【導(dǎo)讀】自2010年以來藍(lán)牙核心規(guī)范V4.0（藍(lán)牙V4.1）發(fā)布以來低調(diào)的藍(lán)牙SMART已成為重點(diǎn)關(guān)注對象。具有藍(lán)牙SMART功能的產(chǎn)品，例如蘋果和安卓移動(dòng)設(shè)備大多標(biāo)配藍(lán)牙V4.0、V4.1。本文就來為大家普及一下開發(fā)人員必知的藍(lán)牙4.1的那些事。
目前具有藍(lán)牙Smart功能的產(chǎn)品，包括蘋果設(shè)備和大多數(shù)安卓移動(dòng)設(shè)備，都標(biāo)配了藍(lán)牙v4.0/v4.1芯片。這些芯片除了可以實(shí)現(xiàn)“經(jīng)典”藍(lán)牙技術(shù)可以完成的所有功能外，還能與鈕扣電池供電的外設(shè)和產(chǎn)品(如智能手表)中越來越普及的藍(lán)牙Smart芯片進(jìn)行通信。
在今后幾年中，智能手機(jī)和平板電腦的銷量預(yù)計(jì)會(huì)猛增。比如市場分析公司Statista Research就預(yù)計(jì)，到2020年全球移動(dòng)設(shè)備的出貨量總計(jì)將達(dá)61億臺(tái)。分析公司IHS稍微保守一點(diǎn)，但其預(yù)測值仍然是個(gè)大數(shù)目。據(jù)IHS公司估計(jì)，到2013年底智能手機(jī)保有量為19.19億部，并且在今后5年中將增加到50.82億部。鑒于藍(lán)牙技術(shù)與智能手機(jī)和平板電腦的密切關(guān)系，那些致力于開發(fā)“應(yīng)用配件”的公司數(shù)量以及連接每部智能手機(jī)的藍(lán)牙Smart設(shè)備數(shù)量將鐵定飛速增長。
圖1：將外設(shè)產(chǎn)品(比如這些Scalextric槽軌車)與具備藍(lán)牙Smart的智能手機(jī)上的軟件應(yīng)用搭配在一起的應(yīng)用配件
應(yīng)用配件可以將諸如健身傳感器或玩具等外設(shè)產(chǎn)品與具有藍(lán)牙Smart功能的智能手機(jī)、平板電腦或臺(tái)式機(jī)上的應(yīng)用軟件搭配在一起。這些應(yīng)用配件通常采用鈕扣電池等小型電池供電，并利用超低功耗(ULP)的藍(lán)牙Smart芯片將它們的數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)設(shè)備。主設(shè)備的應(yīng)用軟件隨即對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示。許多應(yīng)用還能方便地通過社交媒體分享這些信息。不過現(xiàn)在除了其它一些有用的新功能外，最新版本的藍(lán)牙技術(shù)——藍(lán)牙v4.1還引入了有助于構(gòu)建技術(shù)基礎(chǔ)的新功能，最終允許藍(lán)牙Smart設(shè)備直接連接互聯(lián)網(wǎng)——無需再依賴智能手機(jī)或平板電腦的運(yùn)算能力。(移動(dòng)產(chǎn)品(或其它與互聯(lián)網(wǎng)連接的產(chǎn)品，如Wi-Fi路由器)仍然可作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，而用于分析、操作和共享信息的功能越來越強(qiáng)大的軟件將位于云端)。
但藍(lán)牙v4.1仍然無法通過直接互聯(lián)網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙興趣小組(SIG)想要擴(kuò)展藍(lán)牙技術(shù)覆蓋范圍的雄心壯志。藍(lán)牙專門興趣小組的這個(gè)戰(zhàn)略將鼓勵(lì)一種全新的產(chǎn)品并開創(chuàng)出新的市場領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域有可能使應(yīng)用配件也望塵莫及。
基于IP的藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)
從開發(fā)者的角度看，藍(lán)牙v4.1提供了比以前版本更好的諸多優(yōu)勢。其中的關(guān)鍵是更好地統(tǒng)一了完全不同的使用案例，包括了以這種技術(shù)悠久的流媒體模式、超低功耗操作模式(使用符合規(guī)范的低能量核心配置的技術(shù))以及連接互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的操作模式為代表的用例。
開發(fā)人員可能會(huì)想到藍(lán)牙v4.1引入的一個(gè)最重要功能，即允許像智能手機(jī)那樣的設(shè)備同時(shí)用作藍(lán)牙Smart集中器和藍(lán)牙Smart外設(shè)的拓?fù)涔δ堋２捎梅闲乱?guī)范設(shè)計(jì)的設(shè)備將天生具有這樣的能力：將來自傳感器或智能手表的數(shù)據(jù)傳送給智能手機(jī)，然后有PC的話再傳送到PC機(jī)上。
另外一種功能可以給開發(fā)人員提供更大的自由，即建立“發(fā)散網(wǎng)”的能力。以前藍(lán)牙通信是通過創(chuàng)建微網(wǎng)(piconet)實(shí)現(xiàn)的。但它的地址空間只有3位，因此限制了一個(gè)微網(wǎng)最多只能有8臺(tái)設(shè)備——1臺(tái)集中器加7臺(tái)外設(shè)——隨著采用這種技術(shù)的設(shè)備數(shù)量的增加，微網(wǎng)限制了藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)揮。現(xiàn)在，一臺(tái)設(shè)備既可以用作集中器，又可以用作外設(shè)身份，因此允許一個(gè)集中器與多于8臺(tái)的設(shè)備進(jìn)行通信。
對開發(fā)人員來說另外一個(gè)重要的變化是在保持通信會(huì)話方面提供了更大的靈活性。在使用藍(lán)牙v4.0時(shí)，從一個(gè)藍(lán)牙Smart設(shè)備到一個(gè)藍(lán)牙Smart就緒設(shè)備的連接“通知”之間的間隔是固定的。遺憾的是，這意味著當(dāng)一個(gè)活動(dòng)設(shè)備(如健身監(jiān)視器)與集中器是分開的話，連接可能很快被放棄，必須人工復(fù)位。從藍(lán)牙v4.1開始，開發(fā)人員在設(shè)置連接通知之間的間隔時(shí)考慮到了對他或她的終端產(chǎn)品來說任何可能的使用情形。
然而，這個(gè)版本的藍(lán)牙技術(shù)最顯著的改進(jìn)也許是通過在邏輯鏈路控制與自適應(yīng)協(xié)議(L2CAP)中實(shí)現(xiàn)面向連接的通道而為IP連接操作打下了基礎(chǔ)(最終將實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的直接通信)。雖然L2CAP已經(jīng)是藍(lán)牙v4.0的一部分，但直到最新版本的藍(lán)牙發(fā)布才使得藍(lán)牙Smart和藍(lán)牙Smart就緒設(shè)備可以提供面向L2CAP連接的通道。
在面向連接的通道中是建立專用通道的能力。專用通道具有與它們關(guān)聯(lián)的固定數(shù)值。面向連接的通道和專用通道都是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IPv6)的基本要求。IPv6是通信協(xié)議的最新版本，不僅為網(wǎng)絡(luò)上的電腦提供身份和位置系統(tǒng)，還能通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)路由，被宣傳為適合“物聯(lián)網(wǎng)(IoT)”使用的基礎(chǔ)性協(xié)議。
另外，藍(lán)牙v4.1支持更長的數(shù)據(jù)包，即人們熟知的長最大傳輸單元(MTU)。支持更長的數(shù)據(jù)包對于在藍(lán)牙Smart鏈路上承載IP包數(shù)據(jù)來說至關(guān)重要。
需要著重指出的是，仍有許多技術(shù)障礙需要克服，在藍(lán)牙Smart設(shè)備能夠與互聯(lián)網(wǎng)直接通信之前藍(lán)牙技術(shù)還會(huì)有多次修訂。但借用藍(lán)牙專門興趣小組自己的話說，“藍(lán)牙v4.1中實(shí)現(xiàn)的用于通信的專用通道]是未來在傳感器級(jí)別支持IPv6的基礎(chǔ)。”
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藍(lán)牙芯片的功能
但是，如果沒有先進(jìn)的芯片，藍(lán)牙增強(qiáng)版的承諾將化為泡影。超低功耗藍(lán)牙Smart芯片(這種技術(shù)隨藍(lán)牙v4.0一起推出，極大地?cái)U(kuò)展了藍(lán)牙覆蓋范圍，并開始進(jìn)入鈕扣電池供電的外圍設(shè)備)是當(dāng)今藍(lán)牙技術(shù)普及的關(guān)鍵。幸運(yùn)的是，半導(dǎo)體供應(yīng)商隨即推出了完全兼容藍(lán)牙v4.1的藍(lán)牙Smart芯片。
像藍(lán)牙v4.1等開放標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢之一是，它鼓勵(lì)多廠商供應(yīng)鏈給工程師提供更多的選擇，并培育競爭充分的環(huán)境——激勵(lì)創(chuàng)新。芯片供應(yīng)商已經(jīng)準(zhǔn)備好一年交付數(shù)十億個(gè)藍(lán)牙Smart芯片，每個(gè)芯片只需幾個(gè)美元就能提供卓越的性能和成本，并且保證相互間能夠進(jìn)行互操作。
利用已有成熟的藍(lán)牙技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，并且在那些關(guān)心射頻工程復(fù)雜性的制造商的支持下，從商業(yè)公司到“制造商”社團(tuán)的創(chuàng)新者們現(xiàn)在可以向?qū)嶋H上任何東西增加無線連接功能，并給他們的產(chǎn)品增加“智能”。更好的是，一些藍(lán)牙Smart芯片甚至能夠在消費(fèi)者沒有意識(shí)到正在升級(jí)的情況下升級(jí)它們的軟件。
對于其它無線技術(shù)來說這種無線升級(jí)(over-the-air updates)已經(jīng)成為習(xí)慣了。例如，消費(fèi)者對于通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)更新智能手機(jī)上的應(yīng)用程序、或者通過Wi-Fi給便攜式電腦的操作系統(tǒng)下載安全補(bǔ)丁都很熟悉了。但超低功耗無線芯片的無線升級(jí)(over-the-air updates)還沒有成為慣例。
然而，因?yàn)樗{(lán)牙v4.1在L2CAP層中開啟了一個(gè)允許大量數(shù)據(jù)交換(加速下載)的直接通道，因此事情變得更加容易了。現(xiàn)在一些(但決不是所有的)藍(lán)牙Smart芯片可以充分發(fā)揮這個(gè)功能，利用它們自己的無線鏈路方便快速地升級(jí)它們的射頻協(xié)議軟件(“堆棧”)或開發(fā)人員的應(yīng)用代碼。
無線升級(jí)(over-the-air updates)對于產(chǎn)品開發(fā)人員來說是有好處的，因?yàn)榧词巩a(chǎn)品在消費(fèi)者手中，也可以向現(xiàn)有產(chǎn)品中增加新功能，或進(jìn)行缺陷修復(fù)。比如由于其獨(dú)特的軟件架構(gòu)將堆棧與應(yīng)用代碼分隔開來，Nordic芯片允許開發(fā)人員更新某個(gè)軟件組件而不存在破壞其它組件的風(fēng)險(xiǎn)。
但也許更重要的是，消費(fèi)者可以從重要的軟件更新中受益，這些更新可以給他們現(xiàn)有的無線外設(shè)帶來全新的功能。這種能力允許未來新一代聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在位于云端的服務(wù)器指令下更新它們的軟件。對消費(fèi)者來說無需廢棄硬件和購買新產(chǎn)品就能享用新的軟件，如新版本的藍(lán)牙技術(shù)。
物物連接
目前的藍(lán)牙Smart應(yīng)用配件，比如運(yùn)動(dòng)傳感器，只能通過集中器(如智能手機(jī))間接地連接到互聯(lián)網(wǎng)。管理互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的軟件位于智能手機(jī)上。但從藍(lán)牙v4.1開始推出的未來藍(lán)牙技術(shù)將允許在傳感器和位于云端的強(qiáng)大服務(wù)器之間進(jìn)行直接的雙向通信。
這樣的功能將使得以前啞吧物體變得“聰明起來”。例如，雨傘可以連接到互聯(lián)網(wǎng)以確定是否會(huì)下雨，并在主人離家之前提醒主人帶上——不需要任何人工干預(yù)，也不需要連接到智能手機(jī)。另一方面，因?yàn)橹魅艘呀?jīng)觀察到灰色云朵，獲知這一信息的雨傘可以將這個(gè)信息反饋給服務(wù)器，使得本地天氣預(yù)測變得更加精確。
未來版本的藍(lán)牙技術(shù)將可以通過路由器或機(jī)頂盒等設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，這些設(shè)備能夠接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的軟件層將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云端服務(wù)。與智能手機(jī)和平板電腦不同，這些網(wǎng)關(guān)不需要完整的操作系統(tǒng)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
由于網(wǎng)關(guān)只是作為一個(gè)中立設(shè)備，只是將傳感器數(shù)據(jù)路由到位于云端的服務(wù)器，不需要執(zhí)行任何分析或操作，因此以前不兼容藍(lán)牙Smart傳感器的成千上萬設(shè)備都將能夠路由這些數(shù)據(jù)。
未來版本的藍(lán)牙還支持應(yīng)用配件相互間通信，而且同樣不需要智能集中器。這種技術(shù)因此可以實(shí)現(xiàn)物到物或物到互聯(lián)網(wǎng)的無縫無線連接(進(jìn)而形成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)性技術(shù))。
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