蓝牙低功耗（BLE）最适合物联网应用吗？

　　通向500亿个智能物的道路

　　1999年，著名记者Neil Gross曾经写道：(1)“在下个世纪，地球将披上一块电子皮肤。它将把互联网当作支撑和传送其感觉的骨架，这块皮肤正被缝合成一片。”不出Gross所料，我们今天已经迎来这块连续的皮肤：物联网。

　　物联网(IoT)通常被定义为这样一个场景：每个物体、动物和/或人被赋予唯一的标识以及在无需人人交互或人机交互的情况下通过网络传送数据的能力。据Cisco互联网业务解决方案事业部(IBSG)预测， (2)到2020年，将有500亿个“物”通过物联网互连。物联网由传感器、连接和互联网推动。所有连入网络的“物”都将配备传感器或致动器。传感器采用一种通俗易懂并可被主设备(如计算机、手机等)检测到的通信模式与后者通信。

　　物联网革命最著名的成就之一是由荷兰新创公司Sparked发明的“牛传感器”。这些传感器被安装在牛耳上，能够监测牛的生命体征，并在检测到牛生病或怀孕时向农场主发送信息，从而让后者能够更好地监控这些牲畜的健康状况。类似的突破还发生在医疗(无线心脏监测器)、服装(智能鞋)、消费电子(智能冰箱)等其它领域。

　　物联网理念直接引发了无数的可能性。人们可以将传感器/致动器安装在任何物上(让它们成为“智能物”)。传感器检测和测量某些参数(例如：心率、跑步/走路速度、宠物的行走方向等)。这些数据通过无线方式被传送到一个主设备(如手机或PC)。因此，物联网的过程就是检测、测量和通信。

　　为了让一个成功的物联网环境蓬勃发展，我们需要主从设备之间以及从设备之间实现经济高效的通信。有效的通信需要以下条件：

　　1. “物”处于活动状态，而且正在传送数据;

　　2. 主从设备在通信距离内;

　　3. 有互操作性(即接收器能读懂所传送的消息)

　　4. 数据与主设备相关。

　　与此同时，我们还必须确保通信能够快速完成，不会耗尽设备的电池电量。

　　无线通信系统

　　物联网中的连接通常利用无线通信。有很多无线通信系统可供选择。哪种通信技术最合适取决于应用的类型和要求。根据应用需求，我们可以将物联网通信要求分为以下几类：

　　1. 短距离和长距离：一个设备距离主设备或另一个设备多远仍能可靠地与其通信?上述的牛传感器是一个长距离应用。另一方面，很多生活方式、家庭自动化、PC外设和医疗应用只需要短距离通信。

　　2. 对低功耗通信的需求：对于工业应用而言，某些设备会连接电源(或使用大容量电池)，因此可能不需要低功耗通信。但是，可穿戴电子设备等应用通常使用纽扣电池，低功耗通信是一项迫切要求。未来几年，这类应用会是物联网的主要增长点。

　　3. 短突发或连续的数据传送：某些设备需要连续不断地通信，而另一些设备只需周期性地以短突发方式发送数据。用于描述这些传送方法的指标是占空比(单个周期内信号处于活动状态的占比(%))。因此，设备可以被分类为低占空比和高占空比设备。

　　4. 对专有或标准通信技术的需求： 有很多专有(由一家公司发明和拥有)和标准(由一个行业组织和多家厂商定义和遵守的规范)通信技术。专有通信技术的一个局限性是：双方(主设备-从设备、主设备-主设备或从设备-从设备)需要类似设备才能确认收到和读懂数据。通常而言，只有当发射和接收设备由同一家公司制造或由共同开发某个解决方案的多家公司制造时，这种情况才有可能发生(例如，X公司生产的PC能够与X公司生产的采用某种专有通信技术的鼠标通信)。

　　然而，随着越来越多的新型物联网设备涌入市场，专有通信技术开始限制这些设备的适销性。为了更好地理解这一点，让我们以可穿戴技术为例加以说明。很多公司都在专注于开发各种创新型智能可穿戴设备。它们之中的大多数并不生产PC、智能手机等主设备。因此，这些公司更愿意看到它们的设备能够与尽可能多的主设备通信。鉴于此，它们愿意采用大多数主设备都理解的标准通信技术。

　　蓝牙低功耗(BLE)

　　蓝牙低功耗(BLE)(被誉为“蓝牙智能”)是蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)设计和推出的一种无线通信技术。BLE瞄准的是具有以下要求的应用：

　　1. 通信距离长达100米。但在SIG的网站上，该规范并未限制通信距离。这意味着厂商可以生产通信距离大于100米的设备。

　　2. 大部分时间需要使用纽扣电池运行。很多物联网设备需要使用标准纽扣电池运行多年。BLE可实现超低的峰值、平均和空闲模式功耗。此外，低占空比设备还能节省更多电能。

　　3. 多厂商互操作性。作为一个标准，BLE与此前的蓝牙版本一样，也得到了主设备制造商的广泛采用。很多物联网从设备也支持BLE。安卓、iOS、Windows 8、Linux等主流操作系统均原生支持BLE。据SIG预测，到2018年，90%的智能手机将支持BLE。这个生态系统有助于实现多厂商互操作性。

　　4. 数据传送速率高达1Mbps

　　BLE协议栈(图1：协议栈)包含3个小组：

　　A. 控制器：对数据包进行编码并使用无线信号发送它们的实际设备。控制器还能接收无线信号，并将它们解码为数据。

　　B. 主机：软件栈，包含各种协议和规范(profile)(共同执行一个特定的最终应用的一组服务及它们的行为)，负责管理两个设备之间的通信。

　　C. 应用： 利用控制器和主机执行某个特定功能的用例。

　　应用层是蓝牙的一大优势。对于开发人员而言，这意味着除了一组通用的协议和服务之外，他们还能使用很多专用协议。蓝牙技术联盟为BLE设备定义了几个规范(profile) (即设备在某个特定应用中如何运行的规范)。以HRP(心率)规范为例。该规范可让一个采集器(如一部智能手机)连接用户身体上的一个心率传感器，并与其交互。SIF发布的这个规范描述了规范依赖关系(例如，HRP需要一个通用属性规范(GATT))、传感器角色要求、采集器(数据)角色要求、连接建立规程、安全事项等等。遵守这个规范能够无缝、轻松地让BLE适用于某个应用。SIG网站列出了所有可用规范。一个设备可以利用多个规范。