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工業應用中的藍牙低功耗
 

【作者: 德州儀器】   2017年11月15日 星期三

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藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)是藍牙技術規格的最新成員,僅憑著鈕扣大小的電池供電,就能夠使物聯網(IoT)的產品運行數年。其設計的初衷是要實現低功耗,通常覆蓋範圍只有數公尺,透過間歇式喚醒的方式在高延遲下傳輸少量數據。這種特性對於感測器而言是最佳的選擇,並早在2010年就開始在各個領域中嶄露頭角。


這項技術直到一、兩年後才以心率錶帶和智慧手錶的形式推出上市,隨後即被應用於智慧型手機iPhone 4S- 蘋果市面上推出的第一款可支援藍牙低功耗手機中,進而推動藍牙低功耗市場的快速發展。


事實上,對於當時的智慧型手機用戶而言,能夠以低功耗的方式將手機串連至各種產品是一種非常新奇的體驗。之後,許多製造商便開始跟隨潮流,希望他們的產品也能具備連接智慧型手機的功能。


因此,物聯網和雲端連結也就自然而然的應運而生,使智慧型手機能夠與任何事物相連接並且可以連接網路(從雲端讀取或下載資訊)。在這種巨大的變革下,產品中的韌體升級,智慧型手機開始能夠控制玩具直升機,而無線連結功能也逐漸取代了有線電纜在部分領域中的應用。


圖1 : 藍牙低功耗現在高階的工業應用領域中有了偌大的進展。(source:TI)
圖1 : 藍牙低功耗現在高階的工業應用領域中有了偌大的進展。(source:TI)

到了2015年,藍牙低功耗已漸漸地變得耳熟能詳,許多製造商突然開始將其應用於較長距離的通訊、大量的數據傳輸以及嚴苛的ISM應用,與藍牙低功耗最初的設計目的大不相同。現在更在高階的工業應用領域中有了偌大的進展。


這種變革也讓藍牙低功耗在許多全新的領域中展現了其獨特的價值。從核心的工業應用到高階的家用電器,甚至是當紅的訊號系統,藍牙低功耗正在先前未曾涉及的市場領域中崛起。


現在,藍牙低功耗已可取代包含有線及無線技術的特定解決方案。然而,隨著藍牙低功耗持續地發展,並適用於許多全新應用中,更多的挑戰也將接踵而來。其中,標準化的「戰爭」是目前面臨最大的問題,即便這種挑戰是技術發展過程中必經的階段,需要長時間的演進便得以解決。



圖2 : 物聯網和雲端連結使智慧型手機能夠與任何事物相連接,並且可以連接網路(從雲端讀取或下載資訊)。(source:travelandleisure.com)
圖2 : 物聯網和雲端連結使智慧型手機能夠與任何事物相連接,並且可以連接網路(從雲端讀取或下載資訊)。(source:travelandleisure.com)

目前我們已經可以預想得到,某些應用將會因為藍牙低功耗的發展而受到巨大的影響。以照明為例,ZigBee憑著智慧燈泡和Wi-Fi閘道器的網路連接而佔據整個市場。而現在,藍牙低功耗可以透過星狀拓撲,以透過中央或智慧型手機來控制多個燈泡。不過,由於ZigBee在網狀網路拓撲中運行,意味著訊息可以透過節點傳送,且傳輸範圍也可以突破閘道器限制。


關於這點,若藍牙網狀拓樸技術透過高效能的方法進行設計(例如:不使用洪泛路由演算法),且整個解決方案具有穩健的安全性,也能夠達到與ZigBee相同的能力。至於那些已部署ZigBee解決方案的裝置,未來是否會顯得多餘呢?其實不盡然。試想一下,如果ZigBee網路中的一個節點添加了藍牙低功耗,或者,某個閘道器內含有一個藍牙低功耗介面,會出現什麼樣的情況呢?


當然還有其它的使用案例,例如機器與機器間的連線(M2M)、電纜替換、資產追蹤和自動化控制等,皆能透過工業裝置中的藍牙低功耗來提升傳輸品質。目前,包括乙太網路、ZigBee、Wi-Fi、Sub-1 GHz等多種連接技術已在工業領域中佔有一席之地,而藍牙低功耗也可以輕鬆地讓這些技術更加完善。我們需要專注發展的是簡化技術,以創造一個更豐富的無線技術組合方案,如同一把易使用且多功能的瑞士刀。


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