低功耗藍牙技術(以下簡稱BLE - Bluetooth Low Energy),也被稱為Bluetooth Smart,是在2010年的藍牙4.0規范中推出的。藍牙的早期版本,也被稱為Bluetooth Classic(經典藍牙),被廣泛用于音頻流類應用(例如耳機和無線揚聲器)。而BLE主要被用于短距離,低數據速率,電池壽命很長的應用。這類應用包括了智能手表,傳感器,運動監測,信標,以及智能家居等。
正如BLE的命名,這項技術的定義是低功耗,它允許一些應用中的傳感器可以憑借一個紐扣電池連續運行許多年的時間。BLE芯片只消耗很少的能量并且大部分時間都處在休眠模式。直到有傳輸數據的需要,它才會喚醒并且通過Advertising告知主設備有通信的需要,隨后才能發送數據,結束后回到休眠模式。
BLE不是為高速率設計的,盡管如此,它在傳輸時數據速率仍然可以達到1Mbps。BLE設備運行在2.4GHz到2.4835GHz的非授權ISM(工業,科學,醫療)頻段,并使用跳頻技術(FHSS)來減少與其他使用這一頻段的設備之間的干擾。
BLE使用40個2MHz的信道,最大發射功率為10mW(在5.0標準中有所增加)。建立連接和傳輸數據的時間間隔只需3ms,低延時對于短的數據突發來說非常高效。
在許多應用中,需要傳輸的距離可能只是幾米 – 比如可穿戴設備和口袋里的手機之間 – 但是設備的方向和附近設備的干擾這些因素對真正的有效距離產生很大的影響。在Bluetooth 5.0標準中加進了新的編碼方式和長距離選項,減少了數據速率但加入編碼增益從而改善了設備的有用傳輸距離。這對于需要與固定的傳感器通信的應用比如智能家居,信標,遠程看護裝置來說非常有價值。
藍牙技術通過AES-128加密技術與設備配對能力提供了可靠的安全性。而BLE支持安全簡單配對,允許開發者實現無配對(No Pairing),萬能鑰匙配對(Passkey Pairing)或者帶外配對(Out of Band Pairing)。在藍牙核心規范4.2中引入的LE Secure Connections pairing model,通過增加新的Numeric comparison以及Anonymous key agreement算法,提供了更多的安全性能。
常見用例
為了簡化部署,藍牙SIG為BLE了發布了一系列通用屬性用例描述(Profile),例如警報通知(Alert notification),電池服務,或時間描述,這些可以運用于特殊的應用。這些Profile定義了一些可變的屬性(應用將請求的數值)和服務(一個定義完整的屬性集合)。并列出了程序開發接口(API)來輔助開發者對數據進行讀寫以及進行其他操作。一些用例包括:
信標(Beaconing) – 當用戶經過一個傳感器時發送警告或提醒。BLE的短距離特性使它成為一個理想的距離傳感器,基于用戶的位置來推送特殊的提醒或者信息
無線聯機(Wireless Tether)- 使用電池的設備,例如智能手表,運動傳感器或溫度監控裝置,需要與智能手機或其他控制器通信來共享數據。BLE能夠節省電量并保證足夠的數據速率。
智能傳感器(Smart Sensor) - 一個很好的例子是智能足球,它集成了內置傳感器能夠監視移動距離,旋轉,速度以及加速度。BLE能夠從足球中傳輸數據用于實時或非實時的數據分析。
醫療設備(Medical Devices) – 低功耗藍牙已經在血糖儀,血壓計和其他一些醫療設備中出現了,這些傳感器被連接到用戶的智能手機中,并且可以通過接力傳輸在線發送給醫生
得益于低功率消耗,低成本,易于部署和足夠的數據率,低功耗藍牙正在幫助物聯網開發者成功推出產品并快速進入市場。
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