蓝牙

蓝牙IoT

蓝牙技术最初是用来取代连接个人电脑和手机及其配件和外围设备（如扬声器、耳机和键盘）所需的 RS-232 数据线。然而，蓝牙技术的发展已经超出了人们的想象，支持从移动 POS 系统到可穿戴设备，再到交通管理和工业应用等各种使用案例。

蓝牙简史

蓝牙起源于 1998 年蓝牙特殊兴趣小组 (SIG) 的成立，这是一个非营利性行业协会，由五家公司合作发展而成：该协会是由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝五家公司合作成立的非营利性行业协会。一年后，首款商用产品面世。由于蓝牙具有方便、灵活和低成本的特点，它迅速得到普及，目前几乎已成为手机和笔记本电脑等消费类产品的通用技术。蓝牙也几乎成为所有新车的标准配置，以支持车载信息娱乐系统并实现驾驶员免提通话。

SIG 的成员公司已从最初的五家发展到全球 35,000 多家，来自电信、计算机、网络和消费电子等行业。该组织总部设在华盛顿州柯克兰。

今日蓝牙技术

在消费市场获得广泛认可后，更新的蓝牙协议使该技术在物联网 (IoT) 中发挥了重要作用。Digi 开发平台支持蓝牙技术，确保开发人员能够轻松地将该技术集成到自己的设计中。例如，Digi ConnectCore®系列系统级模块已通过蓝牙连接预认证。Digi XBee® Mobile SDK可帮助客户设计与Digi XBee 3 模块交互的蓝牙应用。

蓝牙目前有三种不同的协议，每种协议都适用于特定的使用情况。虽然蓝牙最初是为短距离使用而设计的，但最新版本能够传输长达一英里的信号。目前可用的三种协议是蓝牙经典协议、蓝牙低功耗协议（BLE）和蓝牙网格协议。

蓝牙经典使用案例和应用示例

蓝牙经典协议专为可每天或每周充电的设备而设计，因此最适合规模有限的网络。它的设计目的是在短距离内以高达 2.1 Mbps 的速度传输高吞吐量数据流。蓝牙经典最初是为了取代短距离外围电缆而设计的，对于IoT 这样拥有数百台设备的传感器网络应用来说，蓝牙经典通常不具备可扩展性。

蓝牙低功耗 (BLE) 使用案例和应用示例

蓝牙低功耗（最初称为蓝牙智能）支持短距离低带宽连接，适用于不需要处理大数据流的应用，电池可能需要使用数月甚至数年。BLE 不断更新。目前，BLE 已达到蓝牙 5.0，是当今全球使用最普遍的无线协议之一。

蓝牙低功耗设备可以使用小型纽扣电池，这使得 BLE 成为仅传输少量数据且需要长时间无人值守的设备的理想选择。这种功能支持一系列医疗设备、可穿戴设备和植入设备，如助听器和除颤器。

BLE 也是定位信标、电子秤、温度监视器、照明控制器和其他低带宽电池操作应用，以及家用电器、健身监视器、智能手表和电视机顶盒遥控器等消费产品的热门选择。BLE 中的信标功能旨在支持室内定位系统，帮助人们确定自己在零售店、商场或其他建筑物内的位置，以及监控系统性能和容差阈值。

BLE 设备和芯片具有很高的成本效益。作为一种点对点协议，网络的物理大小仅限于传统蓝牙的约 30 英尺范围，尽管这一指标因前面讨论的因素而有很大差异。(关于影响蓝牙范围的变量的精彩讨论可在蓝牙网站上找到）。不过，BLE 的带宽容量远低于蓝牙经典，因此不适合媒体流所涉及的数据量。

支持蓝牙低功耗的 Digi 开发解决方案包括Digi ConnectCore 6UL、 Digi ConnectCore 8X 和Digi ConnectCore 8M Nano 模块。此外，Digi XBee 3模块集成了 BLE 作为无线连接选项，供希望将其应用连接到移动设备的开发人员使用，使他们能够使用手机或平板电脑建立和测试无线网络。

蓝牙网格使用案例和应用示例

蓝牙网状网络（BT Mesh）于 2017 年推出，它扩展了点对点 BLE，以创建网状网络，其中节点充当中继器，将网络扩展到任何一台设备的范围之外。以网状方式形成的网络可以将信息转发和路由到远远超出其标称范围的目的地，从而形成可以扩展到包括数百台设备的超大型物理网络。网络具有自形成和自修复功能，在类似于Zigbee 的父/子存储转发关系中支持终端设备休眠。蓝牙网格还具有成本低、能耗低和安全性高的特点。

蓝牙 Mesh 网络能够控制、监控和自动化数百个连接设备，用于管理智能楼宇和一系列其他工业IoT (IIoT) 应用。蓝牙网状网络最初是为照明市场设计的，由于路由器节点需要持续供电，因此照明是一个很好的应用，因为大多数灯都可以全时供电。蓝牙 Mesh 也可支持传感器网络，但传感器本身需要在有全时电源的地方实施。

用于IoT 应用的蓝牙

目前，蓝牙已被广泛应用于各种不同的IoT 应用中，而且应用范围还在不断扩大。下面举例说明蓝牙的众多应用案例。

• 资产跟踪和定位服务：实时定位服务（RTLS）解决方案可用于跟踪资产和人员，无论是精确定位工厂或仓库中设备和工人的位置，还是精确定位医院中医疗设备和工作人员的位置。
• 楼宇自动化：在照明、安防、供暖、通风和空调（HVAC）等重要楼宇系统的集中自动化中使用无线蓝牙连接，有助于节约能源、降低运营成本并延长楼宇核心系统的使用寿命。
• 状态监测：在工厂车间大规模部署的传感器网络可对系统性能进行实时监控，从而减少维护、改进应用更新并提高整体运行效率。
• 油箱监控：蓝牙连接对于重要通知非常有用，例如在采用Digi Connect® Sensor+ 等设备的储罐和阀门监控应用中。它通过蓝牙为当地安装人员、技术人员或司机提供传感器数值的即时反馈。
• 智能交通管理系统（ITS）：在过往车辆中检测到的蓝牙设备可提供道路上车辆的数量和速度等信息，以支持实时高速公路标志更新、自适应交通控制和紧急车辆路由选择等应用。Digi TX54和Digi TX64路由器可为这些应用执行 "蓝牙扫描"。此外，具有蓝牙功能的路由器还可为交通系统维护人员提供连接和数据通信。
• 医疗应用：用于病人监测和诊断的无线蓝牙功能可使护理人员和医务人员立即获得关键信息。医疗用例包括帮助诊断病情、用药和传输病人信息的可穿戴设备。
• 联系追踪:COVID-19 大流行表明，技术可以帮助阻止病毒传播。蓝牙可支持精确的接触追踪，实时跟踪、记录和发送数据，以便做出快速反应。
• 共享和租赁应用：在城市或度假区监控和维护租赁自行车和滑板车的员工可以在野外使用蓝牙应用检查电池和其他系统。使用Digi XBee Cellular LTE-M/NB-IoT设备和蓝牙信标功能，城市自行车和滑板车租赁是另一种应用案例。
• 太阳能和风力发电场：大多数太阳能或风力发电场的安装都包括连接到每个太阳能电池板或涡轮机上的无线电模块。技术人员可使用蓝牙读取数据，以评估当前值、生产率或服务需求。
• 门票验证系统：体育赛事、音乐会和其他有大量观众的活动可以使用配备蓝牙的阅读器，通过条形码或二维码验证门票。
• 寻路：蓝牙室内定位系统（IPS）已迅速成为克服全球定位系统室内覆盖难题的标准，帮助游客在机场、火车站、博物馆和体育场馆等大型公共场所导航。

使用Digi XBee Mobile SDK 构建蓝牙应用程序

Digi XBee 3系列蜂窝调制解调器集成了低功耗蓝牙功能，可通过移动设备进行本地配置和控制。Digi 提供Digi XBee Mobile SDK（软件开发工具包），帮助工程师利用 XBee 加快蓝牙应用的设计和开发。Digi XBee Mobile SDK 是一套库、代码示例和文档，有助于简化通过蓝牙与Digi XBee 3 模块交互的 iOS 和 Android 移动应用程序的创建过程。

将蓝牙添加到IoT 应用程序可为网络调试、配置和故障排除带来巨大价值。但是，创建一个移动应用程序来集成IoT 应用程序和移动设备可能会比较棘手，因为在设计支持蓝牙的移动应用程序时，需要进行复杂的身份验证和加密。Digi XBee Mobile SDK 为简化和加快这些过程提供了支持。

蓝牙增长与未来机遇

根据蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布的《2021 年蓝牙市场更新报告》（2021 Bluetooth Market Update），到 2025 年，蓝牙技术的年出货量预计将超过 60 亿台设备。报告指出，目前蓝牙的主要用例和市场需求包括音频流、数据传输、定位服务和设备网络。此外，该组织还预测

• 2021 年至 2025 年的年均复合增长率为 10
• 2025 年，70% 支持蓝牙的设备将是外围设备
• 2021 年至 2025 年，单模蓝牙 LE 设备的年出货量增长 3 倍

任何设计、建造或受益于IoT 无线连接的组织都需要将蓝牙纳入其短期和长期规划中。当然，蓝牙只是市场上几种无线技术中的一种。然而，由于许多行业都在利用蓝牙的优势（如成本效益、安全性和易用性），因此每个组织都必须评估蓝牙集成的潜在用例，以推动新功能和投资回报率。

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