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Nordic：Bluetooth 5 將重新定義 BLE 產(chǎn)品布局

本文作者：Compotech 點(diǎn)擊： 2017-02-13 16:01

前言：

智慧家庭(3)：BLE 拓展長(zhǎng)距離語音應(yīng)用

人們最初認(rèn)識(shí) Bluetooth，多是以手機(jī)專用的通信耳機(jī)為起點(diǎn)；爾后它慢慢進(jìn)駐到計(jì)算機(jī)周邊、音響和汽車領(lǐng)域，更堪稱是首個(gè)最廣為人知的近距離無線通信技術(shù)。然隨著技術(shù)不斷演進(jìn)，4.0 版本開始依不同傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn) Bluetooth 之外，另衍生出兩個(gè)支脈：＂Smart＂應(yīng)用在使用鈕扣式電池、且傳輸單一信息的設(shè)備，＂Smart Ready＂則鎖定任何雙模的 Bluetooth 4.0 電子產(chǎn)品，兼容性是三者中最高的一個(gè)。顯而易見，新發(fā)展出的這兩支子系統(tǒng)，其核心精神在于＂低功耗＂，才得以盡量延長(zhǎng)鈕扣式電池的使用壽命或支持雙模運(yùn)作。

因應(yīng)市場(chǎng)變遷，最新出爐的 5.0 版本更進(jìn)一步針對(duì)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 進(jìn)行底層優(yōu)化，包括：結(jié)合 Wi-Fi 做室內(nèi)定位導(dǎo)航、無需配對(duì)即可接受信標(biāo) (beacon) 數(shù)據(jù)……；其中，特將＂傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸率和廣播通信容量＂列為三大強(qiáng)化重點(diǎn)項(xiàng)目。在低功耗 Bluetooth (Bluetooth Low Energy, BLE) 耕耘多年的射頻廠商——諾迪克半導(dǎo)體 (Nordic Semiconductor)，相當(dāng)看好 BLE 在保健、穿戴式產(chǎn)品等消費(fèi)電子的潛力，直言Bluetooth 5 將重新定義 BLE 產(chǎn)品布局；為求持續(xù)與技術(shù)演進(jìn)亦步亦趨，Nordic 迄今已自行開發(fā)超過 130 個(gè)的軟件堆棧，并在測(cè)試套件完成一億次聯(lián)機(jī)。

圖1：Bluetooth 5 之 BR / EDR (基本速率／增強(qiáng)數(shù)據(jù)率) 拓?fù)浞独?br /> 資料來源：Bluetooth SIG 白皮書
https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications

圖2：Bluetooth 5 之 BLE 拓?fù)浞独?br /> 資料來源：Bluetooth SIG 白皮書
https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications

無線電編碼＋功率放大器，覆蓋＂全屋應(yīng)用＂
就在 Bluetooth 5 規(guī)格底定不久，Nordic 更順勢(shì)搶在今年初就推出新版協(xié)議堆棧和軟件開發(fā)工具包 (SDK)。Nordic 臺(tái)灣區(qū)域業(yè)務(wù)經(jīng)理陳俊志表示，雖說光學(xué)／手勢(shì)／語音／動(dòng)作捕捉等人機(jī)接口皆適合用于智能家庭，例如：光學(xué)與動(dòng)作捕捉可借助一定亮度的光源／紅外線感光與照相機(jī)等光學(xué)輸入成就；手勢(shì)辨識(shí)可藉光學(xué)與動(dòng)作捕捉輸入或懸浮觸控 (hovering) 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但在眾多輸入技術(shù)中，語音仍是最簡(jiǎn)便、直覺的方式，僅需麥克風(fēng)即可；若硬要一決高下，主要還是取決于使用情境、場(chǎng)域、尺寸及周邊器件等因素。

照片人物：Nordic Semiconductor 臺(tái)灣區(qū)域業(yè)務(wù)經(jīng)理陳俊志

Nordic 指出，＂現(xiàn)階段 Bluetooth 5 雖尚未將語音應(yīng)用納入規(guī)范，但高達(dá) 2Mbps 的傳輸率，將讓 BLE 語音應(yīng)用出現(xiàn)曙光＂；Bluetooth 5 無線下載時(shí)間 (time-on-air) 大幅減少、通信更快速、質(zhì)量更穩(wěn)定且功耗更低等特性，可顯著改善用戶體驗(yàn)。他們還提到，Bluetooth 5 長(zhǎng)距離模式另有 500 kbps 和 125 kbps 兩種新的數(shù)據(jù)傳輸率模式，善用無線電相關(guān)編碼可將傳輸范圍大幅提升四倍；搭配 Nordic 新款內(nèi)建功率放大器的新無線電架構(gòu)單芯片——nRF52840，可實(shí)現(xiàn)約 111dBm 的總聯(lián)機(jī)預(yù)算、穿透墻壁和物體，覆蓋＂全屋應(yīng)用＂，特別適用于智能家庭。

承襲 Nordic 現(xiàn)有 nRF52 系列成熟架構(gòu)發(fā)展而成的 nRF52840，內(nèi)嵌 64MHz 的 32位 ARM Cortex M4F 處理器，并搭配具有強(qiáng)大通用處理能力、浮點(diǎn)運(yùn)算和 DSP 性能的 CPU，可支持過去無法以單芯片解決方案實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜 BLE 和其他 ZigBee / Thread (IEEE 802.15.4) 等低功耗無線應(yīng)用；為智慧家庭應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，也可作為具有 6LoWPAN 及標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議特性的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)層 (Adaption Layer)。nRF52840 另可支持 Bluetooth 5、802.15.4、ANT 和專用的 2.4GHz 無線技術(shù)，并設(shè)有一個(gè)全速USB 2.0控制器以及四線 SPI 接口周邊器件。

圖3：開發(fā)人員可在 Nordic 的 nRF52840 和 nRF52832 SoC 開發(fā) Bluetooth 5

＂多角色并行協(xié)議堆棧＂實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離和高傳輸
nRF52840 具備 802.15.4 擴(kuò)展功能，可作為物聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭或工業(yè)用無線感測(cè)網(wǎng)絡(luò) (WSN) 等互操作性串接——S140 v5.0-alpha＂多角色并行協(xié)議堆棧＂，協(xié)助開發(fā)人員透過 nRF52840 實(shí)現(xiàn) Bluetooth 5 長(zhǎng)距離和高傳輸率模式；nRF5 系列的軟件開發(fā)工具包 SDK v13.0-alpha，則提供具備新型長(zhǎng)距離和高傳輸率性能的應(yīng)用范例。另著眼于智能家庭及穿戴式設(shè)備有朝金融支付和身分辨識(shí)發(fā)展的傾向，Nordic 擬于今年第一季量產(chǎn)的 nRF52840 將結(jié)合 ARM CryptoCell-310 加密加速器，可為 Cortex-M based 單芯片提供大量的加密密碼、密鑰和儲(chǔ)存選項(xiàng)，增強(qiáng)安全性。

Nordic 現(xiàn)有 nRF52832 單芯片亦配備 Bluetooth 5 協(xié)議堆棧——S132 v5.0-alpha，能以 2Mbps 高傳輸率模式進(jìn)行開發(fā)，并具有多達(dá) 20 個(gè)并行聯(lián)機(jī)的容量。至于開發(fā)平臺(tái)方面，陳俊志認(rèn)為 Google、Amazon 和 Apple 各擅勝場(chǎng)：Apple Homekit 生態(tài)圈相對(duì)封閉、嚴(yán)格，只支持蘋果自有操作系統(tǒng)；Google 陣營(yíng)正好反其道而行，主推 Thread 標(biāo)準(zhǔn)搭配 On-hub、廣納非蘋果開發(fā)商；Amazon 則主打 Alexa 語音助理，提供用戶實(shí)時(shí)生活訊息與居家控制。值得留意的是，在普羅大眾近來頻被 Amazon 相關(guān)報(bào)導(dǎo)攻占版面之際，Nordic 的親身經(jīng)驗(yàn)是：目前市場(chǎng)反應(yīng)仍以 Apple 與 Google 詢問度較高。

圖4：基于 Apple HomeKit 平臺(tái)，可從 iOS 系統(tǒng)開關(guān)的 BLE 電子鎖
資料來源：Nordic 官網(wǎng)

為此，Nordic 針對(duì)智慧家庭推出的開發(fā)工具包包括智能語音遙控器、Apple Homekit 及 IPv6 over BLE (Google Thread 將于 2017 年推出)；陳俊志透露，前兩項(xiàng)皆已有客戶開發(fā)且進(jìn)入量產(chǎn)，后兩項(xiàng)可運(yùn)用在節(jié)點(diǎn)監(jiān)控。順帶一提，上述 nRF52832 已被應(yīng)用在基于 Apple HomeKit 平臺(tái)開發(fā)的觸控面板電子門鎖，用戶可經(jīng)由內(nèi)建 Bluetooth 4.0 以上及 iOS 系統(tǒng)的智能手機(jī)／平板電腦／Apple TV 之應(yīng)用程序 (APP) 開、解鎖；當(dāng)然，包括求助 Siri。屋主可輕松發(fā)送＂唯一＂的用戶代碼至任何訪客手上，一次最多可保留 30 組代碼，且可指定特定到訪日期和時(shí)間。

此外，屋主可隨時(shí)予以禁用或刪除用戶代碼，還能查看特定活動(dòng)和歷史記錄，并在使用鎖定時(shí)接收通知。最后，陳俊志補(bǔ)充，電視因?yàn)榉胖脠?chǎng)域最接近家庭對(duì)外連網(wǎng)端點(diǎn)，且機(jī)頂盒傳送的數(shù)字內(nèi)容可與智能家庭所運(yùn)用到的傳感器、溫濕度計(jì)、保全或其他家電整合，透過電視屏幕顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)，是擔(dān)當(dāng)＂控制中樞＂的理想候選之一。

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