藍牙低功耗（BLE）最適合物聯網應用嗎？

　　通向500億個智能物的道路

　　1999年，著名記者Neil Gross曾經寫道：(1)“在下個世紀，地球將披上一塊電子皮膚。它將把互聯網當作支撐和傳送其感覺的骨架，這塊皮膚正被縫合成一片。”不出Gross所料，我們今天已經迎來這塊連續的皮膚：物聯網。

　　物聯網(IoT)通常被定義為這樣一個場景：每個物體、動物和/或人被賦予唯一的標識以及在無需人人交互或人機交互的情況下通過網絡傳送數據的能力。據Cisco互聯網業務解決方案事業部(IBSG)預測， (2)到2020年，將有500億個“物”通過物聯網互連。物聯網由傳感器、連接和互聯網推動。所有連入網絡的“物”都將配備傳感器或致動器。傳感器采用一種通俗易懂并可被主設備(如計算機、手機等)檢測到的通信模式與后者通信。

　　物聯網革命最著名的成就之一是由荷蘭新創公司Sparked發明的“牛傳感器”。這些傳感器被安裝在牛耳上，能夠監測牛的生命體征，并在檢測到牛生病或懷孕時向農場主發送信息，從而讓后者能夠更好地監控這些牲畜的健康狀況。類似的突破還發生在醫療(無線心臟監測器)、服裝(智能鞋)、消費電子(智能冰箱)等其它領域。

　　物聯網理念直接引發了無數的可能性。人們可以將傳感器/致動器安裝在任何物上(讓它們成為“智能物”)。傳感器檢測和測量某些參數(例如：心率、跑步/走路速度、寵物的行走方向等)。這些數據通過無線方式被傳送到一個主設備(如手機或PC)。因此，物聯網的過程就是檢測、測量和通信。

　　為了讓一個成功的物聯網環境蓬勃發展，我們需要主從設備之間以及從設備之間實現經濟高效的通信。有效的通信需要以下條件：

　　1. “物”處于活動狀態，而且正在傳送數據;

　　2. 主從設備在通信距離內;

　　3. 有互操作性(即接收器能讀懂所傳送的消息)

　　4. 數據與主設備相關。

　　與此同時，我們還必須確保通信能夠快速完成，不會耗盡設備的電池電量。

　　無線通信系統

　　物聯網中的連接通常利用無線通信。有很多無線通信系統可供選擇。哪種通信技術最合適取決于應用的類型和要求。根據應用需求，我們可以將物聯網通信要求分為以下幾類：

　　1. 短距離和長距離：一個設備距離主設備或另一個設備多遠仍能可靠地與其通信?上述的牛傳感器是一個長距離應用。另一方面，很多生活方式、家庭自動化、PC外設和醫療應用只需要短距離通信。

　　2. 對低功耗通信的需求：對于工業應用而言，某些設備會連接電源(或使用大容量電池)，因此可能不需要低功耗通信。但是，可穿戴電子設備等應用通常使用紐扣電池，低功耗通信是一項迫切要求。未來幾年，這類應用會是物聯網的主要增長點。

　　3. 短突發或連續的數據傳送：某些設備需要連續不斷地通信，而另一些設備只需周期性地以短突發方式發送數據。用于描述這些傳送方法的指標是占空比(單個周期內信號處于活動狀態的占比(%))。因此，設備可以被分類為低占空比和高占空比設備。

　　4. 對專有或標準通信技術的需求： 有很多專有(由一家公司發明和擁有)和標準(由一個行業組織和多家廠商定義和遵守的規范)通信技術。專有通信技術的一個局限性是：雙方(主設備-從設備、主設備-主設備或從設備-從設備)需要類似設備才能確認收到和讀懂數據。通常而言，只有當發射和接收設備由同一家公司制造或由共同開發某個解決方案的多家公司制造時，這種情況才有可能發生(例如，X公司生產的PC能夠與X公司生產的采用某種專有通信技術的鼠標通信)。

　　然而，隨著越來越多的新型物聯網設備涌入市場，專有通信技術開始限制這些設備的適銷性。為了更好地理解這一點，讓我們以可穿戴技術為例加以說明。很多公司都在專注于開發各種創新型智能可穿戴設備。它們之中的大多數并不生產PC、智能手機等主設備。因此，這些公司更愿意看到它們的設備能夠與盡可能多的主設備通信。鑒于此，它們愿意采用大多數主設備都理解的標準通信技術。

　　藍牙低功耗(BLE)

　　藍牙低功耗(BLE)(被譽為“藍牙智能”)是藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)設計和推出的一種無線通信技術。BLE瞄準的是具有以下要求的應用：

　　1. 通信距離長達100米。但在SIG的網站上，該規范并未限制通信距離。這意味著廠商可以生產通信距離大于100米的設備。

　　2. 大部分時間需要使用紐扣電池運行。很多物聯網設備需要使用標準紐扣電池運行多年。BLE可實現超低的峰值、平均和空閑模式功耗。此外，低占空比設備還能節省更多電能。

　　3. 多廠商互操作性。作為一個標準，BLE與此前的藍牙版本一樣，也得到了主設備制造商的廣泛采用。很多物聯網從設備也支持BLE。安卓、iOS、Windows 8、Linux等主流操作系統均原生支持BLE。據SIG預測，到2018年，90%的智能手機將支持BLE。這個生態系統有助于實現多廠商互操作性。

　　4. 數據傳送速率高達1Mbps

　　BLE協議棧(圖1：協議棧)包含3個小組：

　　A. 控制器：對數據包進行編碼并使用無線信號發送它們的實際設備。控制器還能接收無線信號，并將它們解碼為數據。

　　B. 主機：軟件棧，包含各種協議和規范(profile)(共同執行一個特定的最終應用的一組服務及它們的行為)，負責管理兩個設備之間的通信。

　　C. 應用： 利用控制器和主機執行某個特定功能的用例。

　　應用層是藍牙的一大優勢。對于開發人員而言，這意味著除了一組通用的協議和服務之外，他們還能使用很多專用協議。藍牙技術聯盟為BLE設備定義了幾個規范(profile) (即設備在某個特定應用中如何運行的規范)。以HRP(心率)規范為例。該規范可讓一個采集器(如一部智能手機)連接用戶身體上的一個心率傳感器，并與其交互。SIF發布的這個規范描述了規范依賴關系(例如，HRP需要一個通用屬性規范(GATT))、傳感器角色要求、采集器(數據)角色要求、連接建立規程、安全事項等等。遵守這個規范能夠無縫、輕松地讓BLE適用于某個應用。SIG網站列出了所有可用規范。一個設備可以利用多個規范。