藍牙在無線人機接口設備和具有PC和手機連接的音頻外圍設備中找到了一席之地，催化了市場。盡管低功耗Wi-Fi設備的進步為某些應用提供了替代連接，但對藍牙的需求仍然強勁。另一方面，BLE由于其輪廓靈活性，易于使用手機和超低功耗特性而發(fā)展成為連接性的瑞士軍刀。BLE正在取代ZigBee等專有協(xié)議，成為低功耗、低成本物聯(lián)網(wǎng)設備中事實上的連接標準。

這種增長是由最近的BLE 5.0和BLE 5.1更新推動的，這些更新改進了BLE的規(guī)范。例如，改進的范圍可確保任何BLE設備（如智能傳感器，智能鎖或燈泡）都可以從房屋的任何地方完美連接。這是實現(xiàn)真正智能家居的關(guān)鍵一步。改進的范圍也有利于智能手表等設備，因此它們可以從位于不同房間的智能手機接收即時通知。

另一個實質(zhì)性的改進是數(shù)據(jù)速率的顯著提高，使信息傳輸更豐富，更智能。無連接服務，如提供上下文感知的信標，將能夠傳輸更多信息。例如，信標將能夠傳輸實際內(nèi)容，而不僅僅是通過URL指向內(nèi)容。這有可能通過轉(zhuǎn)向無連接物聯(lián)網(wǎng)而不是當前的藍牙配對設備模型來重新定義當今藍牙設備傳輸信息的方式。這還可以使 BLE 應用（如資產(chǎn)跟蹤和智能廢物管理）使用 BLE Mesh 網(wǎng)絡更加智能。

然而，這些改進的功能也需要在DMIP和內(nèi)存方面改進處理器。底層硬件（即 SoC 或 MCU）必須進行更改才能支持這些功能。對于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應用而言，安全性是必不可少的、不可協(xié)商的功能。所有級別都需要數(shù)據(jù)保護，包括存儲、處理和通信期間，以確保系統(tǒng)的可靠性。物聯(lián)網(wǎng)設計人員更喜歡選擇具有內(nèi)置BLE、傳感器接口、安全功能和靈活外設的SoC。這也有助于他們減少物聯(lián)網(wǎng)設備的BOM和PCB空間。有關(guān)片上完全集成的無線系統(tǒng)的詳細討論，請參閱本系列的第 4 部分。

讓我們來看看使BLE靈活且易于用于物聯(lián)網(wǎng)應用的一些功能。

關(guān)貿(mào)總協(xié)定概況 – 易用性

BLE 為典型應用提供了多個通用屬性 （GATT） 配置文件，簡化了固件和兼容性標準。示例包括當前時間服務 （CTS）、“查找我”配置文件 （FMP）、心率服務 （HRS）、無線照明控制（網(wǎng)狀配置文件）等。這些配置文件允許外設和服務器使用預定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相互通信，而開銷很小。這允許BLE使用比Wi-Fi等連接選項更簡單的協(xié)議。它還產(chǎn)生了非常高的數(shù)據(jù)傳輸效率。如果您的應用程序適合現(xiàn)有的GATT配置文件，那么使用它很容易，因為它減少了固件開發(fā)時間并打開了現(xiàn)有應用程序兼容性的大門。標準 GATT 配置文件的列表可在 BLE SIG 網(wǎng)站上找到。

為了進一步簡化固件創(chuàng)建過程，賽普拉斯的ModusToolbox等IDE為BLE提供了易于使用的圖形界面。這些配置器提供了添加標準 GATT 服務并在固件創(chuàng)建之前對其進行配置的選項，以便堆棧本身可以處理特定于服務的事件。這意味著應用程序固件只需要處理高級事件。

自定義配置文件 – 靈活性

在特定應用程序中，可能需要創(chuàng)建不符合現(xiàn)有標準 GATT 服務的自定義配置文件。示例包括自定義傳感器接口、電容式觸摸感應和 RGB LED 照明。這些創(chuàng)新接口有助于使用一個 SoC 集成許多功能，從而提供更好的功耗和成本優(yōu)勢。

基于 GUI 的固件設計方法也有助于自定義配置文件。圖 3 顯示了自定義用戶界面示例的配置。

盡管 BLE 提供了用于配對和鏈路層的安全選項，但如果 SoC 支持加密塊，則可以使用自定義配置文件實現(xiàn)其他安全措施。這些 SoC 需要在硬件中提供完整的安全鏈。與其等效的固件實現(xiàn)相比，這些硬件 SoC 安全功能需要更少的時間和精力。

功耗

BLE是低功耗連接的理想解決方案。數(shù)據(jù)速率可以通過調(diào)整連接間隔和MTU（最大傳輸單元）大小來換取低功耗。片上系統(tǒng)中的集成BLE還允許SoC有效地使用深度睡眠電源模式，正如我們在本專欄系列的第5部分中所討論的那樣。SoC 可以在 BLE 事件上從深度睡眠電源模式喚醒并處理數(shù)據(jù)。即使在高數(shù)據(jù)速率（高達2Mbps）下，BLE在低數(shù)據(jù)速率連接方面也比Wi-Fi具有相當大的功率優(yōu)勢。雙核 SoC 通過使用配套內(nèi)核進行 BLE 堆棧操作，同時主 MCU 可以自由運行應用固件，從而提供更大的靈活性，從而使系統(tǒng)能夠在深度睡眠模式下花費更多時間。

廣播

BLE是一種基于數(shù)據(jù)包的協(xié)議，具有主/從架構(gòu)。但是，它提供了一種無憂無慮的廣播公司模式，不需要配對。“信標”可以使用廣播器模式將消息傳輸給多個聽眾。該技術(shù)使智能設備能夠在靠近信標時執(zhí)行特定操作。設計用于支持信標的設備應超低，因為功率是廣播的主要要求之一。BLE信標還可以實現(xiàn)室內(nèi)位置跟蹤功能。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡

網(wǎng)狀網(wǎng)絡通過支持多個互連節(jié)點，將BLE從簡單的主/從架構(gòu)發(fā)展到一種。這允許大量低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點（最多32767個！）相互通信，并消除了對集線器/路由器的需求。BLE Mesh使用加密和經(jīng)過身份驗證的消息實現(xiàn)受控的泛洪網(wǎng)絡。基本消息段大小為 11 字節(jié)，但使用分段和重新組裝，可以擴展到 384 字節(jié)。消息具有操作碼、序列號、生存時間 （TTL） 以及源地址和目標地址。尋址是靈活的，可用于表示單個節(jié)點或一組節(jié)點。BLE Mesh還為網(wǎng)絡和特定應用程序功能提供不同類型的密鑰的粒度身份驗證。借助BLE Mesh，網(wǎng)絡可以通過智能手機或低成本橋接設備（如智能揚聲器）或使用Wi-Fi / BT組合橋接到互聯(lián)網(wǎng)。與專有網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議ZigBee相比，BLE Mesh協(xié)議提供了低成本的硬件和基于熟悉的藍牙的輕量級協(xié)議棧，它帶來了與手機，PC和現(xiàn)有BLE，BT和WiFi / BT設備的互操作性。

審核編輯：郭婷