低功耗無線傳感器網絡有許多無線協議選項，但沒有一種比藍牙低功耗更適合任務。

無線解決方案用于各種要求苛刻的工業應用。無線LAN，經典藍牙，IEEE 802.15.4/ZigBee和無線HART等技術都具有特定的特性，因此適用于不同的應用和特定需求。然而，這些技術都沒有為制造自動化中的傳感器和致動器的無線連接提供最佳解決方案。在這些類型的應用中，現有技術太昂貴，太慢或消耗太多能量。該解決方案缺乏用于無線傳感器和執行器的快速，穩健，低能量傳輸。這是藍牙低功耗技術發揮作用的地方。

參數BluetoothWireless LANZigBee/IEEE 802.15.4藍牙低能量數據吞吐量模式很好不好，所以GoodRobustnessVery GoodModerateModerateVery GoodRange50-1000 m50-300 m75 m + mesh10-300 mLocal systems densityVery GoodNot so GoodModerateVery GoodRoamingModerateVery GoodNot so GoodModerateLarge scale networkNot so GoodModerateVery GoodVery GoodLow latencyVery GoodModerateNot so GoodVery GoodPairing speedNot so GoodModerateGoodVery GoodPower consumptionGoodNood GoodVery GoodVery GoodCostGoodNot so GoodGoodVery GoodTable 1：藍牙低能耗無線技術與制造業中使用的其他無線技術的比較。

藍牙低能耗技術，以前稱為Wibree，最初是為大批量消費市場開發的。早在2007年6月，諾基亞和藍牙SIG就宣布Wibree將與藍牙集成。 2010年6月，藍牙核心規范v4.0發布了具有低能耗技術的標志性特征。藍牙技術現在包括低能耗（藍牙v4.0），經典藍牙和高速（藍牙3.0 + HS）。藍牙低能耗技術是一項新技術嗎？

這個問題的答案就是技術在某些方面是新的，但在其他方面則不然。例如，藍牙低功耗技術是一種新的方法，具有高效的發現和連接設置，非常短的數據包，小型外圍設備的非對稱設計以及客戶端 - 服務器架構。但是還有其他方面已經通過經典藍牙建立，例如藍牙無線電，HCl邏輯和物理傳輸層，以及L2CAP數據包。

借助藍牙低能耗技術，我們體驗無線技術的方式在改變。藍牙低功耗技術為現場提供了在非常簡單和廉價的設備中使用無線的可能性，例如集成傳感器時的情況。根據藍牙技術聯盟，我們正在考慮以下應用中潛在的數十億的數量：

手機配件：》 100億

智能能源（能量計數器和顯示器）：? 10億

家庭自動化：》 50億

健康，保健，運動和健身：》 100億

輔助生活：》 50億

動物標簽：?億

P2P智能交通系統：》 10億

工業自動化/M2M：100億

這些高容量和移動電話和筆記本電腦集成的可能性允許無線電組件的低成本和長期可用性。

技術概念

低功耗的可能性

藍牙低能耗技術的設計來自于一開始，要盡可能使用最低功耗。例如，藍牙低功耗單元可以處于睡眠模式，其僅用于將活動文件發送到網關，PC或移動電話的事件。此外，最大/峰值功耗設定為小于15mA并且平均功耗為約1μA。低能耗的基礎是非常快速的連接設置（幾毫秒）和短消息。因此，能耗降低到經典藍牙單元的十分之一。換句話說，一個小型紐扣電池 - 例如CR2032 - 足以運行5 - 10年。

成本和向后兼容

為了向后兼容經典藍牙并能夠提供這款芯片組適用于非常便宜的設備，可提供以下兩種版本（圖1）：

雙模式：藍牙低功耗技術以及經典藍牙功能

獨立：藍牙低功耗技術僅用于優化成本，功耗和尺寸，這對小型電池供電設備特別有用

圖1：藍牙低功耗芯片組有兩種版本。點擊穩健性，安全性和可靠性

藍牙低功耗技術，如經典藍牙，具有自適應跳頻功能，即使在惡劣的工業環境中也能確保穩健的傳輸。為了獲得更簡單和更便宜的無線電芯片組，藍牙低功耗技術僅使用40個通道，2 MHz寬，而經典藍牙使用79個通道，1 MHz寬。 （圖2）。

圖2：在2.4 GHz頻段，藍牙低功耗技術使用40個頻道而不是經典藍牙中使用的79個頻道。

三個頻道，其中它們位于無線LAN通道之間，用于設備發現和連接設置。

藍牙低功耗技術具有非常安全的AES 128加密算法和分布式加密密鑰程序。

共存

藍牙，無線LAN，IEEE 802.15.4/ZigBee，無線HART和許多專有無線電使用未經許可的2.4 GHz ISM（Industrial Scientific Medical）頻段。因此，為了獲得穩健可靠的通信，許多無線技術必須進行耗時且準確的頻率規劃。然而，藍牙技術已經解決了這些問題，這要歸功于其內置的自適應跳頻功能和高干擾容限。

圖4：三個廣告頻道和37個數據信道，三個廣告和九個數據通道位于2.4 GHz頻段的三個無線LAN信道之間。

這些功能還使藍牙低功耗技術與2.4 GHz頻段中的其他無線技術平滑共存，作為藍牙技術不使用附近其他無線電占用的頻率。此外，還有可能通過所謂的通道黑名單應用不使用指定通道的原理（圖3）。

易于使用和集成

該技術采用簡單的星形拓撲結構，簡化了實施工作顯著。這種拓撲結構非常適合常用的系統架構，其中許多較小的設備連接到生產島中的主設備。在大多數情況下，基礎設施/以太網網絡可用，并且網狀網絡不需要擴展地理覆蓋范圍。

單元始終是主設備或從設備，但絕不是兩者。主設備與從設備通信，它還可以與多個從設備同時通信。此外，主設備控制鏈路的定時模式，并且從設備僅傳遞主設備發出的請求。藍牙低能耗技術引入的新功能是廣告功能。一個單位通過定期宣傳自己宣布自己。例如，廣告還可以包括過程值或已發生的事件（圖4）。

圖4：廣告客戶定期發送并在連接時始終充當從屬設備。掃描儀正在等待廣告，并且在連接時始終是主設備。

軟件結構

在藍牙低功耗技術中，狀態和屬性是關鍵術語。所有參數都具有服務器在客戶端的協議屬性中提供的可用條件。所有屬性都具有某種特征 - 信號值，表示格式等 - 在客戶端配置中進行了描述。

在通用屬性配置文件（GATT）服務組中，包括屬性，聲明和描述。在通用訪問配置文件連接中，描述了可發現性，可連接性和綁定。通過這種方式，可以設置許多基本服務和配置文件，例如定時，電池狀況，自動化I/O，樓宇自動化（溫度，恒溫器，濕度），照明（開/關開關，調光器），遙控器，健身（計步器，心跳監測器），醫療設備（血糖儀），汽車等

圖5：藍牙低能耗軟件結構概述。

性能

連接和延遲

藍牙低功耗技術僅使用三個通道來建立連接并發現其他設備;這不僅可以降低功耗，而且還可以在幾毫秒內實現更快的連接。

借助藍牙低功耗技術，延遲時間取決于主設備向從設備發送消息的頻率以及接收頻率的頻率來自奴隸的數據。一個從站的延遲時間僅為7.5 ms，然后對于每個額外的從站緩慢增加。例如，連接間隔為4秒，主設備可以每5毫秒尋址一個從設備，從而在4秒內實現數百個從設備的更新。

范圍

由于修改了調制，藍牙低功耗已經與經典藍牙相比，鏈路預算大約增加3 dB。因此，藍牙低功耗單元可以在現場提供200-300米的范圍，而無需額外的功率放大器。雖然工業傳感器和執行器通常只需要20-50米的范圍，但為了橋接臨時障礙物和干擾，在穩健性和可靠性方面具有很大的儲備是非常重要的。

應用實例

基于在藍牙低功耗特性方面，該技術非常適用于傳輸信號狀態很重要的應用。以下示例顯示了如何使用工業自動化中的I/O（圖6-8）。

圖6：便攜式操作員控制和監視單元（例如，iPhone）可以讀取和寫入I/O服務器的狀態。

圖7：兩個單元都是通用的I/O客戶端用作通用服務器和“指示”以反映另一側的數字和模擬狀態。

圖8：I/O單元是通用的I/O O服務器和現場總線I/O代理是通用I/O客戶端。從現場總線配置PC的角度來看，I/O設備被視為現場總線I/O.現場總線I/O代理搜索I/O設備屬性數據庫，以找出可用于I/O單元的數字和模擬輸入和輸出。

另一個有趣的應用，其中非常快速和安全的連接需要使用藍牙低功耗作為關鍵，以便移動運營商的面板可以訪問自動化單元或機器。

此功能也可以與接近功能結合使用。此功能基于SSI（信號強度指示）值，如果用戶位于生產單元格內，則可以發出消息，以便允許交互。

圖9 ：自動化I/O和接近度用于控制操作員對制造單元的訪問。

結論

經濟高效的獨立解決方案

安全的多芯片組供應商

從經典藍牙繼承的穩健性 - 經驗超過10年的最強大的工業無線解決方案

長距離

高本地系統密度

連接速度非常快

低延遲

簡單的星型類型

低功耗

免費技術規范

通過藍牙SIG測試支持系統