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变身物联网现成标准 蓝牙5传输力大跃进

看好物联网市场发展潜力,蓝牙技术联盟相继推出蓝牙5和蓝牙Mesh技术,不但可以传输得更远、更快速,同时还包括更大的传输容量。本文将深入剖析蓝牙5标准的技术特性与市场应用情形。

变身物联网现成标准 蓝牙5传输力大跃进

 
 
看好物联网市场发展潜力,蓝牙技术联盟相继推出蓝牙5和蓝牙Mesh技术,不但可以传输得更远、更快速,同时还包括更大的传输容量。本文将深入剖析蓝牙5标准的技术特性与市场应用情形。
 
2016年12月,蓝牙技术联盟正式宣布推出新一代的蓝牙核心规格版本“蓝牙5”(Bluetooth 5),主要更新包括更远的传输距离、更快的传输速度、更大的广播消息负载量,以及与其他无线技术的互操作性和共存性的提升。
 
蓝牙5在蓝牙4.2核心规范上大幅提升效能,包括4倍传输范围扩展、2倍传输速率提升以及8倍广播数据扩展。此外,还能协助减少蓝牙与其他无线技术之间的潜在干扰,确保蓝牙设备能够在日益复杂的全球物联网环境中与其他各类设备并存。根据研究机构ABI Research资深分析师Ryan Martin的预测,2021年全球联网装置安装数量将高达480亿,其中有将近三分之一的联网装置将具备蓝牙技术。而2017年年初时,三星发布的Galaxy S8也成为消费者手中第一款应用蓝牙5技术标准的智能手机。
 
蓝牙自从90年代中期面世以来,始终专注于通讯连接技术。从最初主要应用于手机和耳机之间语音通话的配对,到后来的立体声音讯,蓝牙技术联盟非常重视这种点对点(1:1)的连接能力-“配对”是蓝牙体验的核心,而蓝牙5的目标就是继续提升用户体验。
 
蓝牙5带来了传输速度、传输范围的升级,而前一代的蓝牙4.0同样带来了一系列革命性的变化,尤其是低功耗应用的导入,让蓝牙的一对一连接效能提升。透过蓝牙将手机连接到耳机、喇叭、汽车等,这些功能受到广大消费者青睐。
 
除此之外,蓝牙近期也因为具备一对多的广播传输能力而备受瞩目。这种一对多(1:M)的连接能力使蓝牙5效能更强,在广播时能够提高8倍的数据传输量,将让使用蓝牙Beacon的服务更加智能、功能更加强大。
 
举例而言,以往在零售商店中使用的Beacon可为附近的产品发出广播,推送优惠券。而使用蓝牙5后,Beacon不但可以透过广播发送优惠券,还能发送商店地图以协助用户了解产品的确切位置,甚至发送包含更多商品信息的URL链接,以及商品剩余库存的详细信息等。
 
虽然广播并不是蓝牙诞生之初就有的功能,但目前广播已成为蓝牙体验的核心,而蓝牙5的升级将再接再厉,让更多的广播应用程序变成可能。
 
容量/速率/覆盖范围升级 蓝牙5核心规范变身
 
蓝牙5在蓝牙4.2核心规范上大幅提升效能,包括4倍传输范围扩展、2倍传输速率提升以及8倍广播数据扩展。
 
以下我们将从理论的角度深入探讨蓝牙5和先前版本的蓝牙低功耗数据传输量有何不同。

 

变身物联网现成标准 蓝牙5传输力大跃进

 

图1 一个设备到对等设备的低功耗蓝牙连接完整传输周期

 

 
对于无线连接,有一些传输成本用于链路维护和数据报冗余,以保持蓝牙连接的稳定性和高效能。对于蓝牙低功耗连接,从一个设备到对等设备的完整传输周期如图1:
 
・「T」时槽(Time slot)是传输时槽,用以传输讯框(Data Frame),讯框包括讯框标头、有效载荷(Payload)和完整性验证字段,有用的数据将位于有效载荷中进行发送。 
 
・「R」时槽是来自对等设备的应答数据报;当设备向对等设备发送一个数据报时,对等设备将发回具有最小数据报长度的数据报,以说明先前传输成功。 
 
・「T_IFS」是讯框间间隔;它定义了两个连续数据报之间的时间间隔。「T_IFS」应为150μs,无论使用的是蓝牙5还是蓝牙4.0。 

 
因此,用于连接的蓝牙低功耗资料吞吐率的计算公式为:


 




当建立连接时,我们能够用此公式计算从蓝牙4.0到蓝牙5的数据吞吐率。
 
蓝牙4.0/4.1版本
 
蓝牙4.0/4.1具有相同的低功耗数据报格式和相同的调制速率,即1Mbit/s,这意味着发射机具有在一秒内发送1Mbit的能力。
 
从图2中可以看出,长度字段长度为5位(Length显示;5位等于二进制的0b11111、十六进制的0x1F、十进制的31),它可以表示0~31的数值范围,指示有效载荷和MIC(如果包含)的长度。
 
 

变身物联网现成标准 蓝牙5传输力大跃进

图2 蓝牙4.0/4.1链路层数据报的数据报格式、PDU格式       和讯框标头格式

 

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(责任编辑:ioter)

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