左手WIFI,右手Zigbee 蓝牙4.0解析

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资料来源: 
电子创新网 张国斌

无线互连会成为未来电子产品的主要连接手段已是全球共识,但是在具体连接方式和协议上,耳熟能详的三种无线连接蓝牙、Wi-Fi和zigbee究竟 如何规划未来?本来很多人认为蓝牙就是注重在PAN网络的发展,而wi-fi注重在LAN应用,zigbee则瞄准物联网应用,不过,随着蓝牙、Wi- Fi新标准的快速推出,以前无线协议所固有的传统目标市场会发生很大的改变了。

 

  近日,蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG)宣布正式采用以低耗能技术为代表优势的蓝牙核心规格4.0版本。这对会员而言,也标志着蓝牙技术联盟的资格认证计划现已向所有蓝牙4.0规格产品开放。

  蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术,它将三种规格合而为一:分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术,这三个规格可以组合或者单独使用。

  在蓝牙3.0还未普及的情况下,蓝牙技术联盟为何迫不及待地要推出的蓝牙4.0?目的很明显,依托蓝牙目前的优势,餐食wi-fi和 zigbee的市场。“目前全球有超过30亿个蓝牙设备,其总数远远超过了wi-fi和zigbee设备的总量,蓝牙的应用延伸到手机、游戏机、耳机、笔 记本、汽车等很多应用,蓝牙4.0的推出让蓝牙的应用领域更为拓广。”蓝牙技术联盟发言人吕荣良强调.

  三种无线设备全年出货量

  无线产业分析公司West Technology Research Solutions(WTRS)在发布的产业与市场报告中指出,蓝牙4.0版本的最显著特点在于蓝牙低耗能技术拥有巨大的市场潜力。WTRS 首席分析师Kirsten West表示:“蓝牙低耗能技术将为整个无线感应网络市场作出极大贡献,预计到2015年,其将达到近50%的市场占有率。而蓝牙低耗能技术更具备最优化 的设定,且更有利于电池运作所需的低耗能需求。”

  低功耗蓝牙无线技术拥有极低的运行和待机功耗,使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。同时还拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、 100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术的应用范围。

  “我们可以看到,凭借蓝牙4.0低功耗的优势,它可以很好地应用在物联网领域。”吕荣良指出,“蓝牙没有采用zigbee那样的星形组网模式,它组网更简单也更快捷,成本上也会有优势。”

  未来蓝牙要和Wi-Fi融合?

  目前,Wi-fi联盟也推出了wi-fi direct标准,目的是将具备wi-fi功能的无线设备通过wi-fi协议互连起来,传输数据或文件,对于这个标准,吕荣良指出:“每一种无线设标准都 会有竞争,但是蓝牙4.0的优势是把低功耗、高速率和传统蓝牙综合起来,用户在4.0上面可以做一些最佳选择,涵盖三种不同的科技,你可能选择一样、两样 甚至三样规格。例如用蓝牙去上网,对厂商和会员来讲在硬件上是节省成本的,因为如果是在2.4G卡只需用到一根电线,不用两根电线,这些设计给他们带来的 益处很多。”

  不过虽然可能有竞争但是未来发展上,蓝牙和wi-fi倒是有更多融合的可能,在去年推出的蓝牙v3.0+HS规格中,蓝牙技术联盟定义了如何综 合运用802.11射频与蓝牙射频。两种射频的综合运用产生了一个完整、高效能的系统,能够令PAN应用中的每项技术均达到最佳性能。蓝牙v3.0+HS 规格最重要的一项改进就是将802.11作为解决方案,在便携式设备已有的Wi-Fi无线信号基础上添加蓝牙协议,让用户在互传视频、音乐文件和照片时感 受以秒计算的高速快感。

  蓝牙3.0的核心技术是Generic Alternate MAC/PHY (AMP),这是一个全新的交替射频技术,它允许蓝牙协议栈针对任何一个任务动态的选择正确的射频。Generic AMP决定了蓝牙功能和协议,使之具有可以使用一个或多个交替高速广播技术的高码率的优势。AMP修改了标准蓝牙核心架构以便在L2CAP层下使用多重交 替广播,同时使用标准蓝牙射频(标注基本码率(BR)和扩展码率(EDR)分别为1 Mbps和3 Mbps)实现复原和连接以及匹配。

  更通俗一点的原理是就是蓝牙3.0允许消费类设备使用已有的蓝牙技术,同时通过使用第二种无线技术来实现更快的吞吐量。蓝牙模块仅仅是用来创建 两台设备之间配对,数据传输本身是通过Wi-Fi射频来完成,如果两部手机中有一部没有内建Wi-Fi模块的话,蓝牙传输的速度就会降到蓝牙 2.0的速率。

  蓝牙4.0物理层架构

  蓝牙4.0几种模式的应用

  一个简单的解释就是蓝牙4.0在射频链路上可以借用wi-fi的路径进行传输,所以蓝牙和wi-fi有更多竞合的含义。

  吕荣良指出,“蓝牙和wi-fi,基于IEEE的理解,一个是802.11一个是802.15标准,所以两种技术的封包和传输距离长短一定是不 一样的,发现设备的机制也是不同的。不过可以把基于802.11标准的封包转成蓝牙可用的东西,你会说它还是wi-fi吗?其实不是。我们为什么蓝牙敢把 802.11加进来,因为我们在IEEE也有工作者去讨论这件事情,而且服务发现协议(SDP)目前为止也只有蓝牙有。”

  随着蓝牙4.0协议的推出,明确一点的是蓝牙的应用领域拓宽了,吕荣良表示:“从3蓝牙.0到蓝牙4.0,也许大家对蓝牙的了解之前可能只是耳 机、立体声耳机、扬声器等,以后蓝牙可以应用到5.1声道甚至7.1 9.1声道,它也许会往音频发展也需要会往无线发展,同样一个2.4GHz,我可以适用到不同的环境发挥出最大价值。”

  在发布现场,著名的蓝牙耳机制造商Jabra公司就展示了基于蓝牙的一对多音响设备,可以将一个音源的音乐传输到多路设备上。

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