摘要： “藍牙v4.0與以前的版本有根本區別，因為它以?xún)蓚�(gè)協(xié)議為基礎，而非一個(gè)協(xié)議。 這帶來(lái)了一些需要藍牙Smart品牌解決的問(wèn)題”Svein-Egil Nielsen解釋說(shuō)。

雖然藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)在很多事情上都備受指責，但是在消費者中成功樹(shù)立藍牙品牌卻無(wú)可非議。早在2008年進(jìn)行的一項獨立調查發(fā)現，85%的消費者“認識了無(wú)線(xiàn)技術(shù)”， 今天這個(gè)數字很可能會(huì )更高。

隨著(zhù)藍牙v4.0的推出，技術(shù)聯(lián)盟面臨著(zhù)一個(gè)新的挑戰，就是準確解釋這項技術(shù)是什么。 跟以往版本不一樣，藍牙v4.0架構采用了兩類(lèi)不同的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)和協(xié)議。一種類(lèi)型可以與以往版本通信，而另一種則不可以。

從用戶(hù)所關(guān)注的互操性到工程人員所需，技術(shù)聯(lián)盟的答案是，新品牌可幫助消費者在市場(chǎng)上找到所需產(chǎn)品。藍牙Smart和藍牙Smart Ready品牌背后所采用的藍牙v4.0技術(shù)正在被廣泛應用。例如，蘋(píng)果的iPhone 4S和新的iPad（參見(jiàn)圖1）就符合藍牙Smart Ready的要求，微軟已宣布Windows 8支持此項技術(shù)， 摩托羅拉也已宣布推出具有藍牙Smart Ready功能的手機。

 
圖1：蘋(píng)果最新的iPad符合藍牙Smart Ready設備的要求

藍牙Smart和藍牙Smart Ready品牌真正的重要性是什么？藍牙v4.0與以往版本的區別是什么？ 往下看你就會(huì )找到答案，但首先還是讓我們從歷史的角度稍作一些了解。

藍牙與專(zhuān)屬技術(shù)超低功耗對比

過(guò)去曾出現了兩類(lèi)“低功耗”無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

藍牙技術(shù)是愛(ài)立信貢獻給世界的一項2.4GHz短距離通訊技術(shù)，采用大容量電池供電（例如，AA或更大容量），可提供約1 Mbps的帶寬（隨后有很大提高），可用于手機到無(wú)線(xiàn)耳機之間的流媒體通信等應用。

后來(lái)出現了一項功耗更低的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，由Nordic Semiconductor等公司開(kāi)發(fā)，并冠以“超低功耗” 一詞來(lái)描述此項技術(shù)，此項技術(shù)也在2.4GHz頻段下運行，提供1 Mbps的帶寬。 后面這項技術(shù)的特點(diǎn)是非常低的負載循環(huán)運行（0.1或更低），平均電流在微安培范圍內，一塊紐扣電池可支持運行數月以至數年。其應用包括與運動(dòng)手表進(jìn)行通信的心率帶、無(wú)線(xiàn)鼠標和鍵盤(pán)。

這兩項技術(shù)有不同的市場(chǎng)定位，因使用不同協(xié)議而從未能相互通信。（藍牙采用開(kāi)放的標準協(xié)議以確�；ゲ僮餍�，而超低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)采用高效的專(zhuān)屬協(xié)議以保持低功耗。）

手機制造商諾基亞具有創(chuàng )新性的工程師團隊認識到，如果他們實(shí)現與世界上百萬(wàn)的超低功耗無(wú)線(xiàn)電設備通信，將為公司產(chǎn)品開(kāi)拓一個(gè)龐大的新市場(chǎng)。例如，慢跑愛(ài)好者無(wú)需購買(mǎi)一個(gè)昂貴的心率帶及與其相匹配的運動(dòng)手表來(lái)追蹤他們的活動(dòng)，他們將可以購買(mǎi)一個(gè)廉價(jià)的心率帶并將其與他們已經(jīng)擁有的手機鏈接。

基于這個(gè)來(lái)自于工程師的想法，諾基亞、超低功耗無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)家Nordic Semiconductor和其他一些有共識的企業(yè)建立了聯(lián)盟。但是諾基亞顯然不希望在已經(jīng)配有三個(gè)或四個(gè)RF設備的手機上再添加另一個(gè)無(wú)線(xiàn)電芯片，而選擇采用已在其多數手機上裝配的藍牙芯片來(lái)完成這項工作。

經(jīng)多年反復改良，該聯(lián)盟與藍牙技術(shù)聯(lián)盟合并，該項技術(shù)演變成“超低功耗藍牙”。

Nordic的工程師和技術(shù)聯(lián)盟成員經(jīng)過(guò)六年的不懈努力，最終迎來(lái)了藍牙v4.0（其標志性特點(diǎn)是融合 “藍牙低功耗”）。

關(guān)于兩個(gè)芯片

藍牙技術(shù)以往版本（例如v2.1和v3.0）與v4.0的根本區別在于最新版本使用兩個(gè)協(xié)議。

藍牙低功耗協(xié)議是藍牙規范中的新內容，此項技術(shù)用于過(guò)去使用專(zhuān)屬技術(shù)的超低功耗應用。（這并不表示專(zhuān)屬技術(shù)即將消失；而因為它具較低成本和性能優(yōu)化等原因被廣泛使用于不需藍牙互操性的產(chǎn)品上。） 該規范要求使用經(jīng)專(zhuān)門(mén)設計只用于運行藍牙低功耗協(xié)議的無(wú)線(xiàn)電設備， 此類(lèi)設備因此被稱(chēng)為 “單模式”設備。

藍牙v4.0的硅晶無(wú)線(xiàn)電既可支持“傳統”藍牙協(xié)議（例如BR/EDR），還增加了一些額外電路， 因而還支持與藍牙低功耗（單模式）之間通信。由于這些芯片可處理兩個(gè)協(xié)議，因此被稱(chēng)為“雙模式”設備。

雙模式芯片可用于以前使用傳統藍牙芯片的任何應用中。包括手機、平板電腦、個(gè)人電腦、個(gè)人導航設備(PND)、游戲機和智能電視以及其他眾多應用。

藍牙品牌

藍牙Smart品牌的認證產(chǎn)品必須符合三項要求：采用GATT為基礎架構的藍牙4.0（或更高）核心規范；采用單模式無(wú)線(xiàn)電及使用以GATT為基礎的架構以實(shí)現設備的特定功能。

藍牙Smart Ready認證產(chǎn)品必須符合三項相似要求：采用GATT為基礎架構的藍牙4.0（或更高）核心規范；采用雙模式無(wú)線(xiàn)電(BR/EDR+藍牙低功耗），兩種無(wú)線(xiàn)電模式可分別或同時(shí)啟用， 提供在藍牙Smart Ready設備上更新藍牙Smart設備的方法供終端用戶(hù)選擇。

藍牙Smart Ready制造商還應為第三方提供一種創(chuàng )建和分配應用，用于接收藍牙Smart設備的數據。

對于消費者，藍牙Smart Ready產(chǎn)品為終端用戶(hù)提供了一種更新藍牙Smart產(chǎn)品功能的方法。 用戶(hù)可下載并安裝新的配置文件（優(yōu)化的特定應用軟件）來(lái)支持購買(mǎi)的新設備，而無(wú)需借助帶有預安裝支持文件的集線(xiàn)器設備。

藍牙技術(shù)聯(lián)盟的新品牌旨在滿(mǎn)足大眾的期待。經(jīng)過(guò)多年對藍牙技術(shù)互操性和兼容性的宣傳，情況已經(jīng)發(fā)生變化。

新品牌對消費者很重要，因為它可幫助消費者為其活動(dòng)選擇正確的產(chǎn)品。例如，人們不可能購買(mǎi)一個(gè)藍牙Smart心率帶而指望其與任何的藍牙芯片手機通信。還不如選擇支持藍牙 Smart Ready的手機， 因為這就意味著(zhù)采用了藍牙v4.0芯片和藍牙Smart Ready所需的基礎結構和支持技術(shù)。表1對互操作性進(jìn)行了總結。

表1：藍牙Smart和藍牙Smart Ready兼容性
 

v4.0有什么新特點(diǎn)？

除非新版本可帶來(lái)一些具有根本差別的新功能，藍牙不會(huì )浪費時(shí)間開(kāi)發(fā)新版本。但是設計工程師乃至最終的消費者究竟能從藍牙v4.0中獲得什么？ 要回答這一問(wèn)題，我們需要更深入地了解此項技術(shù)。

傳統藍牙技術(shù)以“定向連接”無(wú)線(xiàn)電為特點(diǎn)，采用用于高頻活動(dòng)通信的固定連接間隔。雙模式芯片將繼續執行該項任務(wù)。

重要的是要知道在運行BR/EDR模式時(shí)，雙模式芯片的功耗與該技術(shù)原來(lái)的版本并無(wú)差別。 設備在使用其低功耗功能時(shí)可節省一些功耗，但因為芯片并非超低功耗設備，芯片的功能、尺寸、成本和合規性都與原來(lái)的版本相似。

換言之，如果工程師正在設計一款要求高負載循環(huán)、短距離、融合2.4GHz無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的產(chǎn)品， 他會(huì )像以前選擇v2.1或v3.0芯片一樣，從偏愛(ài)的供應商處選擇藍牙v4.0雙模式芯片。

話(huà)雖如此，工程師確實(shí)會(huì )獲得一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)勢，我們會(huì )在下文對其進(jìn)行討論。

藍牙低功耗技術(shù)采用可變連接間隔，可根據應用從數毫秒設置到數秒。此外，由于非�？焖俚倪B接，藍牙低功耗技術(shù)經(jīng)常保持“未連接”狀態(tài)（節約功耗）。在此狀態(tài)中，鏈接的兩端知道雙方存在，但只會(huì )在絕對必要時(shí)進(jìn)行盡可能短時(shí)間的鏈接。

藍牙低功耗芯片可用3V、220mAh CR2032之類(lèi)的紐扣電池運行數月乃至數年。 但是這些設備只可支持非常低的負載循環(huán)操作。

如果工程師要求一種具有互操作性的2.4GHz無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，用于發(fā)送少量數據如幾個(gè)字節的異步傳輸， 且數據發(fā)送次數并不頻繁（例如，從每秒數次到每分鐘一次，或更少），那么藍牙低功耗是最佳選擇。心率監視器、自行車(chē)速度和距離檢測器或血糖檢測器等緊湊型無(wú)線(xiàn)傳感器都是此類(lèi)裝置。

藍牙低功耗技術(shù)采用特別的技巧來(lái)降低功耗。此技術(shù)只采用三個(gè)“宣傳”信道來(lái)搜索其他設備，或將其呈獻給可能正在搜索連接的設備，以此減少連接時(shí)間。相反，傳統藍牙技術(shù)則采用32個(gè)信道。

這代表藍牙低功耗技術(shù)只需“開(kāi)啟” 0.6至1.2ms來(lái)掃描其他設備，而傳統藍牙技術(shù)則需要22.5ms來(lái)掃描其32個(gè)信道。因此，藍牙低功耗技術(shù)用于定位其他設備的功耗降低了10至 20倍。

一旦連接，藍牙低功耗技術(shù)將切換至37個(gè)數據信道中的一個(gè)，然后通過(guò)使用偽隨模式適配跳頻(AFH)。

藍牙低功耗技術(shù)采用1Mbps的總數據帶寬來(lái)快速發(fā)送信息，并快速返回至超低功耗休眠狀態(tài)。 連接（即掃描其他設備、鏈接、發(fā)送數據、驗證和“自如地”中止）只需3毫秒。 對比傳統藍牙技術(shù)進(jìn)行相似的連接循環(huán)則需要數百毫秒。要知道，連接時(shí)間越長(cháng)，電池功耗越大。

藍牙低功耗技術(shù)還通過(guò)兩種其他方式來(lái)限制峰值功耗：即采用相對“寬松”的RF參數， 以及發(fā)送非常短的數據包。較短的數據包可進(jìn)一步減少通信時(shí)間，并使硅晶保持較低的溫度，以此避免對功耗重新校準和對閉環(huán)結構的需求。

擴大藍牙生態(tài)系統

藍牙低功耗技術(shù)適用于因傳統藍牙技術(shù)功耗限制而無(wú)法實(shí)現的各種應用。這是第一次提供給電子裝置設計師的具有可靠互操作性的ULP無(wú)線(xiàn)技術(shù)，并承諾將推出數百項新應用。

但究竟是什么類(lèi)型的應用呢？ 藍牙技術(shù)聯(lián)盟在未來(lái)數月即將發(fā)布的系列配置文件會(huì )帶來(lái)一些提示： 這些配置文件可為個(gè)人用戶(hù)界面設備(PUID)（例如，手表）、遠程控制、感應警報、 電池狀態(tài)和心率監控器等特定應用。隨后還會(huì )推出用于血糖和血壓、循環(huán)Cadence和循環(huán)曲柄功率等醫療保健監控的配置文件。

Nordic Semiconductor作為專(zhuān)業(yè)的超低功耗無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)公司， 是眾多推出藍牙低功耗解決方案的供應商中的一個(gè)。了解一下他們的產(chǎn)品有助于了解一些早期應用，了解將藍牙v4.0融合到其產(chǎn)品中的設計師們是如何將連接技術(shù)延伸到超乎他們想象的更多產(chǎn)品中的。

Nordic Semiconductor的μBlue藍牙低功耗產(chǎn)品系列目前包含兩款芯片，nRF8001和最新推出的nRF8002。這兩款芯片都包含了完全符合藍牙v4.0低功耗協(xié)議堆棧。

Nordic μBlue藍牙低功耗芯片系列中的第一款設備nRF8001和軟件開(kāi)發(fā)組件于2011年1月推出。憑借實(shí)現sub 12.5mA的峰值電流和低至sub 12μA的連接模式平均電流（連接間隔為 1s），Nordic宣稱(chēng)nRF8001是行業(yè)內功耗最低的藍牙低功耗解決方案。

該芯片將無(wú)線(xiàn)電、鏈接層和主機堆棧結合到了一個(gè)最終產(chǎn)品列表(EPL)中，使設計師們可以輕松開(kāi)發(fā)新的藍牙終端產(chǎn)品，而無(wú)需額外的列表費用。

對于希望快速開(kāi)發(fā)藍牙Smart產(chǎn)品而無(wú)需花費很長(cháng)時(shí)間來(lái)學(xué)習如何使用該項技術(shù)的設計師們，nRF8002系統芯片(SoC)是很好的選擇。該芯片是一個(gè)易于使用的SoC解決方案，可用于無(wú)線(xiàn)標簽和手鐲、 掛件、鑰匙扣、小玩具和臂章等其他附件（參見(jiàn)圖2）。

 
圖2：nRF8002是一款用于無(wú)線(xiàn)標簽和其他附件的便于集成的獨立解決方案

使用nRF8002不需了解藍牙低功耗技術(shù)或其他嵌入式固件的開(kāi)發(fā)。利用Nordic nRF8002開(kāi)發(fā)組件，開(kāi)發(fā)人員們可以使用具有簡(jiǎn)單圖形用戶(hù)界面的開(kāi)發(fā)工具來(lái)設計簡(jiǎn)單的藍牙 Smart 產(chǎn)品，因此他們只需配置內置式應用程并將輸入和輸出映射到按鈕、LED和蜂鳴器等外部組件，而無(wú)需進(jìn)行更深入的操作。nRF8002采用了內置支持技術(shù)，用于一系列藍牙v4.0 配置文檔，包括：Find Me、感應、警報通知和電池狀態(tài)。

可靠的互操作性

數家主要公司已將nRF8001融入到其產(chǎn)品中。例如， 日本的消費電子產(chǎn)品公司卡西歐已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以與兼容手機通信的G-SHOCK藍牙低功耗手表（參見(jiàn)圖3）。

 
圖3：G-SHOCK藍牙低功耗手表可以與任何藍牙Smart Ready手機通信

該手表帶有停止手機鈴聲等功能，還帶有Finder功能， 支持用戶(hù)通過(guò)啟用手表的警報和振動(dòng)功能 來(lái)定位找不到的手機。

Dayton Industrial在其稱(chēng)為世界第一個(gè)可生產(chǎn)的藍牙低功耗心率帶中采用了nRF8001， 已經(jīng)準備進(jìn)入批量生產(chǎn)。對于已經(jīng)采用藍牙v4.0芯片的手機， 其用戶(hù)可以在數秒內設置并使用心率帶和一系列醫療保健應用，這些應用可帶來(lái)采集、解析和顯示培訓數據的新方式。

Nordic為工程師們提供了iOS演示應用程序來(lái)說(shuō)明這是如何實(shí)現的，該程序可用于廣泛的現行藍牙Smart（和 ANT+）附件，例如無(wú)線(xiàn)心率帶、足部周邊檢測裝置、自行車(chē)速度航程、Cadence、 功率傳感器、溫度、感應標簽、稱(chēng)量臺和血壓監控器（參見(jiàn)圖4）。
 
圖4：Nordic的iOS演示程序可用于廣泛的最受歡迎的藍牙Smart（和ANT+）附件

最新開(kāi)發(fā)的采用nRF8001的產(chǎn)品可能能夠最好地說(shuō)明藍牙低功耗技術(shù)是如何顯著(zhù)擴大本已龐大的藍牙生態(tài)系統的。

總部設在香港的IDT公司剛推出了家用藍牙低功耗血壓監控器（參見(jiàn)圖5）。 該監控器是世界上此類(lèi)設備中首款利用藍牙低功耗的設備，并在最近采用了血壓配置文件。監控器可與藍牙Smart Ready手機通信，然后手機可將數據發(fā)送至醫療機構中的遠程服務(wù)器。 采用此類(lèi)超低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)，病人可以待在自己舒適的家中，減少見(jiàn)醫生的時(shí)間，醫療人員可以對開(kāi)處方的時(shí)間做出明智的決定，這可為衛生當局節省一筆開(kāi)支！

 
圖5：IDT的血壓監控器是世界上此類(lèi)設備中首款利用藍牙低功耗的設備， 并在最近采用了血壓配置文件

許多應用非常要依賴(lài)可靠的互操作性。技術(shù)聯(lián)盟會(huì )安排定期的“藍牙測試活動(dòng)”，以確保各制造商生產(chǎn)的設備能夠正常通信。Nordic和藍牙芯片領(lǐng)先制造商Broadcom通力合作，以確保在實(shí)際操作中實(shí)現藍牙v4.0的互操作性。

去年八月，Nordic宣布藍牙低功耗感應卡的原版設計和行業(yè)首款藍牙v4.0標準認證整合芯片解決方案Broadcom的BCM4330之間的無(wú)線(xiàn)通信測試成功。

盡管Nordic從未懷疑過(guò)其芯片與其他制造商的芯片之間互操作性測試的結果， 但結果仍讓人感到滿(mǎn)意，同時(shí)還驗證了藍牙規范，證明建立無(wú)線(xiàn)鏈接毫無(wú)問(wèn)題，可以流暢運行。

這用了很長(cháng)時(shí)間，但是藍牙v4.0和藍牙低功耗芯片、協(xié)議、配置文件和支持技術(shù)現在都已推出， 這是六年不懈努力的最高峰。許多領(lǐng)軍企業(yè)已經(jīng)將芯片融入到其產(chǎn)品中，隨后有望迎來(lái)藍牙Smart和藍牙Smart Ready認證產(chǎn)品的爆發(fā)時(shí)期。例如，IMS分析家預計從明年開(kāi)始， 每年將有十億臺藍牙低功耗設備售出。這是迄今采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)最快的時(shí)期。


關(guān)于作者：

Svein-Egil Nielsen，居住在紐約，是Nordic Semiconductor新興技術(shù)與戰略合作伙伴關(guān)系部門(mén)的董事和藍牙技術(shù)聯(lián)盟董事會(huì )成員。Nordic Semiconductor是2.4GHz超低功耗硅晶技術(shù)專(zhuān)屬解決方案的領(lǐng)先制造商，是開(kāi)發(fā)藍牙低功耗無(wú)線(xiàn)規范工作組的成員。