蓝牙V4.1：开发人员须知道哪些事
发布时间：2014-12-17 11:07
发布者：designapp
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在2010年首次作为蓝牙核心规范v4.0(蓝牙v4.0)的一部分发布之后一直很低调的蓝牙Smart(以前称为蓝牙低能耗)如今已经成为头条新闻。 目前具有蓝牙Smart功能的产品，包括苹果设备和大多数安卓移动设备，都标配了蓝牙v4.0/v4.1芯片。这些芯片除了可以实现“经典”蓝牙技术可以完成的所有功能外，还能与钮扣电池供电的外设和产品(如智能手表)中越来越普及的蓝牙Smart芯片进行通信。 在今后几年中，智能手机和平板电脑的销量预计会猛增。比如市场分析公司Statista Research就预计，到2020年全球移动设备的出货量总计将达61亿台。分析公司IHS稍微保守一点，但其预测值仍然是个大数目。据IHS公司估计，到2013年底智能手机保有量为19.19亿部，并且在今后5年中将增加到50.82亿部。鉴于蓝牙技术与智能手机和平板电脑的密切关系，那些致力于开发“应用配件”的公司数量以及连接每部智能手机的蓝牙Smart设备数量将铁定飞速增长。  图1：将外设产品(比如这些Scalextric槽轨车)与具备蓝牙Smart的智能手机上的软件应用搭配在一起的应用配件（Scalextric提供）。 应用配件可以将诸如健身传感器或玩具等外设产品与具有蓝牙Smart功能的智能手机、平板电脑或台式机上的应用软件搭配在一起。这些应用配件通常采用钮扣电池等小型电池供电，并利用超低功耗(ULP)的蓝牙Smart芯片将它们的数据发送给移动设备。主设备的应用软件随即对这些数据进行分析和显示。许多应用还能方便地通过社交媒体分享这些信息。 不过现在除了其它一些有用的新功能外，最新版本的蓝牙技术——蓝牙v4.1还引入了有助于构建技术基础的新功能，最终允许蓝牙Smart设备直接连接互联网——无需再依赖智能手机或平板电脑的运算能力。(移动产品(或其它与互联网连接的产品，如Wi-Fi路由器)仍然可作为数据转发设备，而用于分析、操作和共享信息的功能越来越强大的软件将位于云端)。 但蓝牙v4.1仍然无法通过直接互联网连接实现蓝牙兴趣小组(SIG)想要扩展蓝牙技术覆盖范围的雄心壮志。蓝牙专门兴趣小组的这个战略将鼓励一种全新的产品并开创出新的市场领域，这个领域有可能使应用配件也望尘莫及。 基于IP的蓝牙技术基础 从开发者的角度看，蓝牙v4.1提供了比以前版本更好的诸多优势。其中的关键是更好地统一了完全不同的使用案例，包括了以这种技术悠久的流媒体模式、超低功耗操作模式(使用符合规范的低能量核心配置的技术)以及连接互联网协议(IP)的操作模式为代表的用例。 开发人员可能会想到蓝牙v4.1引入的一个最重要功能，即允许像智能手机那样的设备同时用作蓝牙Smart集中器和蓝牙Smart外设的拓扑功能。采用符合新规范设计的设备将天生具有这样的能力：将来自传感器或智能手表的数据传送给智能手机，然后有PC的话再传送到PC机上。 另外一种功能可以给开发人员提供更大的自由，即建立“发散网”的能力。以前蓝牙通信是通过创建微网(piconet)实现的。但它的地址空间只有3位，因此限制了一个微网最多只能有8台设备——1台集中器加7台外设——随着采用这种技术的设备数量的增加，微网限制了蓝牙技术的发挥。现在，一台设备既可以用作集中器，又可以用作外设身份，因此允许一个集中器与多于8台的设备进行通信。 对开发人员来说另外一个重要的变化是在保持通信会话方面提供了更大的灵活性。在使用蓝牙v4.0时，从一个蓝牙Smart设备到一个蓝牙Smart就绪设备的连接“通知”之间的间隔是固定的。遗憾的是，这意味着当一个活动设备(如健身监视器)与集中器是分开的话，连接可能很快被放弃，必须人工复位。从蓝牙v4.1开始，开发人员在设置连接通知之间的间隔时考虑到了对他或她的终端产品来说任何可能的使用情形。 然而，这个版本的蓝牙技术最显著的改进也许是通过在逻辑链路控制与自适应协议(L2CAP)中实现面向连接的通道而为IP连接操作打下了基础(最终将实现与互联网的直接通信)。虽然L2CAP已经是蓝牙v4.0的一部分，但直到最新版本的蓝牙发布才使得蓝牙Smart和蓝牙Smart就绪设备可以提供面向L2CAP连接的通道。 在面向连接的通道中是建立专用通道的能力。专用通道具有与它们关联的固定数值。面向连接的通道和专用通道都是互联网协议版本6(IPv6)的基本要求。IPv6是通信协议的最新版本，不仅为网络上的电脑提供身份和位置系统，还能通过互联网实现业务路由，被宣传为适合“物联网(IoT)”使用的基础性协议。 另外，蓝牙v4.1支持更长的数据包，即人们熟知的长最大传输单元(MTU)。支持更长的数据包对于在蓝牙Smart链路上承载IP包数据来说至关重要。 需要着重指出的是，仍有许多技术障碍需要克服，在蓝牙Smart设备能够与互联网直接通信之前蓝牙技术还会有多次修订。但借用蓝牙专门兴趣小组自己的话说，“[蓝牙v4.1中实现的用于通信的专用通道]是未来在传感器级别支持IPv6的基础。” 蓝牙芯片的功能 但是，如果没有先进的芯片，蓝牙增强版的承诺将化为泡影。超低功耗蓝牙Smart芯片(这种技术随蓝牙v4.0一起推出，极大地扩展了蓝牙覆盖范围，并开始进入钮扣电池供电的外围设备)是当今蓝牙技术普及的关键。幸运的是，半导体供应商随即推出了完全兼容蓝牙v4.1的蓝牙Smart芯片。 像蓝牙v4.1等开放标准的优势之一是，它鼓励多厂商供应链给工程师提供更多的选择，并培育竞争充分的环境——激励创新。芯片供应商已经准备好一年交付数十亿个蓝牙Smart芯片，每个芯片只需几个美元就能提供卓越的性能和成本，并且保证相互间能够进行互操作。 利用已有成熟的蓝牙技术生态系统，并且在那些关心射频工程复杂性的制造商的支持下，从商业公司到“制造商”社团的创新者们现在可以向实际上任何东西增加无线连接功能，并给他们的产品增加“智能”。更好的是，一些蓝牙Smart芯片甚至能够在消费者没有意识到正在升级的情况下升级它们的软件。 对于其它无线技术来说这种无线升级(over-the-air updates)已经成为习惯了。例如，消费者对于通过蜂窝网络更新智能手机上的应用程序、或者通过Wi-Fi给便携式电脑的操作系统下载安全补丁都很熟悉了。但超低功耗无线芯片的无线升级(over-the-air updates)还没有成为惯例。 然而，因为蓝牙v4.1在L2CAP层中开启了一个允许大量数据交换(加速下载)的直接通道，因此事情变得更加容易了。现在一些(但决不是所有的)蓝牙Smart芯片可以充分发挥这个功能，利用它们自己的无线链路方便快速地升级它们的射频协议软件(“堆栈”)或开发人员的应用代码。 举例来说，Nordic半导体公司刚刚发布了兼容蓝牙v4.1的最新SoftDevice(针对nRF51系列SoC的独立堆栈，整合了射频协议软件及相关的管理框架)，如图2所示。这种SoftDevice(v7.0)包含了“无线设备固件升级”(OTA-DFU)功能，支持无线软件更新。 无线升级(over-the-air updates)对于产品开发人员来说是有好处的，因为即使产品在消费者手中，也可以向现有产品中增加新功能，或进行缺陷修复。比如由于其独特的软件架构将堆栈与应用代码分隔开来，Nordic芯片允许开发人员更新某个软件组件而不存在破坏其它组件的风险。 但也许更重要的是，消费者可以从重要的软件更新中受益，这些更新可以给他们现有的无线外设带来全新的功能。这种能力允许未来新一代联网设备在位于云端的服务器指令下更新它们的软件。对消费者来说无需废弃硬件和购买新产品就能享用新的软件，如新版本的蓝牙技术。 物物连接 目前的蓝牙Smart应用配件，比如运动传感器，只能通过集中器(如智能手机)间接地连接到互联网。管理互联网数据传送的软件位于智能手机上。但从蓝牙v4.1开始推出的未来蓝牙技术将允许在传感器和位于云端的强大服务器之间进行直接的双向通信。 这样的功能将使得以前哑吧物体变得“聪明起来”。例如，雨伞可以连接到互联网以确定是否会下雨，并在主人离家之前提醒主人带上——不需要任何人工干预，也不需要连接到智能手机。另一方面，因为主人已经观察到灰色云朵，获知这一信息的雨伞可以将这个信息反馈给服务器，使得本地天气预测变得更加精确。 未来版本的蓝牙技术将可以通过路由器或机顶盒等设备实现互联网连接，这些设备能够接收蓝牙数据，并通过网关设备中的软件层将这些数据转发到云端服务。与智能手机和平板电脑不同，这些网关不需要完整的操作系统来转发数据。 由于网关只是作为一个中立设备，只是将传感器数据路由到位于云端的服务器，不需要执行任何分析或操作，因此以前不兼容蓝牙Smart传感器的成千上万设备都将能够路由这些数据。 未来版本的蓝牙还支持应用配件相互间通信，而且同样不需要智能集中器。这种技术因此可以实现物到物或物到互联网的无缝无线连接(进而形成物联网的基础性技术)。 2003年，Nordic是第一家使用超低功耗无线技术连接物到物(比如Sunnto的运动手表到心率监示器)和物到电脑(同样这个手表通过USB适配器连接到台式机)的公司。一年后，Nordic成为首家将低端智能计步器(通过PC机)连接到互联网的公司。随后在2010年，Nordic公司率先使用蓝牙Smart将应用配件连接到智能手机。到今天的2014年，Nordic公司正在开发不久就能将产品直接连到云端的芯片。 |
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