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工业应用中的蓝牙低功耗
[作者 德州儀器]   2017年11月15日 星期三 浏览人次: [4859]


蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)是蓝牙技术规格的最新成员,仅凭着钮扣大小的电池供电,就能够使物联网(IoT)的产品运行数年。其设计的初衷是要实现低功耗,通常覆盖范围只有数公尺,透过间歇式唤醒的方式在高延迟下传输少量数据。这种特性对於感测器而言是最隹的选择,并早在2010年就开始在各个领域中崭露头角。


这项技术直到一、两年後才以心率表带和智慧手表的形式推出上市,随後即被应用於智慧型手机iPhone 4S- 苹果市面上推出的第一款可支援蓝牙低功耗手机中,进而推动蓝牙低功耗市场的快速发展。


事实上,对於当时的智慧型手机用户而言,能够以低功耗的方式将手机串连至各种产品是一种非常新奇的体验。之後,许多制造商便开始跟随潮流,希??他们的产品也能具备连接智慧型手机的功能。


因此,物联网和云端连结也就自然而然的应运而生,使智慧型手机能够与任何事物相连接并且可以连接网路(从云端读取或下载资讯)。在这种巨大的变革下,产品中的韧体升级,智慧型手机开始能够控制玩具直升机,而无线连结功能也逐渐取代了有线电缆在部分领域中的应用。


图1 : 蓝牙低功耗现在高阶的工业应用领域中有了偌大的进展。(source:TI)
图1 : 蓝牙低功耗现在高阶的工业应用领域中有了偌大的进展。(source:TI)

到了2015年,蓝牙低功耗已渐渐地变得耳熟能详,许多制造商突然开始将其应用於较长距离的通讯、大量的数据传输以及严苛的ISM应用,与蓝牙低功耗最初的设计目的大不相同。现在更在高阶的工业应用领域中有了偌大的进展。


这种变革也让蓝牙低功耗在许多全新的领域中展现了其独特的价值。从核心的工业应用到高阶的家用电器,甚至是当红的讯号系统,蓝牙低功耗正在先前未曾涉及的市场领域中崛起。


现在,蓝牙低功耗已可取代包含有线及无线技术的特定解决方案。然而,随着蓝牙低功耗持续地发展,并适用於许多全新应用中,更多的挑战也将接踵而来。其中,标准化的「战争」是目前面临最大的问题,即便这种挑战是技术发展过程中必经的阶段,需要长时间的演进便得以解决。



图2 : 物联网和云端连结使智慧型手机能够与任何事物相连接,并且可以连接网路(从云端读取或下载资讯)。(source:travelandleisure.com)
图2 : 物联网和云端连结使智慧型手机能够与任何事物相连接,并且可以连接网路(从云端读取或下载资讯)。(source:travelandleisure.com)

目前我们已经可以预想得到,某些应用将会因为蓝牙低功耗的发展而受到巨大的影响。以照明为例,ZigBee凭着智慧灯泡和Wi-Fi闸道器的网路连接而占据整个市场。而现在,蓝牙低功耗可以透过星状拓扑,以透过中央或智慧型手机来控制多个灯泡。不过,由於ZigBee在网状网路拓扑中运行,意味着讯息可以透过节点传送,且传输范围也可以突破闸道器限制。


关於这点,若蓝牙网状拓朴技术透过高效能的方法进行设计(例如:不使用洪泛路由演算法),且整个解决方案具有稳健的安全性,也能够达到与ZigBee相同的能力。至於那些已部署ZigBee解决方案的装置,未来是否会显得多馀呢?其实不尽然。试想一下,如果ZigBee网路中的一个节点添加了蓝牙低功耗,或者,某个闸道器内含有一个蓝牙低功耗介面,会出现什麽样的情况呢?


当然还有其它的使用案例,例如机器与机器间的连线(M2M)、电缆替换、资产追踪和自动化控制等,皆能透过工业装置中的蓝牙低功耗来提升传输品质。目前,包括乙太网路、ZigBee、Wi-Fi、Sub-1 GHz等多种连接技术已在工业领域中占有一席之地,而蓝牙低功耗也可以轻松地让这些技术更加完善。我们需要专注发展的是简化技术,以创造一个更丰富的无线技术组合方案,如同一把易使用且多功能的瑞士刀。


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