2021年02月18日 | 详解蓝牙提升可靠性的四大技术以及三大高可靠场景

2021-02-18 来源：EEWORLD

无线电技术本质上是不可靠的，当几种无线技术共享相同的无线电频段，并且有多个设备通过该无线电频段进行通信时，不可避免地会产生干扰。数据包之间可能会发生冲突。但是，无线电的不可靠性并不等同于无线通信系统的不可靠性，即使在嘈杂的环境中，例如在商业和工业物联网（IoT）环境中。

在这些情况下，可靠性至关重要。智能工厂，建筑物，管理系统，医院和整个供应链的连通性取决于它。为了确保这些环境所需的可靠性水平，无线技术必须具有适当的功能，以降低冲突的可能性并抵消不可避免的数据包丢失。使用正确的无线骨干网和其他技术，可以克服干扰并实现高度可靠的无线连接。随着我们进入智能产业和智能建筑开发的下一个领域，可靠性变得至关重要。

蓝牙技术如何克服干扰

与有线数据通信技术不同，无线技术必须共享传输介质。例如，蓝牙技术在与Wi-Fi和使用IEEE 802.15.4标准的技术相同的2.4 GHz ISM频带中运行。当多个设备恰好同时在同一频道上通信数据时，可能会发生冲突。为了克服这一挑战，无线技术必须采取多管齐下的方法。蓝牙技术采用了四项关键技术，以减少干扰并将其可靠性提高到满足物联网应用所需的水平。

小而快速的数据包

小数据包的飞行时间越少，占用的空间越小，发生碰撞的可能性就越低。因此，最好使数据包小而快。蓝牙低功耗（BLE）数据包的大小通常是其他低功耗无线网状网络技术的一半，并且快四倍。这有助于他们穿越拥挤的环境，减少碰撞，并更有效地利用频谱。

自适应跳频

避免冲突是建立高度可靠连接的关键。为了找到一条清晰的传输路径，蓝牙技术使用一种称为自适应跳频（AFH）的跳频扩频（FHSS）形式。与所有FHSS技术一样，蓝牙技术将频带划分为较小的信道。在BLE的情况下，该频段被分为40个通道，并且蓝牙数据包在传输时会在这些通道之间快速跳变。为了进一步减少干扰的机会，蓝牙技术会调整其跳频顺序。发送数据包时，会动态跟踪并避免嘈杂和繁忙的信道。

确认

即使采用缓解技术，也不可避免地会出现某种程度的数据包丢失。蓝牙技术用来补偿数据包丢失的一种技术是发送确认，使接收设备可以确认从发送方成功接收数据。确认是一种可用于蓝牙点对点（数据包确认）和网状网络（消息确认）连接的技术。

自动重传

依靠确认并不总是可行的。想象一下，如果一个制造工厂中控制100个灯的单个电灯开关每次发送开/关消息时都必须等待并跟踪100个确认。为了应对这一挑战，蓝牙技术包括重传功能，该功能可以自动快速连续发送多个消息副本。网状消息的自动，快速重传大大增加了已连接设备之间成功接收消息的可能性。

具有可靠连接性的工业和商业物联网应用

无线通信系统是工业和商业物联网的组成部分，可提供连通性并简化设施和设备之间的业务运营。在很大程度上取决于这些系统的情况下，开发人员应优先考虑为抗干扰和提高可靠性而构建的连接技术。让我们仔细研究需要增强可靠性的三个关键物联网应用，以及减轻蓝牙干扰的作用。

资产追踪

资产跟踪是一种应用程序，动态环境中可靠的数据传输至关重要。例如，仓库中的物流跟踪可确保计算库存和装运量，从而防止损失。医疗保健行业中的资产跟踪功能可以通过药品供应链实时跟踪和追踪救生材料，例如疫苗和药物。在对精度有更高要求的这些应用中，上述可靠性技术可以与诸如蓝牙方向搜索之类的功能配合使用，以创建坚固，耐用的产品。

能够进行厘米级精度的通信。

状态监测

要求高可靠性的另一个无线应用是状态监视。在整个设施中大规模部署时，传感器网络可以实时监控系统性能，避免设备停机并提高生产效率。蓝牙技术跟踪在这些应用程序中发送和接收的数据的顺序，并使用数据重传来减少错误的可能性。由于状态监视通常应用于制造，运输和智能建筑等复杂环境中，因此自适应跳频在避免噪声通道和限制干扰方面特别有效。

建筑自动化

对于包括照明，HVAC和安全性在内的楼宇自动化系统，效率和可靠性是两个最大的需求。以连接的照明设备为例，一个蓝牙网状网络可以连接数百甚至数千个照明设备，这实际上需要即时的响应能力。这就是为什么小的，快速的数据包对于减少延迟，保持通道畅通以及防止网络饱和至关重要。换句话说，分组速度不仅改善了这些应用程序的操作，而且在确保其可靠性方面起着至关重要的作用。

可靠物联网的未来

无线连接正在为下一代智能设施提供动力，使流程保持协调一致，同时将效率，生产率和成本节省提高到新的水平。蓝牙特别兴趣小组（SIG）预测，到2024年，每年将发售8.92亿个蓝牙网络设备和5.38亿个蓝牙定位服务设备，这说明无线技术在物联网中的作用日益增强。

有了适当的解决方案和功能，无线电的固有可靠性并非无法克服。无线技术可以在最具挑战性的环境中提供高度可靠的通信，从而为开发人员提供了以前所未有的方式利用商业和工业物联网应用的机会。

本文作者：Jim Katsandres领导Bluetooth SIG的开发人员关系活动。他的国际团队致力于为开发人员提供创建下一代蓝牙产品和服务所需的信息和资源。Katsandres从事物联网，云和设备领域已经超过25年，从事平台技术，软件即服务，嵌入式原始设备制造商，系统集成商，独立软件供应商和咨询组织的工作。

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