的产品。 进入超低耗电蓝牙技术领域 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标准。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。 与此同时，诺基亚(Nokia)的工程师发展了一套名为Wibree的互补性无线传输技术，它利用了蓝牙技术中一小部分的电力。Wibree和蓝牙技术有许多的相似性，并且很容易和蓝牙传输芯片兼容。 在2007年六月，蓝牙技术联盟(SIG) 宣布将诺基亚的 Wibree 纳入蓝牙技术的大伞，并 致力于创造超低耗电的蓝牙无线传输技术。成就了如ZigBee一般低耗电，长持久的无线传输技术，而且还拥有极广泛的传输能力，能和每年所生产数千万种的设备交换数据。 蓝牙技术联盟正积极发展超低耗电的蓝牙技术，期望能在2008年初发布第一版的规格，并及时投入芯片生产。第一款超低耗电的产品将会在2008年秋季问世，让消费者有机会使用。 开拓应用新境界 延续第一款「智能型手机」所创造的潮流，到今天手机已经具备多媒体以及上网功能。手机正迅速变成未来的运算枢纽，结合娱乐、传输及数据储存于一身。同时手机也是最普及的运算设备——每年销售量超过十亿支。 除了为感应器、手表等现有的设备创造广大市场外，超低耗电蓝牙技术还能利用其连接小型低耗电设备与手机的能力，创造全新应用，这些新设备甚至尚未被开发。超低耗电蓝牙技术为区域性服务(LBS)领域开创新的契机，让使用者从公车站下载车班表等相关信息;或是从货架上下载产品信息;或是在候机楼下载航班信息。在居家环境中，手机可以扮演遥控器的角色，控制电视、恒温空调甚至是其它家电设备。这些情节可能比你想象的要更早到来:透过指令主动节约能源，达到降低尖峰用电量的目标，无线自动侦测已经到达实际应用阶段。能感应居住者进出而启动或关闭智能型家电已经距离我们不远了。 无线技术应用一直在寻求长效而独立供电的能源供应，在科技跟进之前就有大量的概念产生。但在此之前，超长电力——甚至比产品本身预期的使用年限更长的电力供应，从未被标准化的无线传输技术所开发。如今，借着超低耗电蓝牙技术全球标准的核心精神，这些便利的传输终将可以实现。 近日，蓝牙技术联盟(SIG)宣布正式采用以低功耗技术为代表优势的蓝牙核心规格4.0版本。这对会员而言，也标志着蓝牙技术联盟的资格认证现已向所有蓝牙4.0规格产品开放。SIG首席技术总监Andy Glass强调说，蓝牙4.0版本的推出是蓝牙技术发展史上“具有里程碑意义”的事件，它将传统蓝牙、蓝牙低功耗及蓝牙高速技术三种规格合而为一，并可以依据其功能需要同时或单独使用于不同设备。 无线产业分析公司West Technology Research Solutions(WTRS)在发布的产业与市场报告中指出，蓝牙4.0版本的最显著特点在于蓝牙低功耗技术拥有巨大的市场潜力。WTRS 首席分析师Kirsten West表示，“蓝牙低功耗技术将为整个无线感应网络市场做出极大贡献，预计到2015年，其将达到近50%的市场占有率。而蓝牙低耗能技术更具备最优化的设定，且更有利于电池运作所需的低耗能需求。” 蓝牙低功耗技术前身为NOKIA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。 根据蓝牙技术联盟发布的核心规范白皮书，Bluetooth4.0低功耗模式有双模和单模两种应用。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。一般而言，手机和个人电脑等设备将会安装双模式芯片，以便与蓝牙低功耗设备及传统蓝牙设备进行互操作。 各种技术的不同使用方式一直困扰着无线行业。新兴的Wi-Fi Direct标准的推崇者们坚持认为，除了功耗略逊一筹外，无论从速率、传输距离、便捷性、应用案例、厂商支持力度等方面来看，Wi-Fi Direct都要强于蓝牙，尤其是在未来面对高清视频传输时。然而蓝牙技术联盟发言人吕荣良却对此给予了否认。他坚持认为，蓝牙与Wi-Fi并不存在所谓的直接竞争，对很多客户而言，他们的产品中都在同时采用蓝牙和Wi-Fi技术，这非常普遍。因此，彼此间的合作更显重要。 “准确的说，蓝牙和Wi-Fi有小部分业务领域是重叠的，但在大多数应用场合却并非如此。客户在使用不同的产品和技术时，一定会根据包括功耗、速度、安全性等在内的多重因素来进行性价比的比较，继而确定适合自己的技术和产品。从这个角度来看，双方更应该展开合作，为用户提供更好的解决方案以满足他们的需求。”吕荣良补充道。 其实，当我们一直在饱受速度和技术参数困扰的同时，却往往忘记了最重要的因素。那就是，客户最终会如何看待这些技术,用户们的体验如何,认为只要能用就可以，还是希望用的更好些,这就涉及到问题的实质:应用。归纳起来，目前最为常见的应用包括四种类型:普通文件传输(手机之间的音乐文件传输、图像传输);流媒体(立体声音乐输出至耳机及媒体源到媒体播放器的视频流);互联网接入(网页浏览、社交网络、电子邮件);其他内容传输(手机、音乐播放器与车载娱乐系统间的传输)。 吕荣良在接受《电子工程专辑》独家采访时，猜测出于谨慎的考虑，并未直接评价哪种技术适用于哪种应用，只是介绍了蓝牙4.0中若干技术的典型应用场景。除了上文谈及的蓝牙低功耗，另一个相当引人关注的话题则来自于蓝牙高速技术。吕荣良表示，蓝牙高速技术的焦点就在于传输速度的提升，每秒数据传输速率最高可达实现600Mbps，主要来自无线区域网络的IEEE 802.11标准的贡献。 在去年推出的蓝牙v3.0+HS规格中，蓝牙技术联盟定义了如何综合运用802.11射频与蓝牙射频。两种射频的综合运用产生了一个完整、高效能的系统，能够令PAN应用中的每项技术均达到最佳性能。蓝牙v3.0+HS规格最重要的一项改进就是将802.11作为解决方案，在便携式设备已有的Wi-Fi无线信号基础上添加蓝牙协议，让用户在互传视频、音乐文件和照片时感 受以秒计算的高速快感。 蓝牙3.0的核心技术是Generic Alternate MAC/PHY (AMP)，这是一个全新的交替射频技术，它允许蓝牙协议栈针对任何一个任务动态的选择正确的射频。Generic AMP决定了蓝牙功能和协议，使之具有可以使用一个或多个交替高速广播技术的高码率的优势。AMP修改了标准蓝牙核心架构以便在L2CAP层下使用多重交替广播，同时使用标准蓝牙射频(标注基本码率(BR)和扩展码率(EDR)分别为1 Mbps和3 Mbps实现复原和连接以及匹配。 但也恰恰因为此原因，有外界传言称此举其实已经表明SIG希望在未来通过蓝牙4.0实现互联网接入功能，从而逐步蚕食Wi-Fi的市场份额。吕荣良再一次对上述说法给予了否认，“我们与Wi-Fi其实有着很好的合作关系，要不然蓝牙的技术标准中怎么会用到802.11协议,”他进一步解释说，“除了主要的诉求市场不同之外，之前很少使用蓝牙上网是因为蓝牙是跳频技术，而Wi-Fi是展频系统。另外，蓝牙所能找到对应的接入点((Access Point)数量偏少，且传输距离有限。但随着蓝牙技术的规格版本(PAN profile)已提供接入互联网的功能，以及SIG一直在协议上进行改进，相信应该能够为互联网接入提供更佳的应用。” 蓝牙低功耗技术 蓝牙低功耗技术是新一代的蓝牙技术,只要消耗的以前蓝牙十分之一的能源就能做到一样的效果!它将扩大到很低功耗设备应用，仅有很低的电池容量就可以使用很长时间。 蓝牙低功耗的技术应用和动态优化与低有效的数据吞吐量有直接关系。这包括一个广泛的传感器和控制的应用,包括运动和医疗传感器、遥控器、游戏、手表给移动电话和PC外围设备。 蓝牙低功耗的技术是不适合声音和听觉的应用。 新一代低功耗蓝牙有两个实行模式:实现单模式和双模式 单模 单一模式是“一个真正送超低功耗,靠的是纯粹的低能量的实施。在以前的蓝牙解决方案的电池寿命通常提供前期的一星期可充电电池,单模蓝牙低能量的技术执行可以提供数月到数年。 双模 双模式结合以往的蓝牙与新一代低功耗蓝牙在一个芯片上，和以往的蓝牙芯片价格相差很小。此外收发电路也与以往的蓝牙电路相同。双模蓝牙能够使快速代替以前旧蓝牙应用(如手机和电脑，只要用非常低的就可以把收发器过来。几个主要的手机厂商表示,他们将采取双模装置在未来的电话中。) 网络布局 蓝牙新一代的技术支持star和star-bus网络布局,理论上没有局限,可移动接入设备的数目，两种不同的情况下,网络布局结构: 双模布局 在单一和双模中,双模设备充当中心和单一模式设充当一个节点，在中心与节点之间的连接就是新一代蓝牙技术，当主要连接是在不同的中心(而且这个中心是以前旧蓝牙)，这个中心就不需要用双模布局设置，双模设备可以连接到旧的蓝牙设备。例如，有双模的手机可以同时连接单模的计步器，单模的手表，及旧蓝牙技术的立体声耳机。 单模布局 单模设备可以在不存在的双模设备的环境中与其它的单模设备相连。在这种情下，是用一个 单模的作为中心，与其它单模设备连接心。例如，电视和遥控器(都是用新一代蓝牙技术)， 在两个单模设备，电视就被看作是中心。