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Nordic:Bluetooth 5 将重新定义 BLE 产品布局

时间:2017-02-13 16:01来源:Compotech 作者:Compotech 点击:
智慧家庭(3):BLE 拓展长距离语音应用
人们最初认识 Bluetooth,多是以手机专用的通信耳机为起点;尔后它慢慢进驻到计算机周边、音响和汽车领域,更堪称是首个最广为人知的近距离无线通信技术。然随着技术不断演进,4.0 版本开始依不同传输速率在标准 Bluetooth 之外,另衍生出两个支脉:"Smart"应用在使用钮扣式电池、且传输单一信息的设备,"Smart Ready"则锁定任何双模的 Bluetooth 4.0 电子产品,兼容性是三者中最高的一个。显而易见,新发展出的这两支子系统,其核心精神在于"低功耗",才得以尽量延长钮扣式电池的使用寿命或支持双模运作。
 
因应市场变迁,最新出炉的 5.0 版本更进一步针对物联网 (IoT) 进行底层优化,包括:结合 Wi-Fi 做室内定位导航、无需配对即可接受信标 (beacon) 数据……;其中,特将"传输距离、数据传输率和广播通信容量"列为三大强化重点项目。在低功耗 Bluetooth (Bluetooth Low Energy, BLE) 耕耘多年的射频厂商——诺迪克半导体 (Nordic Semiconductor),相当看好 BLE 在保健、穿戴式产品等消费电子的潜力,直言Bluetooth 5 将重新定义 BLE 产品布局;为求持续与技术演进亦步亦趋,Nordic 迄今已自行开发超过 130 个的软件堆栈,并在测试套件完成一亿次联机。
 

图1:Bluetooth 5 之 BR / EDR (基本速率/增强数据率) 拓扑范例
资料来源:Bluetooth SIG 白皮书
https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications
 

图2:Bluetooth 5 之 BLE 拓扑范例
资料来源:Bluetooth SIG 白皮书
https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications
 
无线电编码+功率放大器,覆盖"全屋应用"
就在 Bluetooth 5 规格底定不久,Nordic 更顺势抢在今年初就推出新版协议堆栈和软件开发工具包 (SDK)。Nordic 台湾区域业务经理陈俊志表示,虽说光学/手势/语音/动作捕捉等人机接口皆适合用于智能家庭,例如:光学与动作捕捉可借助一定亮度的光源/红外线感光与照相机等光学输入成就;手势辨识可藉光学与动作捕捉输入或悬浮触控 (hovering) 等技术实现,但在众多输入技术中,语音仍是最简便、直觉的方式,仅需麦克风即可;若硬要一决高下,主要还是取决于使用情境、场域、尺寸及周边器件等因素。
 

照片人物:Nordic Semiconductor 台湾区域业务经理陈俊志
 
Nordic 指出,"现阶段 Bluetooth 5 虽尚未将语音应用纳入规范,但高达 2Mbps 的传输率,将让 BLE 语音应用出现曙光";Bluetooth 5 无线下载时间 (time-on-air) 大幅减少、通信更快速、质量更稳定且功耗更低等特性,可显著改善用户体验。他们还提到,Bluetooth 5 长距离模式另有 500 kbps 和 125 kbps 两种新的数据传输率模式,善用无线电相关编码可将传输范围大幅提升四倍;搭配 Nordic 新款内建功率放大器的新无线电架构单芯片——nRF52840,可实现约 111dBm 的总联机预算、穿透墙壁和物体,覆盖"全屋应用",特别适用于智能家庭。
 
承袭 Nordic 现有 nRF52 系列成熟架构发展而成的 nRF52840,内嵌 64MHz 的 32位 ARM Cortex M4F 处理器,并搭配具有强大通用处理能力、浮点运算和 DSP 性能的 CPU,可支持过去无法以单芯片解决方案实现的复杂 BLE 和其他 ZigBee / Thread (IEEE 802.15.4) 等低功耗无线应用;为智慧家庭应用奠定基础,也可作为具有 6LoWPAN 及标准因特网协议特性的网络适应层 (Adaption Layer)。nRF52840 另可支持 Bluetooth 5、802.15.4、ANT 和专用的 2.4GHz 无线技术,并设有一个全速USB 2.0控制器以及四线 SPI 接口周边器件。
 

图3:开发人员可在 Nordic 的 nRF52840 和 nRF52832 SoC 开发 Bluetooth 5
 
"多角色并行协议堆栈"实现长距离和高传输
nRF52840 具备 802.15.4 扩展功能,可作为物联网、智慧家庭或工业用无线感测网络 (WSN) 等互操作性串接——S140 v5.0-alpha"多角色并行协议堆栈",协助开发人员透过 nRF52840 实现 Bluetooth 5 长距离和高传输率模式;nRF5 系列的软件开发工具包 SDK v13.0-alpha,则提供具备新型长距离和高传输率性能的应用范例。另着眼于智能家庭及穿戴式设备有朝金融支付和身分辨识发展的倾向,Nordic 拟于今年第一季量产的 nRF52840 将结合 ARM CryptoCell-310 加密加速器,可为 Cortex-M based 单芯片提供大量的加密密码、密钥和储存选项,增强安全性。
 
Nordic 现有 nRF52832 单芯片亦配备 Bluetooth 5 协议堆栈——S132 v5.0-alpha,能以 2Mbps 高传输率模式进行开发,并具有多达 20 个并行联机的容量。至于开发平台方面,陈俊志认为 Google、Amazon 和 Apple 各擅胜场:Apple Homekit 生态圈相对封闭、严格,只支持苹果自有操作系统;Google 阵营正好反其道而行,主推 Thread 标准搭配 On-hub、广纳非苹果开发商;Amazon 则主打 Alexa 语音助理,提供用户实时生活讯息与居家控制。值得留意的是,在普罗大众近来频被 Amazon 相关报导攻占版面之际,Nordic 的亲身经验是:目前市场反应仍以 Apple 与 Google 询问度较高。
 

图4:基于 Apple HomeKit 平台,可从 iOS 系统开关的 BLE 电子锁
资料来源:Nordic 官网
 
为此,Nordic 针对智慧家庭推出的开发工具包包括智能语音遥控器、Apple Homekit 及 IPv6 over BLE (Google Thread 将于 2017 年推出);陈俊志透露,前两项皆已有客户开发且进入量产,后两项可运用在节点监控。顺带一提,上述 nRF52832 已被应用在基于 Apple HomeKit 平台开发的触控面板电子门锁,用户可经由内建 Bluetooth 4.0 以上及 iOS 系统的智能手机/平板电脑/Apple TV 之应用程序 (APP) 开、解锁;当然,包括求助 Siri。屋主可轻松发送"唯一"的用户代码至任何访客手上,一次最多可保留 30 组代码,且可指定特定到访日期和时间。
 
此外,屋主可随时予以禁用或删除用户代码,还能查看特定活动和历史记录,并在使用锁定时接收通知。最后,陈俊志补充,电视因为放置场域最接近家庭对外连网端点,且机顶盒传送的数字内容可与智能家庭所运用到的传感器、温湿度计、保全或其他家电整合,透过电视屏幕显示实时状态,是担当"控制中枢"的理想候选之一。
(责任编辑:helen)
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