智能家居无线技术之蓝牙技术简析

伴随着时代的发展，科技的进步，智能化已经开始逐步影响着每一个人的衣食住行，最炙手可热的莫过于智能家居了。智能家居概念早在很多年以前就已经被提出，近年来随着云计算、大数据，尤其是物联网技术的快速发展，使得云与端的数据传递与分布式处理成为了现实，从而使得智能家居逐步从概念宣传阶段进入实质应用阶段。

从智能家居的发展历程来看，早期的智能家居大部分通过有线方式连接与传输，但有线方式存在较多不足，例如网络复杂，设备与业务形态单一，整体部署成本偏高等，使得智能家居无法大规模推广与普及。但近几年，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等无线技术以其各自独特的优势，得以在智能家居各领域和应用中广泛使用。而这些无线技术的创新与发展，也成为智能家居快速发展的重要推手。本文我们先来了解下其中的蓝牙无线技术。

 

（图片来自网络）

蓝牙，英文名Bluetooth，源至于10世纪丹麦国王哈拉尔德（Harald Blatand-英译为Harold Bluetooth），正直北欧诸侯争霸之际，他将纷争不断的丹麦部落统一为一个王国，这个名字后被通信领域行业协会采用，象征不同领域之间的协调和互联。(另一说法为因为他十分喜欢吃蓝梅,所以牙齿每天都带着蓝色，所以绰号蓝牙国王。)

简单地说，蓝牙是一种短程宽带无线通信技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。 工作频段ISM频段，2.402~2.480GHz，支持点对点和点对多点通信，TDD时分双工模式，当前规模应用的蓝牙4.0版本为理论最高传输速度24 Mbit/s，功耗10-100mw，传输距离1-100m。最新蓝牙技术具备功耗低、传输速率快、建立连接时间短、稳定性好等特点。蓝牙4.0标准包含传统蓝牙部分（或经典蓝牙Classic Bluetooth）和低功耗蓝牙部分（Bluetooth Low Energy，简称BLE）。这两个部分适用于不同的应用或者应用条件。

传统蓝牙技术比较常见应用于手机等移动终端，计算机、部分办公设备等，由于低功耗蓝牙技术的推出，越来越多的智能家居产品中使用了蓝牙技术，例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤、智能门锁等。其最重要的原因即为低功耗蓝牙技术非常省电，一粒纽扣电池即可为部分智能终端设备提供长达1年甚至更长的工作时间。

 

低功耗蓝牙为何如此省电？

它和经典蓝牙技术相比，主要的改变集中体现在待机功耗的减少、高速连接的实现和峰值功率的降低三个方面。待机功耗的下降，传统蓝牙设备的待机耗电量大一直是为人所诟病的缺陷之一，这与传统蓝牙技术动辄采用16～32个频道进行广播不无关系，而低功耗蓝牙仅使用了3个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由传统的22.5ms减少到0.6～1.2ms，这两个协议规范上的改变显然大大降低了因为广播数据导致的待机功耗；此外低功耗蓝牙设计了用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，在深度睡眠状态下，主机长时间处于超低的负载循环（DutyCycle）状态，只在需要运作时由控制器来启动，因主机较控制器消耗更多的能源，因此这样的设计也节省了最多的能源；在深度睡眠状态下，协议也针对此通讯模式进行了优化，数据发送间隔时间也增加到0.5～4s，传感器类应用程序发送的数据量较平常要少很多，而且所有连接均采用先进的嗅探性次额定（Sn i f f-Subrating）功能模式，因此，此时的射频能耗几乎可以忽略不计，综合以上因素，低功耗蓝牙的待机功耗较传统蓝牙大大减少，蓝牙智能终端大部分时间处于睡眠模式，活动发生才会被自动唤醒。

 

蓝牙技术得以在智能家居领域广泛应用的其他一些原因总结如下：

数据传输

支持以1Mbps速度传输的极小数据包。所有连接使用高级低耗电监听模式，实现超低工作周期。

连接时间短

支持3毫秒内的连接设置与数据传输。

传输距离长

调制指数的增加使低功耗蓝牙的最大距离达到100米。

稳定性

采用跳频技术，且在所有数据包上使用强大的24位 CRC保证最佳的抗干扰能力。

网络安全

使用CCM的完整 AES-128加密技术提供强大的数据包加密与验证。

开放式

蓝牙采用开放式的2.4千兆赫（ISM）频带，无需认证即可使用。

组网灵活方便

在从属设备的每个数据包上使用 32位访问地址，从而可以连接数十亿台设备。这一技术专为一对一连接而优化，同时在一对多连接时将使用星型拓扑结构。

普及率

蓝牙技术在智能手机和平板电脑的普及率将于2018年超过96% ，更加便利于手机与蓝牙智能硬件之间的连接与使用。

 

另外，自蓝牙4.2引入的安全连接“LE Secure Connections”的配对方式，也使得蓝牙技术与智能锁具的结合顺理成章。我们日常使用的ofo和摩拜单车已经上线了蓝牙开锁功能。手机打开摩拜的App，扫描二维码之后，App会提示用户可以通过打开蓝牙功能，开锁速度大大提高，进度条滚动神速，体验感倍增!

最新的蓝牙5.0标准开始支持室内定位和导航技术，结合wifi可以实现1米范围内的室内定位，将为更多的智能应用提供解决方案。

我们可以欣喜的期待，未来的生活将会被越来越多更智能便利的工具所改变，我们的生活也将变得更美好！