藍(lán)牙 v5.4 中的新增功能：概述

藍(lán)牙 SIG 終于采用了藍(lán)牙? v5.4 核心規(guī)范。這意味著藍(lán)牙產(chǎn)品可以使用一組令人興奮的新功能以及它們提供的所有優(yōu)勢(shì)。其中兩個(gè)主要改進(jìn)是定期廣告響應(yīng) （PAwR） 和加密廣告數(shù)據(jù)。它們共同實(shí)現(xiàn)了與星形拓?fù)渲袛?shù)千個(gè)超低功耗終端節(jié)點(diǎn)的無(wú)連接、雙向、安全通信。

當(dāng)前非常相關(guān)的一個(gè)示例用例是電子貨架標(biāo)簽配置文件 （ESL）。這實(shí)際上是PAwR和加密廣告數(shù)據(jù)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化用例。該規(guī)范目前作為草案版本發(fā)布，但預(yù)計(jì)很快就會(huì)被采用。建立此配置文件為 ESL 用例提供了標(biāo)準(zhǔn)，因此我們預(yù)計(jì)基于藍(lán)牙的應(yīng)用程序和生態(tài)系統(tǒng)將在不久的將來(lái)迅速出現(xiàn)。

通常，PAwR 和加密廣告數(shù)據(jù)適用于涉及大量設(shè)備傳輸少量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，這些設(shè)備接受更長(zhǎng)的延遲以換取更長(zhǎng)的電池壽命。例如，不需要立即響應(yīng)或監(jiān)控非動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)。

定期廣告和響應(yīng)

到目前為止，在藍(lán)牙 LE 中，在無(wú)連接模式下應(yīng)用數(shù)據(jù)的雙向通信是不可能的，而 PAwR 可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這是此功能的主要優(yōu)勢(shì)。

為了解釋它是如何工作的，我們將使用廣播器和觀察者命名約定。廣播并不是什么新鮮事，數(shù)據(jù)由廣播公司發(fā)送，觀察者掃描以接收它。PAwR中的新功能是，廣播數(shù)據(jù)在確定性時(shí)隙內(nèi)以小數(shù)據(jù)包組織，觀察者可以精確地與之同步和響應(yīng)。數(shù)據(jù)在由 PAwR 子事件組成的 PAwR 事件中發(fā)送。每個(gè)觀察者可以同步到一個(gè)或多個(gè)子事件，并且同步時(shí)，觀察者僅在這些特定時(shí)隙中主動(dòng)接收。

雙向通信在子事件中實(shí)現(xiàn)。廣播公司在子事件的開(kāi)頭傳輸數(shù)據(jù)，然后在響應(yīng)時(shí)隙延遲之后，觀察者可以發(fā)送他們的響應(yīng)。響應(yīng)的業(yè)務(wù)流程在應(yīng)用程序級(jí)別處理。

此解決方案的效率是觀察者僅掃描特定子事件的能力的結(jié)果。因此，終端節(jié)點(diǎn)（觀察者）僅在很小的特定時(shí)間段內(nèi)掃描。這就是該解決方案在功耗方面如此有效的原因。

PAwR 的另一個(gè)功能是能夠建立 ACL 連接，因?yàn)樽邮录赡馨B接請(qǐng)求。借助此功能，設(shè)備不必遵循傳統(tǒng)的連接方案進(jìn)行額外的掃描和廣告。事實(shí)上，這沒(méi)有意義，因?yàn)樵O(shè)備已經(jīng)同步。在某些情況下可能需要連接，因?yàn)橹荒芡ㄟ^(guò) PAwR 傳輸少量數(shù)據(jù)。要傳輸更多數(shù)據(jù)，設(shè)備可以設(shè)置 ACL 連接。

加密廣告數(shù)據(jù)

雖然PAwR正在解決可擴(kuò)展性和超低功耗要求，但所有現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都必須滿(mǎn)足一個(gè)關(guān)鍵要求，即安全性。ESL 接入點(diǎn)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換必須加密，以保持機(jī)密性、避免篡改并保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

在藍(lán)牙 v5.4 之前，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的廣告數(shù)據(jù)加密方式。這樣的定義只存在于面向連接的通信中。由于ESL應(yīng)用程序的大多數(shù)數(shù)據(jù)交換都流經(jīng)PAwR，因此有必要添加加密的廣告數(shù)據(jù)功能。這引入了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法，用于加密廣告中的數(shù)據(jù)以及共享數(shù)據(jù)加密所需的密鑰材料。值得注意的是，加密廣告數(shù)據(jù)不僅可以通過(guò)PAwR完成，還可以使用其他廣告?zhèn)鬏攣?lái)完成。

此功能允許通過(guò)添加稱(chēng)為加密廣告數(shù)據(jù)（類(lèi)型 0x31）的新 AD 類(lèi)型來(lái)加密給定廣告數(shù)據(jù)包上的全部或僅子集有效負(fù)載，該類(lèi)型封裝了所有要加密的 AD 字段。這意味著廣告數(shù)據(jù)包有效負(fù)載在概念上如下所示。

廣告數(shù)據(jù) 0 封裝了已加密的 AD 1-3。其次是未加密的 AD 4 和 5。這提供了靈活性，并使一些非關(guān)鍵廣告數(shù)據(jù)保持開(kāi)放，供任何觀察者解釋?zhuān)?，AD 類(lèi)型 0x01（標(biāo)志）或0x09（完整的本地名稱(chēng)）。

在兩個(gè)設(shè)備之間共享加密數(shù)據(jù)要求它們具有用于加密和解密數(shù)據(jù)的共享密鑰。為此，可以選擇將稱(chēng)為加密數(shù)據(jù)密鑰材料的新 GATT 特征作為 GAP（通用訪問(wèn)配置文件）服務(wù)的一部分包含在內(nèi)。連接的 GATT 客戶(hù)端可以通過(guò)加密和經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證的鏈接讀取此特征，然后允許通過(guò)廣告交換加密數(shù)據(jù)。

電子貨架標(biāo)簽簡(jiǎn)介

電子貨架標(biāo)簽 （ESL） 是一種顯示零售商店貨架上產(chǎn)品的定價(jià)信息的設(shè)備。目標(biāo)是遠(yuǎn)程管理有關(guān)給定產(chǎn)品的顯示信息，包括其名稱(chēng)，條形碼，價(jià)格等。ESL還可以配備傳感器，例如電池電壓監(jiān)控或環(huán)境光傳感。這種類(lèi)型的系統(tǒng)需要多功能性并且對(duì)成本敏感，這就是為什么數(shù)字標(biāo)簽通常由電池供電的原因。功耗是這里的關(guān)鍵要求，因?yàn)轭l繁充電或更換電池不是此用例的選擇。

ESL 配置文件實(shí)現(xiàn)了此特定用例的方法，通過(guò)使用 PAwR，通過(guò)新的加密廣告提供盡可能低的功耗和安全性。面向連接的通信用于配置、交換加密廣告數(shù)據(jù)的密鑰材料以及發(fā)送更大的信息塊，例如圖像。然后，基于PAwR的無(wú)連接通信用于常規(guī)命令和響應(yīng)。

ESL 配置文件中的角色定義為接入點(diǎn) （AP） 和電子磁盤(pán)架標(biāo)簽 （ESL）。AP 對(duì)應(yīng)于 PAwR 上下文中的廣播者，ESL 對(duì)應(yīng)于觀察者。為了管理網(wǎng)絡(luò)，引入了一個(gè)簡(jiǎn)單的尋址方案。每個(gè) ESL 都有一個(gè) 8 位 ESL ID。設(shè)備使用 7 位組 ID 分組。接入點(diǎn)最多可管理 32 640 臺(tái)設(shè)備。

對(duì)于從 AP 到 ESL 的通信，PAwR 的子事件與 ESL 的組直接相關(guān)。分配給組 #0 的設(shè)備同步以接收子事件 #0，依此類(lèi)推。傳輸?shù)矫總€(gè)組的數(shù)據(jù)包包含尋址到后續(xù) ESL ID 的命令序列。

如前所述，響應(yīng)業(yè)務(wù)流程在應(yīng)用程序級(jí)別進(jìn)行管理。在 ESL 配置文件中，響應(yīng)是動(dòng)態(tài)管理的。每個(gè) ESL 接收發(fā)往其組的所有命令。設(shè)備必須忽略發(fā)往其他命令的所有命令，但需要使用與收到的命令順序相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)槽。例如，ESL ID #1 收到以下消息：[ESL ID #0， cmd]、[ESL ID #1， cmd]、[ESL ID #3， cmd]。它將在響應(yīng)槽 #1 中響應(yīng)。

ESL 的安全性由藍(lán)牙 v5.4 中引入的加密廣告數(shù)據(jù)提供。 ESL 設(shè)備通常需要與 AP 的初始連接進(jìn)行調(diào)試，此時(shí)還可以讀取和分配密鑰材料，以允許隨后交換受 LE 安全連接保護(hù)的加密廣告數(shù)據(jù)。

ESL 配置文件提供了角色、狀態(tài)和消息序列的完整描述，以及描述如何使用加密廣告數(shù)據(jù)進(jìn)行通信的安全要求。如需深入了解，我們建議您閱讀 5.4 版本的規(guī)范或技術(shù)指南（請(qǐng)參閱頁(yè)面底部的鏈接）。

隨著藍(lán)牙 v5.4 的增強(qiáng)功能引入了非常低功耗、雙向、無(wú)連接通信，許多新的用例成為可能，ESL 是第一個(gè)。

藍(lán)牙 v5.4 核心規(guī)范中的其他功能

新核心規(guī)范中還提供了另外兩個(gè)功能，第一個(gè)是 LE GATT 安全級(jí)別特征 （SLC）。它旨在限制由可能延遲訪問(wèn)屬性的安全條件引起的用戶(hù)體驗(yàn)流中的故障。使用 SLC，客戶(hù)端可以預(yù)先確定足夠的安全模式和級(jí)別來(lái)訪問(wèn)所有需要的 GATT 屬性。如有必要，可以在嘗試訪問(wèn) GATT 屬性之前升級(jí)鏈路安全性以滿(mǎn)足訪問(wèn)要求。

廣告編碼選擇是第二個(gè)。S 參數(shù)定義前向糾錯(cuò) （FEC），并采用兩個(gè)值之一：S=2 或 S=8。它控制生成多少糾錯(cuò)數(shù)據(jù)以及通信范圍可以增加的程度。通過(guò)廣告編碼選擇，主機(jī)可以確定性地選擇控制器應(yīng)用于傳輸廣告 PDU 的編碼方案。這改善了以下情況：例如，設(shè)備可以接收 S8 編碼的 PDU，但會(huì)以 S2 編碼的 PDU 進(jìn)行響應(yīng)，因此對(duì)等設(shè)備可能無(wú)法接收這些 PDU。在這種情況下，主機(jī)也可以指示控制器使用 S8 進(jìn)行傳輸。

總結(jié)

藍(lán)牙v5.4帶來(lái)了一些有趣的新功能，這些功能肯定會(huì)擴(kuò)大藍(lán)牙應(yīng)用的范圍，并有助于標(biāo)準(zhǔn)化更多市場(chǎng)。我們期待看到生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，并將您的新想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。我們的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)隨時(shí)為您的項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估和支持。關(guān)注我們的產(chǎn)品新聞，了解 nRF Connect SDK 中這些功能可用性的最新信息。