IPv6网路协定助攻 蓝牙4.1加速物联网成形
日期：2014年10月28日 来源：互联网
蓝牙4.1将大举圈地物联网市场。蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)为巩固蓝牙在物联网时代的发展地位，于4.1版标准中首度支援IPv6网路协定，可望突破过去无法实现网状网路拓扑的瓶颈，吸引更多物联网应用开发商采用。
蓝牙(Bluetooth)Smart，又称为蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)，其为蓝牙核心规范4.0版本的一部分，于2010年发表后表现一直相对低调，但现在已跃升为市场关注焦点。
正如市调机构IHS所预测，蓝牙Smart晶片的全球出货量在2018年将上升至接近三亿颗，相较于2013年时仅三千多万颗，5年来的年复合成长率(CAGR)将达到55%以上。2013年的出货量比2012年的九百万颗成长了将近250%，2014年的出货量预计还要再加倍。
2013年市场上也出现了第一款“应用配件(Appcessory)”，而2014年预估将有超过五千万件相关产品出售。应用配件系基于蓝牙Smart，用以无缝连接配备蓝牙Smart Ready技术的智慧手机、平板电脑及桌上型电脑，并已成为一个迅速扩大的市场(图1)。
图1 蓝牙Smart配件应用范畴
一个应用配件产品可将周边产品例如健身感测器或玩具，和配备蓝牙Smart Ready的智慧手机、平板电脑或桌上型电脑上的软体结合起来。应用配件通常由钮扣电池等小型电池供电，以超低功耗(ULP)的蓝牙Smart晶片发送资料到行动装置上，主机设备的应用程式(APP)会分析并显示该资料。许多APP也可以很容易通过社交媒体分享资讯。
蓝牙Smart Ready产品，其中包含苹果(Apple)的设备以及大多数Android平台手机，并都配备了蓝牙4.0/4.1晶片，可以做到标准蓝牙技术能做到的工作，而且还可以与蓝牙Smart晶片进行沟通。
在未来几年内，智慧手机和平板电脑的销售预估将会激增。Statista Research的分析师估计直到2020年，行动设备的累计全球总出货量将达到六十一亿部。而IHS的分析师较为保守，但仍提出了高数字的预测，该公司估计，2013年底智慧手机的用户数为十九亿一千九百万，而之后的5年将成长到五十亿八千二百万。
由于蓝牙技术和智慧手机及平板电脑之间的密切性，而多家公司正竭力推出应用配件，因此能和每一支智慧手机连接的蓝牙Smart设备数量即将激增。
其实并不难想像每一位拥有智慧手机或平板电脑的用户，都同时拥有三或四个应用配件。直到2020年，累计市场出售的蓝牙Smart产品可能达到两百四十亿部，而一些分析师估计该市场每年的总值可达到1,310亿美元。
但现在除了既有的特点，新版本的蓝牙技术“蓝牙4.1版”引入了一些新功能，可协助建立技术的基础，最终将实现蓝牙Smart设备直接连接到网际网路，而不须提高智慧手机或平板电脑的运算能力。行动设备可能仍然做为一个讯息中枢(Hub)，如可能做为无线区域网路(Wi-Fi)路由器并收集资料，但是分析和控制资讯能力强大的软体则存放在云端上。
虽然新版本仍然无法实现直接与网路连接，但它反映了蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)对扩大蓝牙技术可触及范围的志向和决心，这种策略将鼓励新世代的产品推动一个较应用配件市场更为庞大的新市场领域。
强化IP网路连接操作 蓝牙4.1联网效能大增
从技术的角度看来，蓝牙4.1更能对该技术悠久的串流媒体模式、ULP的操作模式(使用遵守“低功耗核心配置”规范的技术)，以及网际网路协定(IP)连接操作而产生的不同使用情况加以调整。
开发人员可能会认为蓝牙4.1带来的最重要单一功能，是让智慧手机等设备可同时做为蓝牙Smart Ready中枢和蓝牙Smart周边设备的拓扑。设备内采用新规格设计的晶片，具有将资料从感测器或智慧手表传递到智慧手机甚至个人电脑(PC)上的功能。
另一种可为开发人员提供更大自由度的特点，是建立联网(Scatternet)的能力。以往，蓝牙以建立多个微网(Piconet)的方式来进行沟通，但是它的3位元位址空间将微网最多数量限制在八个设备上--一个中枢和七个周边设备。这样一来可能限制蓝牙技术的使用能力，因为设备的数量关系着技术的扩展。然而，如今一个设备可以设定为中枢或周边设备，那么一个中枢就可能与超过八个以上的设备进行沟通。
对开发人员另一个重要的改变是蓝牙在保持沟通上的更多弹性。在蓝牙4.0版本中，蓝牙Smart设备和蓝牙Smart Ready设备之间连线的间隔是固定的。可惜的是，这意味着当一个行动设备，如健身监测仪，从中枢装置中被分离出来，连线就可能很快中断，而且必须重新手动恢复。从蓝牙4.1开始，开发人员现在可以考虑任何可能使用的场景，从而设定连线的时间间隔。
然而，蓝牙4.1版本最明显的增强之处，是透过逻辑链结控制和适配协定(Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP)的连线导向通道(Connection-Oriented Channel)，来奠定IP连接操作的基础(这最终将实现与网路直接沟通)。虽然L2CAP早就是蓝牙4.0的一部分，但直到最新版本发表后，蓝牙Smart及蓝牙Smart Ready才可利用L2CAP的连线导向通道。
连线导向通道具备建立专用通道(Dedicated Channel)的能力，专用通道有与之相关的固定数值。连线导向通道和专用通道对网际网路协定第六版(IPv6)而言是基本要求。IPv6是通讯协定的最新版本，可在网路上为电脑提供辨识和定位系统，以及路由网路上的流量。
此外，蓝牙4.1支援较长的数据封包，被称为最大传输单元(Maximum Transmission Unit, MTU)，是在整个蓝牙Smart连结中实现IP数据封包不可或缺的一项。
要注意的是，在蓝牙Smart装置可以直接和网路连接之前，仍然有许多技术障碍须要克服，而且还得有几个蓝牙技术的修订版。但是，正如蓝牙技术联盟所言，具备建立专用通道功能的蓝牙4.1标准，是未来在感测器层面支援IPv6的重要基础。
蓝牙Smart晶片是现今蓬勃发展的应用配件和云端配件(Cloudcessory)革命的关键。
一个例子是最近在英国伦敦的玩具展上赢得着名的“2014年最佳新玩具”的赛车控制系统(Race Control System, RCS)，由Scalextric公司所开发，即采用了蓝牙Smart晶片，让使用者可通过蓝牙Smart上的APP来建立并管理比赛。该APP支援比赛的统计资料和功能，其中一些直接影响了赛车的表现，包括车手的名字、圈数和时间、最快圈数、燃油量、轮胎的磨损程度，以及客制化的油门反应。
另一个例子是由香港公司IDT所设计的气象站，同样使用蓝牙Smart晶片，可直接和智慧手机与平板进行通讯，在基地台到智慧手机两者相距最长达五十公尺的距离内，使用者能够立即接收到当地的气压和天气预报更新，以及由基地台的嵌入式感测器和多达五个远端无线感测器一起收集而得的温度和湿度读数。
加入OTA无线更新功能 蓝牙4.1晶片自动升级最新版本
不过，虽然硬体规格出色，但关键的创新在于软体架构。在标准的ULP无线连接应用中，射频(RF)协定和应用程式码做为单一整体架构的一部分。若使晶片协定和应用单元之间完全分离，这可有效地完全消除介于两者之间的依赖关系。应用程式开发人员可以在没有跟编译或执行时间有关的依赖或潜在抵触下，安全地建构或移植现有应用程式。
此外，这种安排意味着开发人员可以专注于发展出对应用程式最好的方法，不像其他无线连接IC，其应用和协定程式码具有关联的固有连结，开发人员在整个开发周期都必须对这些限制和依赖步步为营。
蓝牙4.1身为开放标准的其中一个好处，是可促成多厂商供应链的建立，为工程师提供产品选择，并培育具竞争力的环境来刺激创新。众多蓝牙晶片供应商已经准备好1年出货高达十亿个蓝牙Smart晶片，并提供优异的性能，而每个零件的成本只需几美元，每一个晶片都保证能与其他所有零件互相操作。
建基于现有蓝牙技术生态系统的基础上，加上关注RF工程复杂性的制造商支援，无论是对营利企业或是“自造者(Maker)”社群的变革创新者们来说，如今终于可以在几乎任何产品上加入无线连结功能，并为产品增添“智慧”。更好的是，其中有些蓝牙Smart晶片能够自己升级软体，而消费者甚至不会察觉到升级正在进行。
这类“OTA(Over-the-air)”无线更新对其他无线技术而言是例行程序。例如，消费者很熟悉经由手机网路在智慧手机上更新APP，或是经由Wi-Fi网路下载可携式电脑作业系统用的安全补丁(Security Patches)，但对于ULP无线晶片而言，OTA无线更新并不是例行程序。
直到现在，这种情况才转变过来。这是因为蓝牙4.1针对这个挑战，在L2CAP层打开直接通道，从而可进行大量的资讯交换(加速下载)。有些(并非全部)蓝牙Smart晶片如今可以透过使用自己的无线连接，利用这项功能简单轻松地提升RF协定软体或开发人员的应用程式码。
例如，Nordic的SoftDevice包含了“OTA装置韧体更新(OTA-DFU)”功能，可支援无线软体升级。OTA无线更新有利于产品开发人员，因为即便产品已经在消费者手中，他们仍可以添加新功能到现有的产品并可修复缺陷。开发人员只须更新应用软体，而毋须承担会破坏软体堆叠架构的任何风险。
但也许更重要的是，消费者能受益于重要软体的升级，为他们现有的无线周边设备带来真正的新功能。这个能力让未来的新一代联网设备可在云端伺服器发出指示后，自行更新软体。如此一来消费者就毋须为了使用新软体(例如新版的蓝牙技术)，就要丢弃手上的产品而改买新产品。这样不但加速了升级、节省电池电量，并消除了未正确完成的升级风险。
感测装置讯息直达云端 蓝牙4.1成物联网基础技术
当代的蓝牙智慧应用配件如行动感测器，得通过智慧手机这样的中间媒介才能连接到网路。但是由蓝牙4.1引入的未来功能中，感测器将可直接存取储存在云端上的伺服器软体。
这样的功能将使原本“无脑的”物体变得“聪明”。例如，一把伞可以连接到网际网路，以确认是否有可能下雨，并提醒物主在出门时带上它--完全没有任何人为干预或得要先连接智慧手机。另一种情况是，物主在观察到满天乌云后从伞架抓起一把雨伞，并将资讯传回伺服器上，使当地的天气预报变得更加精确。
蓝牙技术的未来版本可能实现设备之间的网路连结，例如路由器或机上盒，它们通过闸道器设备上的软体可接收蓝牙资讯并重新导回云端服务系统。与智慧手机和平板电脑不同，这些闸道器不需要一个完整的作业系统(OS)来转发资讯。
虽然蓝牙Smart设备可以利用这样的闸道器来连接到网路，但是闸道器只是一个中立设备，将感测器的资料发送到云端上的伺服器，而不会执行任何分析或处理。此外，这些蓝牙的未来版本将使应用配件得以和其他设备互相沟通，而且同样地，不须要透过一个智慧中枢。
这项技术将可实现物体对物体，以及物体对网际网路之间无缝的无线连接，从而形成所谓物联网(IoT)的基础技术。