人機(jī)界面應(yīng)用的藍(lán)牙低功耗和專有射頻協(xié)議比較

　　隨著市場(chǎng)上可用的無(wú)線技術(shù)越來(lái)越多，有許多更加復(fù)雜的、整合了無(wú)線技術(shù)的人機(jī)介面設(shè)備（HID，如無(wú)線鍵盤、無(wú)線滑鼠等）投入市場(chǎng)。雖然無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)具有互通性的優(yōu)勢(shì)，但它們也可能給應(yīng)用帶來(lái)不必要的復(fù)雜性和開銷，并導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本。另一方面，專有協(xié)議能使開發(fā)人員靈活地定製應(yīng)用，代價(jià)是要求開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)。本文針對(duì)HID市場(chǎng)中的藍(lán)牙低功耗技術(shù)與專有協(xié)議進(jìn)行了比較。

　　選擇PC HID時(shí)考慮的關(guān)鍵射頻要求是成本、功耗、可靠性/安全性、速度/輸送量和設(shè)計(jì)方便性。一般來(lái)說(shuō)，考慮到設(shè)備間的互通性，市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)要比專有實(shí)現(xiàn)略勝一籌。然而，在2009年之前的PC HID中，只有專有協(xié)議主導(dǎo)市場(chǎng)。這要?dú)w功于缺少在成本、功耗和效率方面針對(duì)PC HID市場(chǎng)最佳化了的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

　　藍(lán)牙低功耗協(xié)議主要用于低功耗應(yīng)用和PC HID市場(chǎng)。基本速率（BR）和低能耗（LE）藍(lán)牙都支援設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接設(shè)立和連接機(jī)制。與BR相較，藍(lán)牙LE更適合用于設(shè)計(jì)更低電流消耗、更低復(fù)雜性和更低成本的產(chǎn)品。

　　成本考量：無(wú)線HID市場(chǎng)對(duì)成本特別敏感，作為射頻基頻控制器的MCU需要足夠的快閃記憶體來(lái)保存無(wú)線協(xié)議堆疊。由于藍(lán)牙LE是一種標(biāo)準(zhǔn)，因此堆疊程式碼規(guī)模遠(yuǎn)大于專有協(xié)議，需要更多的快閃記憶體，因此增加了成本。無(wú)線HID市場(chǎng)一直被專有協(xié)議所主導(dǎo)，因?yàn)樗鼈儾拍芴峁┯鹆考?jí)的協(xié)議堆疊。然而，專有網(wǎng)路要求透過(guò)一個(gè)外部橋連接到PC/主機(jī)，才能與網(wǎng)路中的其它設(shè)備進(jìn)行通訊。由于大多數(shù)PC和行動(dòng)電話都有藍(lán)牙功能，因此未來(lái)這些設(shè)備都將整合支援雙模式（BR和LE）的藍(lán)牙橋，不再需要外部橋接元件。

　　功耗因素：與基本速率藍(lán)牙不同，藍(lán)牙LE是一種經(jīng)常處于休眠狀態(tài)的技術(shù)，它規(guī)定單一應(yīng)用不應(yīng)消耗超過(guò)20mA的峰值電流，在鈕扣電池應(yīng)用中不應(yīng)消耗超過(guò)15mA的電流，并且資料連續(xù)傳輸時(shí)間最大為3ms。這樣就能使手錶和運(yùn)動(dòng)感測(cè)器等小型設(shè)備在使用小型鈕扣電池的條件下連續(xù)工作數(shù)年時(shí)間。然而，支援藍(lán)牙和藍(lán)牙LE的雙模實(shí)現(xiàn)將共用現(xiàn)有的藍(lán)牙實(shí)體無(wú)線頻率和天線，因此能保持與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相同的功耗。比較功耗極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)閷Ｓ猩漕l晶片製造商一般不在資料手冊(cè)上披露功耗。開發(fā)人員必須使用實(shí)驗(yàn)板裝置和他們各自的韌體測(cè)試環(huán)境獲得他們自己的功耗資料。

　　可靠性和安全性：強(qiáng)韌性的抗2.4GHz干擾意味著能夠與802.11b/g、藍(lán)牙、無(wú)線USB和大量無(wú)線電話及微波爐和平共存。雖然像CYRF6936等一些專有無(wú)線設(shè)備採(cǎi)用DSSS（直接序列擴(kuò)頻）和FHSS（跳頻擴(kuò)頻）傳輸機(jī)制，但藍(lán)牙LE只使用對(duì)所有版本藍(lán)牙技術(shù)通用的自我調(diào)整跳頻技術(shù)。DSSS可以確保資料強(qiáng)韌性，而FHSS允許在干擾變得太大時(shí)將無(wú)線訊號(hào)跳頻到新通道。與專有協(xié)議相較，藍(lán)牙中缺少DSSS也是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)閷Ｓ猩漕l可以在有雜訊的環(huán)境中共存而無(wú)需跳頻到更安靜的通道。藍(lán)牙LE提供了完美的AES-128加密技術(shù)，可對(duì)資料封包進(jìn)行強(qiáng)大的加密和認(rèn)證。與此同時(shí)，這會(huì)消耗相當(dāng)數(shù)量的封包開銷。為了確?？煽亢桶踩南到y(tǒng)，開發(fā)人員需要自己根據(jù)設(shè)備的硬體功能和應(yīng)用的安全等級(jí)要求來(lái)判斷是採(cǎi)用現(xiàn)有的專有協(xié)議還是像藍(lán)牙這樣的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。例如，對(duì)于像無(wú)線滑鼠這樣的應(yīng)用，安全性要求就很低。

　　速度/輸送量：藍(lán)牙LE支援1Mbps的空中資料速率，這對(duì)無(wú)線HID應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。然而，由于開銷塬因，應(yīng)用的輸送量只有256kbps。專有協(xié)議具有更小的資料封包開銷，也許能夠支援更高的輸送量。對(duì)于要求更高有效輸送量的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，藍(lán)牙LE比不上專有標(biāo)準(zhǔn)。

　　認(rèn)證：任何藍(lán)牙相容的設(shè)備都要求認(rèn)證，對(duì)藍(lán)牙技術(shù)來(lái)說(shuō)這是智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)許可的一個(gè)前提條件。認(rèn)證過(guò)程增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)週期，并導(dǎo)入了額外成本和潛在延遲。在使用專有協(xié)議的情況下，許多製造商幾乎是免費(fèi)地提供他們的認(rèn)證規(guī)格，以便產(chǎn)品開發(fā)人員能夠在他們那邊認(rèn)證協(xié)議，因而大幅地減少開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間。

　　應(yīng)用：由于修改協(xié)議非常方便，因此任何應(yīng)用都能非常方便地使用專有射頻協(xié)議。這樣，透過(guò)改變輸出功率電平、啟動(dòng)更具強(qiáng)韌性的通訊方式或轉(zhuǎn)移到更安靜的環(huán)境中進(jìn)行通訊，可以讓應(yīng)用更加適合環(huán)境。

　　在充滿窄頻、本地、專有連接解決方案的市場(chǎng)中，藍(lán)牙LE技術(shù)可以透過(guò)以下特色實(shí)現(xiàn)自身的差異化：

　　* 實(shí)現(xiàn)的容易性和多供應(yīng)商互通性

　　* 超低峰值、平均值和空閒模式功耗

　　* 低成本整合

　　* 功耗處理

　　* 抗干擾性

　　雖然藍(lán)牙LE對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)似乎是很有前途的一種技術(shù)，但在HID應(yīng)用採(cǎi)用這種技術(shù)之前，業(yè)界首先需要解決一些特定的問(wèn)題。當(dāng)然，不需要外部橋接元件必然是一大優(yōu)勢(shì)。然而，電子產(chǎn)業(yè)何時(shí)能夠接受整合的雙模式藍(lán)牙無(wú)線是一個(gè)相當(dāng)中肯的問(wèn)題。在主機(jī)中整合雙模/單模藍(lán)牙無(wú)線也會(huì)產(chǎn)生與Wi-Fi、WiMax經(jīng)典藍(lán)牙和其它2.4GHz技術(shù)共存的問(wèn)題。這對(duì)開發(fā)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，在晶片實(shí)現(xiàn)之前，短期的解決方案是與PC一起提供外部橋。由于藍(lán)牙LE仍處于開發(fā)階段，所以針對(duì)所有應(yīng)用的規(guī)格要求還沒有最終定稿。這將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)影響藍(lán)牙LE向無(wú)線HID領(lǐng)域的滲透。

　　雖然藍(lán)牙是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但其綁定技術(shù)并不完美。例如，想像在一間教室中，有許多學(xué)生在使用藍(lán)牙滑鼠，所有人都試圖同時(shí)將他們的滑鼠與各自的PC配對(duì)。這時(shí)候很可能發(fā)生交叉配對(duì)，即某個(gè)滑鼠與另一臺(tái)PC對(duì)話，而不是與想要配對(duì)的PC。而像Cypress提供的專有協(xié)議則能避免這類問(wèn)題，這些協(xié)議使用KISS（保持為簡(jiǎn)單解決方案）配對(duì)、製造配對(duì)和自動(dòng)配對(duì)技術(shù)。如果開發(fā)人員想將藍(lán)牙LE用于這類HID應(yīng)用，就需使用類似的配對(duì)技術(shù)。

　　與任何產(chǎn)品一樣，適應(yīng)性是成功的關(guān)鍵。由于具有低成本和低能耗，藍(lán)牙LE似乎是無(wú)線HID市場(chǎng)中的一個(gè)有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，雖然藍(lán)牙LE吸引了許多公司進(jìn)入無(wú)線HID市場(chǎng)，但唯有比過(guò)去十年內(nèi)已獲得廣泛應(yīng)用之專有協(xié)議更好的功能，藍(lán)牙LE才能取得成功。