藍牙4.0規范帶來了一種全新的藍牙技術——在直接面向消費者的通信領域有不同的名稱:藍牙LE即低功耗藍牙(BluetoothLowEnergy)或者智能藍牙(BluetoothSmart)。開發這種新型藍牙技術的目的是為新型藍牙設備工作服務。之前，藍牙在這些領域未能得到廣泛的應用，原因是其存在電池使用壽命或者成本問題。本文中，我將簡要為您介紹BluetoothLowEnergy技術的發展歷程，BluetoothSmart和BluetoothSmartReady的消費類電子市場定位，以及如何確定哪種“口味”的藍牙技術最為適合您。
這種無線技術的許多名稱都沒有太長的歷史
2005年左右，諾基亞研究實驗室內部最初把BluetoothLE稱作“Bluetoothlite”，并將其看作是標準藍牙技術的補充，它更小、更輕，服務于標準藍牙技術過于復雜或者功耗過高的應用。諾基亞預見到了這種新技術的前景，同其他無線技術和半導體公司一起圍繞這種技術組建了一個產業聯盟，并將它命名為Wibree。大約一年以后，人們清楚地意識到在BluetoothSIG內部開發這種技術才是一種最為可行的方法，之后便將開發工作移交給該聯盟。
那時，這種技術被稱作超低功耗藍牙技術，并最終被重新命名為Bluetoothlowenergy。2010年發布藍牙4.0版規范時將這種技術包括在其中。對于消費者而言，藍牙4.0版被稱作BluetoothSmart或者BluetoothSmartReady，具體取決于它應用的具體形式。
智能藍牙技術的現狀
Bluetoothlowenergy已經應用于市場上相當多的設備中，包括博能公司(Polar)的H7心率帶、佳明(Garmin)的Fenix運動表等等，BluetoothSIG的BluetoothSmart產品展示頁面對其中一些進行了說明:http://www.Bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart-Devices.aspx。同樣重要的是，蘋果、摩托羅拉和三星等公司的新型手機、平板電腦和PC均提供Bluetoothlowenergy支持。
那么，BluetoothSmart/Bluetoothlowenergy到底是什么呢?
人們對于藍牙4.0到底是什么存在一些疑惑。一些不熟悉藍牙技術內部工作原理的人會認為，BluetoothSmart可以降低所有藍牙工作設備的功耗，但事實卻并非如此。BluetoothSmart的好處僅適用于那些實際使用BluetoothSmart/Bluetoothlowenergy特性的設備，并且僅在某些使用情況下起作用。更多詳情，讓我們首先從一個消費者的角度來看一下BluetoothSmart是如何被定義的。
BluetoothSmart和BluetoothSmartReady
從一個消費者的角度來看，集成了Bluetoothlowenergy技術的藍牙設備都貼有BluetoothSmart和BluetoothSmartReady標志。這些標志并不必然地直接與我們后面將要討論的技術類別相對應，但卻有其自己的消費者體驗定義。BluetoothSmartReady設備是一些“中心”設備，例如:計算機、平板電腦、手機等等，它們均支持BluetoothSmart(Bluetoothlowenergy)，并允許以后為設備添加其他屬性(通過下載應用程序或驅動程序，或者其他方法)。BluetoothSmart設備是一些基于Bluetoothlowenergy的設備，其與BluetoothSmartReady設備通信。需要注意的一點是，根據定義，BluetoothSmart設備無法與“經典”藍牙設備通信，它們只與BluetoothSmartReady設備通信。
這樣做的目的是，當消費者購買一臺BluetoothSmart設備時，他(她)知道這臺設備可以同其他貼有BluetoothSmartReady標志的設備一起協同工作，但卻不能與僅貼有標準藍牙標志的設備工作。
技術前景展望
從技術角度來看，基本可以分為三種不同類型的藍牙設備:“經典”藍牙、藍牙雙模式和藍牙單模式。
如前所述，第一種為“經典”藍牙設備。大多數藍牙設備客戶群都屬于這一類。盡管截止目前Bluetoothlowenergy支持硬件已出貨超過一年時間，但是仍然有許多設備沒有Bluetoothlowenergy所需的軟件支持。展望未來，我們有充分的理由相信，大多數設備都將包含Bluetoothlowenergy支持(大多數現代藍牙IC已經這么做了)。但是，肯定會有一些Bluetoothlowenergy無法充分發揮其優勢的設備類型(例如:藍牙立體聲耳機)，在可以預見的未來，它們可能仍然是藍牙“經典”設備的舞臺。
第二種類別是所謂的“雙模式”設備。這些設備同時支持“經典”藍牙和Bluetoothlowenergy，并且可以與“經典”藍牙和BluetoothSmart設備通信。雙模式IC存在于BluetoothSmartReady設備中。這些設備并未受益于Bluetoothlowenergy所帶來的低功耗，因為它們仍然需要滿足傳統藍牙設備的要求，但它們是整個生態系統的重要組成部分。
第三種同時可能也是最為有趣的一個類別便是“單模式”設備，其支持Bluetoothlowenergy作為唯一的通信方式。這些設備不能直接與藍牙“經典”設備通信，但在另一方面它們針對Bluetoothlowenergy技術經過高度優化，因此能夠充分利用這種新技術所帶來的好處。
請注意，Bluetoothlowenergy專為占空比相對較低的使用情況而設計和優化。例如，在長時間鍛煉時，一條心率帶可以保持連接數小時，但它只需每秒發送幾個字節，因此使用經過優化的協議時無線傳輸的開啟時間可能不到一毫秒。與此形成對比的是，耳機或者無線揚聲器的數據傳輸量為每秒數百kB，并且無線傳輸開啟時間百分比達到兩位數。原始藍牙規范為通用無線數據傳輸而設計，經過改進已成功應用于輸入設備和無線音頻等其他用途。Bluetoothlowenergy專為滿足原始藍牙規范受限的一些應用需求，從而拓展了藍牙技術的整個目標市場。
BluetoothSmart的市場
截止目前，BluetoothSmart在運動和健身領域已獲得了良好的應用。另外，它在醫療保健和一些新穎的新興應用領域(例如:接近距離標簽、“配件飾品”和遠程用戶界面等)擁有巨大的應用前景。
接近距離標簽為一些小型電池供電的標簽，其與中心設備通信，讓中心設備知道該標簽是否進入規定范圍。在結合其他信息以后，它便可以有效地服務于我們的日常生活。利用這種技術，我們可以追蹤到鑰匙放在哪兒，提醒您不會在離開家的時候忘記帶上手機，也可以幫您找到孩子們丟在沙發下面的電視遙控器。
“配件飾品”是一種無線連接至您的手機或者平板電腦的設備，它能夠以一種通過移動設備內置傳感器無法實現的方法擴展應用程序的功能。例如，一條心率監測帶與運動追蹤應用程序一起使用(目前，還沒有一種好的辦法讓手機直接測量您的心率)。就我個人而言，我樂于見到人們利用這種技術發明出更多讓人吃驚的新型設備。
遠程用戶界面是指，各種設備在一部手機或者計算機上呈現一個用戶界面，而非通過按鈕、屏幕等實現的物理用戶界面。這在一些更加復雜的設備中已經十分常見，這些設備以某種方式接入互聯網絡(例如，我的路由器便使用網絡瀏覽器進行配置)，而BluetoothSmart讓這項工作變得更加輕松容易，讓其擴展至一些電池供電或者非持續連接網絡的設備。我最喜歡的一個例子是，我家兒童房的取暖器使用了一個自動調溫器，通過對它進行編程，我可以為每周的每一天設置單獨的夜間和白天溫度。它擁有一個由兩個7段顯示器、3個LED和5個按鈕組成的用戶界面。我發現，就算手里拿著使用手冊，想要知道它是如何工作的也顯然不可能。但是，如果用一個單模式BluetoothlowenergyIC代替硬件，您便能夠通過觸摸屏進行編程。這樣可以極大地改善用戶體驗，甚至還可以為自動調溫器制造廠商節省一部分成本(組件成本以及更少的返修/客戶服務電話!)
“物聯網”實現者
BluetoothSmart的另一個應用方面是所謂的“物聯網”實現者。BluetoothSmart設備通過普遍的BluetoothSmartReady設備(例如:智能手機、平板電腦或者PC)連接互聯網，而非直接連接。這樣做的主要好處是，相比那些直接連接互聯網(通過GSM/3G/LTE或者Wi-Fi連接)的設備，無線設備可以更加簡單、低成本和低功耗。另外，無需額外增加基礎設備;用戶已經擁有連接BluetoothSmart設備至互聯網所需的設備。
該如何選擇藍牙 - 哪種“口味”的藍牙技術最適合你
那么Bluetoothlowenergy與“經典”藍牙技術的區別到底在哪里呢?我們要從更低層說起，BluetoothlowenergyPHY是BluetoothBRPHY的瘦身和優化版(PHY意思是實際傳輸，即物理RF傳輸如何完成，BR和EDR指基本速率和增強數據速率，其為用于涵蓋“經典”藍牙1Mbps和2/3Mbps模式的技術術語)。盡管BRPHY跳過79通道(通過自適應跳頻可減至最少20條通道)，并完成32通道發現，但是BluetoothlowenergyPHY僅有37條通道并完成3通道發現。由于在發現通道時Bluetoothlowenergy經過的通道少得多，其過程更加迅速，因此可在數ms內便建立起連接，而非“經典”藍牙所要求的數秒。Bluetoothlowenergy的通道間隔為2MHz，而BR為1MHz，這降低了RF濾波需求。
向前移動一個比特位時，Bluetoothlowenergy連接基本與BR所謂的嗅探性次額定(低耗電監聽，sniffsub-rating)模式類似。這種方法為Bluetoothlowenergy提供一種在盡可能地讓無線傳輸關閉的同時保持連接方法的高能效方法。這種藍牙規范隱含的內容是，要求的放寬允許IC廠商完成許多“經典”藍牙技術難以或者無法實現的優化工作，從而降低睡眠和活躍電流，并縮短開關時間。相比雙模式或者典型芯片，這些優化讓單模式芯片變得更加低功耗、更簡單和更低成本。
在屬性層也存在諸多差異。截止目前Bluetoothlowenergy屬性層疊加在GATT上，其使用GATT/ATT協議來交換數據。在“經典”藍牙中，屬性通常定義了其自有協議。這種方法更加靈活，但使實現起來更加復雜，并且增加了需要運行的代碼數量。
那么，您的設計應該選擇哪一種呢?
更新型的IC一般都為雙模式而非“經典”藍牙，因此從硬件的角度來看，您通常沒有選擇的空間。如果目標應用不使用Bluetoothlowenergy，則某些應用指定設備可能會仍僅為BR或者BR/EDR。從軟件角度來看，許多常見藍牙堆棧均包括了低能耗支持，因此不用您選擇。
當在雙模式和單模式IC或者系統片上(SoC)之間進行選擇時，其取決于您的目標應用。如果您需要與“經典”藍牙設備進行通信，則選擇很簡單—您需要使用一個雙模式設備。如果您在鏈路的兩端都有靈活性，則您通過無線鏈路傳輸的數據類型和多少是最為重要的決定標準。如果您傳輸大量的數據或者流媒體，則您應該使用BR/EDR解決方案。這種IC的例子是TI的CC2564。這種IC包含了HCI級別的藍牙4.0版堆棧，其余堆棧則運行在主微控制器(MCU)上。
如果您只傳輸少量的數據，則Bluetoothlowenergy或許是更好的選擇。在其目標設計應用中，Bluetoothlowenergy可以提供非常長的電池使用時間。例如，每周七天每天24小時每隔一秒與電話通信一次的某個傳感器，使用一枚CR2032鈕扣電池可以持續工作超過1年的時間。功耗(以及其帶來的電池使用時間)隨通信時間的長短而調節。BLE的最短支持時間為7.5ms，最長為16秒。16秒的時間極限與通信超時有關;如果需要更長的時間，則連接可能斷開，然后再根據需要每次重新連接。如前所述，僅3條通道用于重新連接意味著重新連接遠比“經典”藍牙要迅速，其為毫秒級而非秒。
這個行業正轉向使用一些能夠在一個傳感器型器件中實現所有功能的IC，而不是傳感組件本身。TI的CC2541便是一款單模式BluetoothlowenergySoC解決方案的例子，它包含了無線電組件、MCU與外圍器件以及片上可再編程閃存。
其他因素也可能起作用。例如，如果您想要您的設備能夠與IOS型設備通信，則Bluetoothlowenergy是實現這個目標的簡單方法。目前，蘋果公司要求提供預定義屬性以外支持的所有BR/EDR設備都必須獲得MFI計劃的認證。對于那些沒有這種限制的Bluetoothlowenergy設備來說，運行在iPhone4S、iPhone5、iPodtouch(第5代)或者iPad3(使用iOS5以上版本)的IOS應用程序可以使用GATT型API與BLE設備通信。
至于其他操作系統，一些安卓手機已經支持藍牙4.0版，我們希望看到更多的類似設備。Windows8將提供完整的藍牙4.0版支持，并且API已經在微軟公司開發者大會上發布。
另一個需要考慮的因素是，開發工具與文檔的發展和推出。一些單模式Bluetoothlowenergy廠商提供免版稅軟件棧，并且所有文檔均在網站上開放提供。在“經典”藍牙領域，征收協議棧版稅和根據保密協議不得泄露數據表單和其他技術文檔是一種更為常見的做法。
結論
藍牙4.0出現以后，藍牙設備設計人員在其工具箱中又多了一件工具。盡管都是藍牙4.0，但卻有不同的名稱:BluetoothSmart、BluetoothSmartReady或者Bluetoothlowenergy。不管您叫它什么名稱，這種新技術都以短距離無線市場中藍牙技術的大規模成功應用為基礎，并通過降低功耗、復雜度和成本拓展藍牙技術的應用領域。