2013年8月17日 星期六

Bluetooth 4.0: Low Energy (低耗電的藍牙4.0 版本)

Bluetooth 藍牙技術自1994 年發展至今已將近17 年的時間了,此短距離高效能的通訊標準也已經普遍的應用在現今的各項無線通訊產品中,帶給人們生活上相當的便利性。從下圖中的簡單示意圖可以看出藉由Bluetooth 通訊技術的連接,我們可以使用無線藍牙滑鼠操控電腦、用無線藍牙耳機來聽音樂或是講電話、透過藍牙可以將數位相機裡的照片傳到印表機上列印出來,這種無線傳輸的方式的確是相當方便。而藍牙技術的演進歷經從2004 年發表BTv2.0 版、2007年發表BTv2.1 版、2009 年4 月推出速率更快的BTv3.0 版,最近SIG 官方則在去年2010 年6 月正式發表了BTv4.0 版本。

Bluetooth 4.0 版本除了相容先前的傳統標準藍牙技術、高速藍牙技術,更是加入了低耗電的新藍牙技術,稱之為BLE (Bluetooth Low Energy)技。利用此低耗電作為核心架構,可以使藍牙裝置使用一顆鈕扣水銀電池就可以運作長達一年,這也代表藍牙技術可以進一步應用在醫療照護、工業設備控制、運動健身管理以及家庭娛樂的市場。不過現在市場上的藍牙裝置大多還是以v2.1 的版本為主,主要是因為v3.0 版本的高速藍牙技術會有耗電量大的缺點,所以市場接受度仍然不高。下面將繼續為大家介紹關於Bluetooth 4.0 技術的相關核心架構以及與NFC (Near-Field Communication)技術的比較。


Bluetooth 4.0 技術的核心架構可以參考下圖方塊圖所示,其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術BR/EDR 架構,而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工架構,不過最為特別就是



圖中間部分的 Dual-Mode 雙工架構我們可以輕易看出該雙工架構就是將BR/EDR架構以及LE 單工架構一起結合施行的模式,在此雙工模式下系統會根據當時的環境隨時切換使用不同的傳輸方式,因此理論上可以達到系統最佳化以及節省耗電量的目的。此雙工模式的架構等於是將不同的藍牙技術相互結合 (例如v2.1+EDR 或是v3.0 高速藍牙),使用者或是裝置可以自由切換運行高速傳輸模式或是低耗電的運作方式。因此單工的低耗電模式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸資料的裝置上,而一般在PC 及手機等不同裝置間的資料傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行。簡單來說新的BTv4.0 技術除了可以讓傳統標準藍牙技術、高速藍牙技術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外,更能夠彼此共同運用而達到"三位一體"的操作模式。

在市場上最先相容 Bluetooth 4.0 技術的產品不是藍牙技術涵蓋率最高的手機卻是Apple 蘋果最新版本的Macbook Air 筆記型電腦以及Mac Mini 主機,對於Apple 來說是不是對於新的藍牙技術有什麼獨特的考量,才會將其快速的推出到市面上,這個部份目前看來可能還不會有答案。不過在這裡我們針對Bluetooth4.0 低耗電技術與先前版本以及目前也相當熱門的NFC 技術來做一簡單的比較,可以明顯的比較出彼此的差異與優缺點 (請參考下圖的整理表格所示)。首先與v2.1 版本的比較發現在傳輸距離上可以從原本的30 公尺增加到超過50 公尺,同時新版本的耗電量可以僅需15 毫安培。另外與NFC 技術的比較上來看,NFC 僅能應用在短距離的範圍之內,但是其傳輸速度就比藍牙低耗電技術來的快。換個角度來看,扣除傳輸速度的問題,藍牙BLE 技術在傳輸距離的設定時間等條件上其實是優於NFC 技術的。因此如果在未來當BTv4.0 技術普遍使用時,如果該技術也能夠達成 NFC 的功能,是不是有取代NFC 技術的可能性?畢竟單就技術發展成熟度上來看,藍牙技術其實已經發展相當成熟,而NFC 技術卻是一個新興的技術,而就RF 或天線設計角度來看,在手機等裝置中早已將藍牙視為一基本的功能配備了,而將NFC 技術整合到手機內部相對的就會有困難度以及挑戰性。



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