該選哪個版本的藍牙技術？你得先搞懂傳輸範圍

作者 : Jon Gunnar Sponås，Nordic半導體公司技術支援團隊經理

如果您正在考慮使用藍牙通訊連接，請參閱本文，這裡概述了確定藍牙通訊有效範圍的主要因素，以及一些通過聯網來改善藍牙通訊的方法，並談及新的藍牙5性能。

Bluetooth Classic對比低功耗藍牙

就像所有的通訊技術一樣，相比於其他應用來說，藍牙技術對於某些應用更為適合。藍牙最初設計是用於在連續的串流資料應用中近距離地傳遞和交換大量資料。藍牙設備能夠同時發送和接收資料，這對於許多常見的消費性電子產品來說是完美的選擇，例如電腦耳機，兩個設備靠得很近。

低功耗藍牙(舊稱為藍牙智慧)在2011年進入市場，與早期版本相比，當時它的關鍵優勢是在相同的傳輸範圍上達到更低的功耗，但頻寬較小。這項通訊技術的使用物件是那些只需要定期交換少量資料的設備，延長的電池使用壽命可以達到幾個月甚至幾年。

傳輸範圍取決於周圍環境、無線電性能和天線

有很多因素會影響藍牙通訊範圍，它們通常是：

• 發射器的輸出功率
• 接收器的靈敏度
• 傳輸路徑上的物理障礙
• 天線

雖然對於給定的藍牙設備來說，無線電性能和天線的變化不大，但周圍的環境會有很大的變化。在戶外的空曠場地上，可以獲得高達100公尺的通訊範圍，但這是非常罕見的情況。在室內，像混凝土牆壁這樣的障礙物會削弱無線電訊號，有效傳輸範圍大幅減低。在正常使用中，室內兩個藍牙設備之間可以實現良好通訊指標的距離為10公尺。

在開發藍牙設備時，您可以選擇具有最佳接收靈敏度和輸出功率的藍牙晶片，並確保使用優質的天線，這樣通訊設備可以實現更佳的傳輸範圍。

有時可能需要在數百公尺或數千公尺範圍內使用藍牙。在下個章節，我們將討論如何利用網路來擴大藍牙通訊範圍。

藍牙5改進

第5版本藍牙規範帶來了許多改進，目標是提高藍牙規範低功耗部分的靈活性。

• 2Mbps的「高速」模式，允許增加資料率或減少平均電流消耗，代價是稍微降低傳輸範圍。
• 125kbs或500kbps的「長距離」模式，允許以降低資料率和增加平均電流消耗為代價來增加傳輸範圍。
• 廣告擴展功能。在廣播應用(如信標(Beacon))中允許實現高達8倍的資料輸送量。
• 最大輸出功率從+10 dBm增加到+20 dBm，允許使用更強大的功率放大器，進一步擴大傳輸範圍
• 增加了新的通道選擇策略(CSA2)，使得更多的設備可以在同一環境中共存而不互相干擾

如何通過聯網來擴展藍牙通訊範圍

您可以將藍牙設備連接到網際網路的多個分散式閘道。藍牙設備可以通過這些閘道相互通訊，並連接線上服務。

如果設備分佈在較大的地理區域，這是理想的解決方案。每個集線器通常只能處理幾個直接連接的設備，這是藍牙的另一個限制。您很可能會遇到這樣的情況：希望在相對較小的區域內(例如一棟辦公樓內)處理成百上千的藍牙設備。為此，您需要使用網狀網路(Mesh Network)來連接閘道和本地藍牙設備。

需要低功耗運作和與其他設備(以及線上服務)進行通訊的設備數量每天都在增長。為了支援它們，低功耗藍牙引入了對網狀網路的支援。

網狀網路允許在更大的範圍內連接大量的藍牙設備。在這種情況下，同一網狀網路中的所有設備或「節點」都能夠直接或者通過一個或多個中間節點進行相互通訊，只要每個節點與至少其他兩個節點足夠接近。

這樣一來，網路就無需依賴中央閘道來傳送所有的流量。就像網際網路一樣，資料包可以找到最有效的傳輸路線，經由發送方和接收方之間的任何節點進行傳送。在網狀網路中，您也可以使用「廣播」方式，即網狀網路中的所有節點都接收到相同的資訊，然後加以解讀並採取適當的行動。

智慧照明系統是一例。每個開關或燈泡都是使用低功耗藍牙的網狀網路的節點。每個燈泡均配置為知道自己的所在房間位置。

資訊從節點1(電燈開關)通過網狀網路進行廣播。1號房間的連接燈泡接收到這個資訊，但它們不會為此採取行動，因為它們知道自己不在2號房間。資訊一直傳遞，當它到達2號房間的燈泡時，這些燈泡就會打開。2號房間距離1號房間可能有幾百公尺遠，但仍會通過中間的其他節點接收到資訊。如此，就可以有一千個或更多的房間通過低功耗藍牙網路，從任何地方控制照明操作。

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