藍芽低功耗

藍芽低功耗也稱藍芽低能耗、低功耗藍芽，是藍芽技術聯盟設計和銷售的一種個人區域網路技術，旨在用於醫療保健、運動健身、信標、安防、家庭娛樂等領域的新興應用。相較經典藍芽，低功耗藍芽旨在保持同等通訊範圍的同時顯著降低功耗和成本。包括iOS、Android、Windows Phone和BlackBerry在內的大多數移動作業系統，以及macOS、Linux、Windows 8與Windows 10等在內的桌面作業系統，均已原生支援低功耗藍芽。藍芽技術聯盟預測，到2018年超過90%有藍芽的智慧手機將支援低功耗藍芽。相容性.低功耗藍芽不能向後相容原有的藍芽協議。藍芽4.0規範允許裝置同時支援經典與低功耗藍芽協議。低功耗藍芽與經典藍芽使用相同的2.4 GHz無線電頻率，因此雙模裝置可以共享同一個天線。低功耗藍芽使用的調變系統更簡單。品牌.2011年，藍芽技術聯盟發表了“藍芽智慧”徽標，體現低功耗裝置與藍芽裝置的相容性。根據2016年5月藍芽技術聯盟的品牌資訊，藍芽技術聯盟開始逐步停用“藍芽智慧”和“藍芽智慧就緒”標識，恢復使用“Bluetooth”圖案標誌和文字標識。標誌使用新款藍色。目標市場.藍芽技術聯盟的低功耗技術瞄準多個市場，特別是智慧家庭、健康、運動健身部分。主要的優點包括：歷史.2001年，諾基亞確定了當時多個未明確的無線技術方案。該公司著手研發一種基於藍芽標準的無線技術，目標是在降低功耗和成本的同時最小化與現有藍芽技術的差別。在2004年諾基亞以“藍芽低端擴充套件”為名將此技術發表。得益於羅技等合作伙伴在歐盟的MIMOSA專案中的合作和意法半導體一貫的推進和支援，該技術在2006年10月以品牌名稱Wibree公開發布。2007年6月，諾基亞與藍芽技術聯盟成員協商達成一致，Wibree被納入未來的藍芽規範，作為一種超低功耗的藍芽技術，併名為“藍芽低功耗”。將藍芽低功耗整合到藍芽核心技術規範的工作完成於2010年的藍芽4.0版本。首款實現4.0規範的智慧手機iPhone 4S釋出於2011年10月。其餘很多製造商在2012年也釋出了“藍芽智慧就緒”的裝置。藍芽技術聯盟於2016年6月16日在倫敦舉行的媒體活動上正式推出藍芽5。出於一個品牌營銷的考量，小數點被取消了，這一決定據稱是為了“簡化營銷、更有效地向用戶傳達益處”。在技術方面，藍芽5透過增加發射功率或編碼物理層的方式將覆蓋距離擴大到了4倍，可選的2倍符號速率特性可以使傳輸速率加倍，透過增加廣播資料的長度使資料廣播容量增加到8倍，主要應對需要連線整棟房屋的物聯網應用。藍芽技術聯盟在2017年7月18日正式釋出了Mesh Profile和Mesh Model規範。使藍芽低功耗支援家庭自動化、感測器網路等場景的多對多通訊。應用.藍芽技術聯盟沿用經典藍芽的規範內容，為藍芽低功耗定義了一些profile，這些profile定義了一個裝置在特定應用情景下如何工作。製造商應透過在實現中遵循特定的profile以確保相容性。一臺裝置可以使用多個profile。當前所有低功耗應用profile都基於通用屬性規範。GATT定義了屬性，作為通用的封裝資料的單位，並定義瞭如何透過藍芽連線傳輸屬性從而達到傳輸資料的目的。藍芽4.0能夠提供低功耗的較高位元率傳輸。2014年，CSR研究組，研究並定義用例，納入到標準規範中。健康護理規範.“藍芽低功耗”裝置在醫療領域中有許多規範。促進了他們與藍芽技術聯盟的合作。運動和健身規範.運動和健身規範包括：接近感應.“”非常適合為“始終開啟”的裝置儘可能延長電池壽命。 iBeacon裝置的製造商為其裝置實現了相應規範，確保與蘋果公司裝置的接近感應功能相容。有關的應用程式規範包括：2019冠狀病毒病監視.在疫情期間，大多數地方的接觸者追蹤手機應用都使用了藍芽低功耗技術，包括中國大陸的通訊大資料行程卡、臺灣的社交距離App、新加坡的合力追蹤、日本的COCOA等。香港的安心出行也計劃新增基於藍芽的接觸者追蹤功能。實現.晶片組.從2009年年底開始，多家制造商已宣佈實現藍芽低功耗積體電路。實現通常採用軟體無線電，以便可以用韌體升級實現更新標準。硬體.當今的移動裝置通常釋出同時支援“經典藍芽”和“低功耗藍芽”標準的硬體和軟體。藍芽技術聯盟維護有一個裝置列表 。技術細節.無線電介面.“藍芽低功耗”技術採用與“經典藍芽”技術相同的工作頻率。藍芽低功耗使用跳頻擴頻抵抗窄帶干擾問題。經典藍芽也使用跳頻擴充套件，但細節有所不同；因此，FCC和ETSI將藍芽技術分類為一個FHSS方案，藍芽低功耗被分類為一個數字調製技術或直接序列擴頻。更多技術細節見藍芽技術聯盟官方釋出的規範。請注意，功耗不是藍芽規範的一部分。宣告與發現.藍芽低功耗裝置透過廣播宣告完成。宣告裝置在這三個頻道中的至少一個上傳送封包，傳送週期被稱為宣告間隔。為減少多次連續衝突的機率，每個宣告時間間隔都會增加一個最長10毫秒的隨機延遲。掃描器則在掃描視窗時對通道進行監聽，掃描週期性重複。因此，發現裝置的等待時間存在機率性，取決於三個引數。已隱藏部分未翻譯內容，歡迎參與[ 翻譯]。藍芽低功耗的發現方案採用了週期性間隔技術，for which upper bounds on the discovery latency can be inferred for most parametrizations. While the discovery latencies of BLE can be approximated by models for purely periodic interval-based protocols, the random delay added to each advertising interval and the three-channel discovery can cause deviations from these predictions, or potentially lead to unbounded latencies for certain parametrizations。軟體模型.所有藍芽低功耗裝置使用“通用屬性規範”。。GATT具有以下術語：一個發出GATT命令和請求的裝置，然後接受響應。例如一個計算機或智慧手機。一個接受GATT命令和請求的裝置，然後返回響應。例如一個溫度感測器。在客戶端與伺服器間傳遞的資料值，例如當前的電池電壓。有關特徵的收集，具有一系列操作來執行特定功能。例如，“體溫計”服務包括一個溫度測量值，以及測量的時間間隔。描述符提供有關特徵的其他資訊。例如指示一個溫度值特徵的單位，以及感測器可以測量的最大值和最小值。描述符是可選的——每個特徵可以有任何數量的描述符。某些服務和特徵用於管理目的——例如，“通用訪問”服務中的型號名稱和序列號可作為標準特徵讀取。服務還可包含其他服務作為子功能；裝置的主要功能被稱為主服務。識別符號.服務、特徵和描述符被統稱為屬性服務採用短碼0x180A而非0000180A-0000-1000-...。完整列表見藍芽分配號碼線上文件。GATT操作.GATT協議提供了大量用於客戶端的命令以發現有關伺服器的資訊。這包括：除此之外，也提供讀特徵值的命令：最後，GATT有提供通知。客戶端可以請求伺服器通知一項特徵。伺服器可以在其變為可用時將該值傳送給客戶端。例如，溫度感測器的伺服器可以在每次測量時通知其客戶端。這得以避免客戶端輪詢伺服器，造成伺服器的無線電路保持執行。指示與通知類似，不同之處是它需要客戶端響應已收到該訊息。電池影響.讀取特徵值的命令也已提供：藍芽低功耗的設計使更低功耗的裝置成為了可能。包括CSR、、、意法半導體、和德州儀器在內的數家晶片製造商都推出了其為藍芽低功耗最佳化的晶片組。外圍裝置與中央裝置有著不同的功耗要求。據信標軟體公司的一項研究顯示，諸如接近信標等外圍裝置通常使用一枚1000毫安時的紐扣電池工作1-2年。相比之下，連續掃描中央裝置的同類信標可能在幾小時內就消耗1000毫安時。在Android和iOS裝置上，電池續航時間可能存在一些差異，具體取決於掃描型別和附近的藍芽低功耗裝置的數量隨著晶片組和軟體的不斷進步，目前智慧手機所使用的藍芽低功耗帶來的功耗已可以忽略不計。拓展閱讀.GATT在藍芽4.0核心規格 的Volume 3 - Part G有完整描述。