蓝牙5.4新特性介绍及展望
2024-04-11(1799)次浏览
蓝牙技术联盟于2023年1月31日批准了蓝牙核心规范V5.4的版本,让我们一起来看看蓝牙5.4版本到底更新了什么吧
蓝牙5.4版本主要引入了以下四个新特性:
广播编码选择(Advertising Coding Selection,以下简称ACS)
对扩展广播采用的LE Coded PHY指定编码方式,以精确管控和协调蓝牙设备间的通信距离。
蓝牙LE定义的PHY有三种:LE1M、LE2M,LE Coded。
使用LE Coded PHY时,将使用前向纠错(FEC)算法可,根据配置S=2或者S=8,可以控制生成多少纠错数据,增加多少通信距离,来确保距离发射端比较远的设备也可以正确的接收数据。从图中可以看得出来,在S=2时,LE编码传输范围为LE 1M的2倍,传输速率降为500kb/s,S=8时,传输范围则为4倍,传输速率将为125kb/s。蓝牙5.4在此基础上添加了HCI命令,允许在使用LE编码PHY时指定FEC参数S的值,这样,用户得以灵活的调整蓝牙信号的传输距离和传输速率,以适应不同的应用场景。
LE GATT安全级别特征(简称SLC)
支持设备使用GATT安全级别特性来表示设备的安全模式和安全等级
GATT,即通用属性配置文件,其通过GATT服务、特性和描述符三个属性组成的结构表示设备数据和功能,这些属性都是在属性表中宏定义的,属性表中的每个属性都包含一组属性权限。属性权限定义了客户端对该属性的访问类型,当客户端尝试访问该属性时,会检查该属性的权限。如果不满足属性权限所规定的安全条件,将拒绝客户端访问,此时,客户端通常需要升级安全等级,并重发上次访问失败的数据,由于不满足访问安全权限导致错误,就算客户端升级了安全等级,也需要手动重发该数据,非常影响用户的体验,因此,在蓝牙5.4中,才引入了SLC这个新特性
SLC特性允许客户端在访问GATT服务器前确定其安全条件,避免因安全级别问题导致应用程序流临时中断,使客户端必须重新访问。极大的增加了效率。
广播数据加密(Encrypted Advertising Data,以下简称EAD)
支持对广播包中的数据进行加密,加密后的广播数据只能被拥有相同密钥的设备解密,加密广播特性提供了一种标准化的、普遍适用的机制,用于广播包、扫描响应包和EIR数据包中传输加密数据,并安全地共享相关的加密密钥材料。
EAD解决了第三方存在的时候对保密的需求,这意味着无连接通信现在可以作为一对多或一对一拓扑中安全的应用程序数据传递机制使用。
带响应的周期性广播(Periodic Advertising with Responses,以下简称PAwR)
支持对给定区域的多个设备传输周期性广播控制消息及用户数据,是一种支持无连接的、双向的、一对多的、一种低功耗拓扑技术。
PAwR是蓝牙5.4的重要更新,它提供了一种新的广播模式,那么,这种广播模式和传统的广播模式相比,有什么异同呢?
传统BLE广播:传统的BLE广播在三个广播信道上发送广播数据,每次广播的间隔是由一个固定值advInterval和一个0~10ms的随机值adverDelay决定,这样做的目的是为了避免多个设备广播的数据冲突,但也导致扫描设备不得不一直扫描,增加了扫描设备的功耗,且扫描设备无法回应扫描数据包,因此数据通讯也是单向的。
周期广播(PADVB):周期广播的间隔是由时间表决定的,其发送的数据包含调度时间表,扫描设备可以获取该时间表,并根据时间表同步广播设备的扫描时间,这样扫描设备就可以以最低的功耗来扫描广播,由于扫描设备无法回复PADVB周期广播,所以应用层的数据通讯依旧是单向的
带响应的周期性广播(PAwR):PAwR同样由时间表决定间隔,具有与PADVB一样的低功耗优势,同时,PAwR支持双向无连接的数据交互,PAwR采用了更灵活的拓扑结构和并发接收模式,其数据包可以被一个接收者处理,也可以被多个接收者处理,最多可实现与数千个节点实现双向通讯,PAwR中一个广播者和一个观察者只占用一个subevent事件,所以观察者可以在广播者广播的时候,只需要只扫描很小一段时间。subevent子事件同步过程涉及到应用逻辑,所以接收到的数据包通常会包含与观察者相关的数据。这种低功耗的特性使观察者可以仅仅使用一节纽扣电池就可以让设备工作几年时间。
应用场景分析
蓝牙5.4新特性的一个经典应用场景是电子货架标签(ESL),如下图:
电子货架标签有一个显示器,它通过图像显示该货架上物品的名称和价格等信息。通常,电子货架标签可以存储多个图像,在中央设备控制下,每次选择一个图像用于活动显示。在PAwR特性支持下,一个中央设备可以同时控制上千个标签,并且每个标签状态改变时,也能够反馈到中央设备,例如,在商场中,顾客可以通过电子货架标签了解商品的价格和用途,此时他可以直接通过标签或其他设备完成购买,而无需去收银台询价和支付,在他取走商品后,中央设备可以很快得知商品已被购买,并将商品所属货架、商品名称告知工作人员,使工作人员能更快地进行补货;除此之外,EDA特性让广播数据包可以被加密,让中央设备与标签地通讯更加安全,ACS特性让中央设备可以根据与货架的距离,灵活地设置蓝牙通信距离,这对大型商场无人化具有非常重大地意义。
行业地未来展望
蓝牙5.4协议的更新主要集中在完善低功耗模式功能上,随着蓝牙协议一代代地更新,越来越多地功能被添加,其应用场景也会越来越广泛,例如近几年火热的工厂、商场无人化、智能家居等,都属于低功耗蓝牙的应用场景之一,因此,许多蓝牙产品也应运而生。
而产品的生产离不开质量检测这一环节,尤其在这个技术日新月异的时代,要确保产品的竞争力,就必须在生产时进行全方位、多角度的综合测试。
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