藍牙5.4物聯網連接世界

2023-06-26
隨著物聯網的快速發展,開發人員需要多種無線連接解決實際應用中的各種問題。對於點對點和點對多點連接而言,藍牙連接是一種多樣化、經濟且易於執行的解決方案,藍牙5.4更強化低功耗和遠距應用,延伸消費性、汽車、家庭、工業、健康等領域。
藍牙技術聯盟

藍牙應用於工業

(承前文)在現代高度自動化的工業環境以及建築自動化中,藍牙信標應用蘊含著巨大潛力。在這樣高度自動化的環境中,一人通常可操控多台機器。透過藍牙點對點連接,工作人員就可以借助智慧手機查詢或接收來自帶有藍牙標籤裝置的報告。

藍牙非常適合工業應用場景,在這些場景中,必須在嘈雜的環境中即時傳輸有限的突發資料。在典型的無線智慧感測器平台中,藍牙可以支援多個慣性和位置感測器的硬體介面、有效負載和通訊需求,也可以支援儀器系統和預測性維護應用中使用的致動器和馬達。這種設計還能夠透過特定韌體模組更改操控參數,以藍牙點對點拓撲來實現無線更新。

藍牙應用於醫療/健康物聯網

個人健康指標資料收集有望成為藍牙物聯網最大幅成長的領域,透過穿戴式感測器貼片、無線體重計和其他大量生物感測應用來收集。除了智慧手機和穿戴式裝置的健康應用程式,藍牙還可應用於醫院,供醫療人員和患者使用。相關的物聯網應用不計其數,例如:管理病床和醫療器材等移動資源、監測患者資料、資料記錄、收集患者的感測器資訊以及使用穿戴式近身網路的加強照護。

心臟監測

在典型的醫療監測系統中,整合在襯衣中的感測器收集心電圖(ECG)資訊,並將其發送到硬幣大小的藍牙發射器。然後,這些資訊又從發射器傳輸到患者的Android智慧手機上。手機上的應用程式會顯示這些資訊,相關人員可以立即查看,同時這些資訊還會發送至外部伺服器進行儲存,以供患者和/或醫生讀取和查看。

早產嬰兒監測

NFANT公司的「電子奶嘴」(圖3)採用Bluetooth來測量和傳輸Bluetooth嬰兒奶瓶所收集的資料。這種奶嘴收集早產兒吸吮的頻率和力度的資訊並將資料發送給監測裝置。這些資料能夠有助醫生決定何時讓嬰兒脫離加強照護才是安全的。

圖3 透過安裝在奶瓶電子奶嘴中的Bluetooth無線發射器,早產兒的狀態資訊可以發送到附近的監測裝置供護士使用或進行保存以便醫生後期評估

讓藍牙物聯網更普及

雖然低功耗藍牙不能向下相容Bluetooth Classic,但藍牙技術聯盟已經大有進展,無論是在設計中採用低功耗藍牙、Bluetooth Classic或兩者均採用,都盡可能地簡單方便。實際上,即使是同一系統對發射端和接收端可能都有不同的要求,許多無線物聯網應用就是在這樣的環境下執行的。藍牙4.0規範允許裝置執行Bluetooth或Bluetooth Classic,或同時執行這兩個系統。許多藍牙技術供應商已經推出了多款能夠簡化藍牙設計的硬體和軟體建構模組。例如,預認證Bluetooth Classic、Smart和Smart Ready模組,這些模組能夠簡化物聯網應用與藍牙連接的過程。

在便於執行的隨插即用解決方案中,這些模組為開發人員提供了一切所需,包括無線電傳輸、微控制器、天線和藍牙協定堆疊等。易用的指令碼語言等大量軟體程式設計工具,都能夠加速開發流程。例如,Silicon Labs的BGM220和BGM240藍牙模組包含高性能2.4GHz無線SoC,並預裝了Silicon Labs的藍牙5.3相容軟體協定堆疊和設定檔。Silicon Labs的產品應用靈活,開發人員可以透過BGM220模組進行Bluetooth的開發,之後也可以根據需要轉為Bluetooth SoC的開發,降低重新設計系統的難度,同時又能完整重用軟體。在軟體方面,Silicon Labs的藍牙模組由一系列軟體工具支援,包括用於外部控制模組的客製二進位協定和用於創建通用屬性設定檔的設定檔工具套件,以便在低功耗鏈路上收發資料。此外,它還包括採用ANSI C參考實作的藍牙二進位協定和BGScript腳本語言,開發人員可以用類似BASIC的解釋性程式設計語言編寫軟體,之後再進行編譯以用於藍牙應用程式。

藍牙未來發展

在2023年發布的藍牙5.4規範中,Bluetooth的範圍擴大了四倍,速度提高了一倍,卻不會增加功耗。此外,在網狀網路和完整直接的網際網路通訊協定第6版(IPv6)方面有重大改善。

藍牙網狀網路

目前的藍牙點對點規範足以為開發人員提供第一代無線個人區域網路物聯網設計的所有需求,人們能夠存取和控制附近的裝置。雖然其最基礎形式的藍牙把開發者侷限在相對簡單的「一人一機」設計上,但可以透過分散網路的混合網狀網路擴展設計。在分散網路中,藍牙微網路中的一個節點同時也是連接另一個微網路的閘道。下一代藍牙規範將具備真正裝置對裝置的網格能力,但不會捨棄現今標準下的人機互動功能。

網際網路直接連接

目前的藍牙規範只能透過增加IP/物聯網閘道才能間接存取更廣泛的網路。藍牙4.2規範提供能夠用於裝置等級直接IP連接的數個方案,包括新版網際網路協定支援設定檔,用於擴展低功耗IPv6的6LoWPAN無線協定。此外,網際網路工程任務組(IETF)已發布兩份文檔草案,都與低功耗無線個人區域網路的現有IPv6的新藍牙擴展相關。其中一份草案針對6LoWPAN的技術進行說明,該技術支援在Bluetooth LE上進行IPv6傳輸。另一份草案則針對新的藍牙網際網路協定支援設定檔進行說明,這些設定檔旨在配置Bluetooth連接並處理IPv6事務的資料流。隨著物聯網的快速發展,物聯網開發人員需要多種無線連接選擇來解決實際應用中的各種問題。對於點對點和點對多點連接而言,藍牙連接無疑是一種多樣化、經濟且易於執行的協定解決方案,為低功耗和遠距應用提供多種變通方案,且能夠逐漸支援IP,最終實現真正的網狀網路。

(本文由芯科科技Silicon Labs提供)

藍牙5.4物聯網連接世界(1)

藍牙5.4物聯網連接世界(2)

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