如何采用藍(lán)牙4.2實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)

在許多無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，如可穿戴電子設(shè)備和電池供電或自供電傳感器，將功耗保持在最低水平至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)的一些最重要的應(yīng)用包括智能家居，遠(yuǎn)程醫(yī)療保健，消費(fèi)者零售，環(huán)境監(jiān)控和商業(yè)資產(chǎn)跟蹤。為了簡(jiǎn)化部署，這些設(shè)備需要方便最終用戶訪問和控制，無需專用網(wǎng)關(guān)等特殊設(shè)備。

某些無線技術(shù)，如ZigBee?，可滿足低功耗要求，并提供長(zhǎng)距離和面向應(yīng)用的配置文件，如ZigBee PRO或ZigBee家庭自動(dòng)化(HA)。另一方面，與消費(fèi)者域的連接可能有些復(fù)雜，并且可能需要特殊的網(wǎng)關(guān)以允許用戶通過諸如普通智能手機(jī)或平板電腦之類的設(shè)備進(jìn)行交互。

藍(lán)牙?具有一些吸引力作為替代方案，但從歷史上看，它并不適合物聯(lián)網(wǎng)的某些方面。它的功耗相對(duì)較高，數(shù)據(jù)速率比通常更快，而且第一個(gè)藍(lán)牙規(guī)范是基于一對(duì)一而不是一對(duì)多的連接。

藍(lán)牙低功耗(BLE)標(biāo)準(zhǔn)(版本4.0/4.1/4.2)補(bǔ)充了基本速率(BR)和增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率(EDR)(版本2.0/2.1)標(biāo)準(zhǔn)，改變了藍(lán)牙與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。自2012年以來，每個(gè)智能手機(jī)，平板電腦和智能手表都支持BLE，允許用戶使用自己的設(shè)備輕松直接與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行交互，而不受網(wǎng)關(guān)需求的限制。

藍(lán)牙移至滿足物聯(lián)網(wǎng)需求

BLE標(biāo)準(zhǔn)旨在交換短脈沖數(shù)據(jù)并使微硬件電流消耗大小而不是毫安，同時(shí)擴(kuò)展通信范圍。在這些規(guī)范中，后來的藍(lán)牙4.2增加了重要的新功能，這些功能顯然旨在使藍(lán)牙盡可能地吸引物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員。

藍(lán)牙4.2中添加的重要功能包括互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議支持配置文件(IPSP) )使設(shè)備具有自己的IPv6地址，從而通過邊緣設(shè)備直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，而無需智能手機(jī)充當(dāng)網(wǎng)關(guān)或集線器等設(shè)備。通過使藍(lán)牙設(shè)備能夠發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)包，IPSP還可以與支持IP的其他非藍(lán)牙設(shè)備(如6LoWPAN設(shè)備)進(jìn)行通信，從而極大地?cái)U(kuò)展了互操作性。

此外，還有一些重要的新功能允許設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)HTTP與基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)進(jìn)行交互。這些功能包括新的API，使用戶能夠通過Internet安全地發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙LE設(shè)備并與之互動(dòng)。這些設(shè)備可以是智能家居傳感器或執(zhí)行器，例如窗戶傳感器或門鎖。房主可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備，檢查其狀態(tài)，并通過路由器或智能電視等設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。同樣，智能家居所有者可以通過直接從智能手機(jī)，平板電腦或支持藍(lán)牙的PC連接來控制所有這些設(shè)備，而無需任何其他網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

新的HTTP代理服務(wù)(HPS)允許藍(lán)牙4.2設(shè)備充當(dāng)HPS客戶端與云應(yīng)用程序交互。在智能家居應(yīng)用中，充當(dāng)HPS客戶端的藍(lán)牙4.2溫度傳感器可以在家庭路由器上使用可發(fā)現(xiàn)的HPS服務(wù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到基于云的應(yīng)用程序，如能效服務(wù)(圖1)。

圖1：藍(lán)牙4.2設(shè)備可以使用HPS直接向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

藍(lán)牙4.2還指定了更大的消息包大小，允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖戎鞍姹镜腂LE快2.5倍。

BLE規(guī)范中一個(gè)比較有爭(zhēng)議的方面是支持信標(biāo)功能，它利用了BLE設(shè)備之間的自動(dòng)交互。連接到移動(dòng)設(shè)備的藍(lán)牙信標(biāo)在范圍內(nèi)可以支持諸如微位置，在商店中推銷銷售信息或在店內(nèi)跟蹤客戶移動(dòng)以用于營(yíng)銷目的的應(yīng)用。畫廊或藝術(shù)博物館可以發(fā)布一個(gè)供訪問者下載的應(yīng)用程序，允許他們?cè)谡褂[中移動(dòng)時(shí)自動(dòng)接收每個(gè)展覽的信息。

在企業(yè)場(chǎng)景中，信標(biāo)非常有用。例如，它們可用于引導(dǎo)訪問者訪問大型站點(diǎn)中的特定位置，快速查找可能放錯(cuò)位置的資產(chǎn)，或者在需要維護(hù)時(shí)發(fā)出警報(bào)時(shí)廣播警報(bào)。

隱私和安全性

通過識(shí)別藍(lán)牙設(shè)備地址來跟蹤智能手機(jī)用戶的能力引發(fā)了隱私問題。為了解決這個(gè)問題，藍(lán)牙4.2引入了一項(xiàng)隱私功能，可以使用安全加密密鑰頻繁生成新的設(shè)備地址。密鑰對(duì)于可信設(shè)備是已知的，允許它們解析新地址。因此，用戶有權(quán)選擇何時(shí)允許跟蹤，并且可以例如平衡接收銷售要約或位置指導(dǎo)的價(jià)值以防止感知入侵或侵犯隱私。

這個(gè)新的隱私功能是其中之一藍(lán)牙4.2中的許多安全功能，符合NIST或FIPS認(rèn)證，包括更安全的密鑰生成，加密和數(shù)據(jù)簽名技術(shù)，以涵蓋早期BLE規(guī)范中的漏洞。通過添加額外的配對(duì)方法，使用橢圓曲線加密技術(shù)進(jìn)行密鑰交換，確保更強(qiáng)的安全性，從藍(lán)牙4.0和4.1的安全簡(jiǎn)單配對(duì)模型升級(jí)配對(duì)，確保更強(qiáng)的安全性。

結(jié)合藍(lán)牙的優(yōu)勢(shì)4.2通過增強(qiáng)的互聯(lián)網(wǎng)和云連接，消費(fèi)者智能手機(jī)中無處不在的藍(lán)牙技術(shù)可以使其成為物聯(lián)網(wǎng)中使用最廣泛的技術(shù)。

需要新的硬件

一些增強(qiáng)功能通過更新固件，可以將藍(lán)牙4.2(例如改進(jìn)的安全功能)添加到現(xiàn)有BLE產(chǎn)品中。然而，其他方面，例如更快的數(shù)據(jù)速度，只能通過適當(dāng)?shù)挠布韺?shí)現(xiàn)。許多藍(lán)牙4.2模塊可用于幫助設(shè)計(jì)人員快速利用新標(biāo)準(zhǔn)。

Microchip RN4870和RN4871是完整的模塊，將Microchip IS187x BLE IC與所有必需的外圍組件相結(jié)合板式天線創(chuàng)建一個(gè)易于使用的插入式解決方案(圖2)。該IC完全集成了藍(lán)牙4.2基帶控制器，藍(lán)牙4.2堆棧，數(shù)字和模擬I/O以及RF功率放大器。該模塊通過簡(jiǎn)單的UART接口連接到主機(jī)系統(tǒng)，并提供方便的ASCII命令A(yù)PI。 RN4870/71模塊可以與板載陶瓷芯片天線一起訂購(gòu)，或者作為非屏蔽版本，具有外部天線連接，從而使尺寸更緊湊，適用于空間受限的應(yīng)用。

圖2：該模塊提供了藍(lán)牙4.2連接所需的一切，并可輕松連接到主控制器。

另一個(gè)模塊，Silicon Labs BGM113，基于EFR32BG SoC采用ARM?Cortex?-M4微控制器，能夠在空間或成本受限的應(yīng)用中無需外部MCU即可托管最終用戶應(yīng)用。該模塊集成了各種外設(shè)，如比較器和ADC，以及便于連接其他外設(shè)或外部傳感器的數(shù)字接口和GPIO。

結(jié)論

無線標(biāo)準(zhǔn)需要一段時(shí)間應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)迅速擴(kuò)展到日常生活中。許多現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法使物聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)揮其作為消費(fèi)者或商業(yè)工具的潛力。增強(qiáng)功能和特殊配置文件(如ZigBee HA)說明了無線行業(yè)試圖趕上快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)機(jī)會(huì)的一些嘗試。

藍(lán)牙低功耗與低功耗，低功耗相比，具有超越其他無線標(biāo)準(zhǔn)的巨大優(yōu)勢(shì)由于對(duì)當(dāng)今流行的移動(dòng)設(shè)備的普遍支持，數(shù)據(jù)速率和適當(dāng)?shù)姆秶c純粹無處不在。通過更時(shí)尚的IP連接，更高的安全性和隱私性以及有用的速度提升，藍(lán)牙4.2可以為物聯(lián)網(wǎng)提供理想的連接技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)其崇高的目標(biāo)。