开发者学习笔记【阿里云物联网助理工程师认证（ACA）：短距无线网络技术及常用场景（二）】
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短距无线网络技术及常用场景（二）
八．BLE通信技术特点
高可靠性，对于无线通信而言，由于电磁波在传输过程中容易受很多因素的干扰，例如，障碍物的阻挡、天气状况、其他设备的电磁波，还有一些磁场等等。
因此，无线通信系统在数据传输过程中，具有内在的不可靠性。蓝牙技术联盟SIG在指定蓝牙40规范时已经考虑到了这种数据传输过程中的内在的不确定性，因为它本身就是电磁波，在射频，基带协议，链路管理协议中采用可靠性措施，包括:差错检测和矫正，比如在数据发送之前会对数据进行一系列运算，得到一个校验码，接收方拿到这个数据之后也对数据进行相应运算，得到另外一个校验码。
如果两个校验码不一样，那就说明数据在传输的过程中出现了问题，这个时候可要求数据重传，或者使用相应的算法来进行矫正。还有进行数据编解码，数据加噪等，极大的提供蓝牙无线数据传输的可靠性，另外，使用自适应跳频技术，最大的减少和其他2.4G无线电波的串扰。因为同时工作在2.4G频率上的还有其他无线通信设备，这两种通信设备数据传出时，他们的频率相同，数据在传输的过程中就会产生互相干扰。
造成数据传输防护质量降低，所以在设计BLE的时候就需要考虑能不能使用跳频的技术来避免和其他同频率的设备的频率竞争，解决数据干扰问题。跳频技术的一个核心点是在每个固定的频率上只停留很短的时间，然后按另外的频率进行数据通信，或者在传送数据的过程中，一旦检测到数据发现存在干扰，则马上换到另外一个频率进行数据更新。
接收方和发送方都会去判断信道的好坏，去除受干扰的频率点，然后互相同步受干扰的频率点，双方在后续的数据传输过程中就自动跳过受干扰的频率点。
低成本、低功耗，支持两种部署方式:双模式和单模式，单模式是低功耗蓝牙模式，是蓝牙4.0的重要技术，它的特点是低功耗、快连接和长距离。双蓝牙是支持低拨号蓝牙的同时还兼容经典蓝牙。
经典蓝牙的特点是大数据、高速率，一般用于音频、视频等数据传输，所以双模蓝牙它既支持低功耗蓝牙，也兼容经典蓝牙，所以在保持大数据高速传输的时候也能够实现低功耗、快连接、长距离的特点。
一般在智能机、蓝牙耳机、汽车蓝牙、电话蓝牙、打印机方面会使用双模式。电子钥匙、键盘、宽带设备等使用的是单模式。
蓝牙4.0版本是三种蓝牙技术，即传统蓝牙、高速蓝牙和低功耗蓝牙合在一起的，所以在数据传输上的功耗较于传统的蓝牙降低了90%。传统蓝一般智能机上采用双模式，外设一般采用BLE单模式。
蓝牙4.0版本强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能，功耗较传统蓝牙降低了90%。传统蓝牙设备的待机耗电缺陷与传统蓝牙技术采用16-32个频道进行广播有很大关系，频道越多，进行广播的时候就需要耗费更多的电来进行数据传送。
而低功耗蓝牙仅使用3个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由传统的22.5ms减少到0.6~1.2ms，这两个协议规范的改变，大幅降低了因为广播数据导致的待机功耗。
低功耗蓝牙设计用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，也就是没有任务进行的时候是处于深度睡眠的。一个人没有事情如果他睡觉，那他的体能消耗就很低，假如溜达晃荡不睡觉而去发呆，那他消耗的要比睡眠状态的消耗大很多。
在深度睡眠状态下，蓝牙主机在深度睡眠状态下，主机Host长时间处于超低的负载循环DutyCycle状态，只在需要运作时由控制器来启动，由于主机较控制器消耗的能源更多，因此这样的设计也节省了更多的能源。
快速启动，瞬间连接，它的启动速度非常快，可以在瞬间完成。传统的蓝牙启动速度非常慢，2.1版本的蓝牙启动连接时间需要六秒左右，而蓝牙4.0版本只需要三毫秒，人类感觉不到这个过程，几乎是瞬间完成的，用户的体验性非常好。
传输距离极大提升。传统蓝牙的距离大约是两米到十米左右，超过这个范围就断开了连接，数据中端传输。但是蓝牙4.0的有效传输距离可以达到60到100米，传输距离提升十倍左右，极大的开拓了蓝牙技术的应用前景。
高安全性，为了保证传输数据的安全性，使用了AES-128 CCM加密算法，对数据进行加密验证。为什么要对数据进行加密，主要是为了防止第三方篡改数据包中的数据，AES加密算法最初是美国政府的一项计划，从开始到现在一直被用于许多有线和无线的更新标准作为他们的安全加密方式。到现在为止，安全研究人员还没有找到这种加密算法的弱点，它的安全性是非常高的，在BLE通信中对数据的加密主要有四个功能：加密竞合数据、计算消息完整性校验值、数据签名、生成私有地址。通过这四个方面来保证数据传输的安全性。
九．BLE通信技术的常用场景
l 医疗健康领域，过去不少健康类的应用都是基于蓝牙2.1协议去做的，但因受限于耗电问题而未能掀动太大波澜。蓝牙2.1的耗电量非常大，例如一些穿戴设备、支持蓝牙2.1的手持设备、一些其他的医疗器械都需要时刻去关心它的电量。BLE化解了这个难题，因为它的功耗非常低，一个纽扣电池的电量就可以让BLE蓝牙稳定工作数年。BLE化解这一难题后，市场被强力激活。如由英特尔发起，并由许多不同医疗技术与保健机构成立的Continua健康联盟，便已决议将 BLE纳入日后的标准传输技术中。现在市场上已有许多采用蓝牙2.1规格的医疗产品，如血压计、血糖仪等，未来，通过Continua健康联盟正式认证的蓝牙40规格的医疗类产品肯定会越来越多，所以医疗器械和保健器械后面的数据传输都会使用BL，现在市场上已经采用了2.1规格的产品到后面都会通通换成BLE。健康应用方面，BLE也有广阔的市场空间，其可以与健身设备进行无缝结合，人们在使用健身器材时，就能通过相关设备如计步器、脉搏机等来传送到手持终端或者其他的设备上来实现计步、脉搏检测、血氧检测等，并记录运动情况进入移动设备，保存个人的健康信息。
l 物联网领域，目前市场上的所有智能设备都是物联网生态发展的推动力量，但BLE能够起到打通物联网的和传感器设备之间的“关节”的节点作用，这将从关键意义上推动物联网的真正发展。设备要如何进行联网，比如传感器设备采集到的数据怎么监督？把它上传到互联网平台或者应用数据中心，这时就可以考虑使用BLE，因为它本身是低功耗，并且它的速率也能达到几百Kb每秒，可以满足一般的物联网需求，所以它将从关键意义上推动物联网的真正发展，因为它打通了物联网之间的节点。物联网中的传感器设备是千奇百怪的，使用的通讯协议也是不一样的，但是这跟BLE没有太多关系。由于蓝牙技术一向关注上层应用，有统一标准，因此各种各样的底层硬件虽出自不同制造厂家，通过蓝牙发送数据的时候，只需要按照它提供的标准来封装数据或者解析数据，就可以实现互联互通，能够形成完善的生态环境。在物联网领域，它的使用场景即BLE可以把每个人的安卓或者其他移动设备编为一个传感器标签，它的功能就不仅仅是通过应用软件去找东西或者数据传送，而是可以通过APP和传感器来构成p2p网络，模拟GPS的功能。大的手机和设备通过蓝牙互相连接起来，这样就构成了网络，就可以模拟GPS的功能。所以当传感器设备支持BLE并且这些传感器设备无处不在的时候，它就蕴藏着非常巨大的商机。
十．ZigBee通信技术
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术。·适用于传输范围短、数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为HomeRF Lite无线技术、FireFly无线技术。ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆连接，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。设备间进行通信时，按照ZigBee的标准将数据进行封装和解析，就可以达到相互之间通信，或者将数据按照ZigBee协议进行封装，通过ZigBee中心接入有线网或者WiFi无线网，传送到物联网平台或者数据应用中心。
ZigBee可以由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信，ZigBee是为自动化控制数据传输建立的而移动通信网主要是为了语音等正常移动通信建立的，每个移动基站的价格一般都在百万人民币以上，而ZigBee基站的花费大概在1000元左右、;每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里;另外整个ZigBee网络还可以与现有的其它的各种网络连接，例如接入因特网等。
