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低功耗藍牙:2023年趨勢與三大必關注的應用
 

【作者: 黃振昇】   2023年07月19日 星期三

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藍牙是一種無線通訊技術,它可區分成「經典藍牙」跟「低功耗藍牙」,舉例來說,經典藍牙是大家熟悉的、常被應用於耳機、滑鼠;而相較於經典藍牙,低功耗藍牙的優勢是功耗低、傳輸距離長、傳輸頻寬小,對於某些需長時間控制、但只要傳輸少量資料的開關控制,或環境感測應用更為適合,不僅實現無線操作,也延長設備的電池使用壽命,可被廣泛應用智慧家庭、醫療/健身/穿戴式裝置、以及工業自動化監測等。


根據藍牙技術聯盟〈2023年藍牙市場最新資訊〉顯示,藍牙設備出貨量將從2023年的54億台,攀升至2027年的76億台,年均複合成長率(CAGR)為9%。此外,智慧手機、平板、筆記型電腦和電視,普遍導入經典藍牙和低功耗藍牙,受到消費電子增長的推動,無論是單模藍牙設備(低功耗),或雙模藍牙設備(經典+低功耗)的出貨量均持續成長,預估2027年將有97%的藍牙設備擁有低功耗藍牙技術。同時,低功耗藍牙也是智慧家庭的首選無線通訊,加上藍牙技術被納入Matter標準,推測藍牙智慧家庭設備在今年的出貨量將成長至6.86億台。


綜上所述之趨勢,低功耗藍牙因功耗低、傳輸距離長,與多數的手機、電腦相容,未來將被更多智慧裝置採用,並在智慧家庭領域大放異彩。以下介紹低功耗藍牙在2023年三大必關注的應用:


一、智慧照明


圖一 : 智慧照明的無線通訊控制技術,必須具備能耗低、聯網穩定性高的特性,才能夠達到節電的成效。
圖一 : 智慧照明的無線通訊控制技術,必須具備能耗低、聯網穩定性高的特性,才能夠達到節電的成效。

智慧照明能提供住戶更好的光線體驗。然而,從住家到商場,智慧照明的數量,從數個到成千上百的燈都有,這些燈需長期點亮,耗電量極大,因此智慧照明的無線通訊控制技術,必須要具備能耗低、聯網穩定性高,才能達成節電,又避免當一顆燈故障時,就所有燈都不亮的情形發生,而低功耗藍牙和藍牙Mesh的特性,非常適合作為智慧照明的控制技術。


這是為什麼呢?在功耗方面,相比Wi-Fi,低功耗藍牙的能耗小了10倍,而且它與智慧手機兼容,不像ZigBee需額外的閘道,就能夠遠端控制,有利於應用在需要聯網和長時間運作,但只需要傳輸少量資料的智慧照明設備。



圖二 : 傳統藍牙與藍牙Mesh的技術比較
圖二 : 傳統藍牙與藍牙Mesh的技術比較

同時,低功耗藍牙還有傳輸速度快、傳輸距離長(像低功耗藍牙5.0的範圍長達300公尺)、模組小、成本低的優勢,並支持藍牙Mesh網狀網路。


藍牙Mesh是去中心化的通訊架構,採用管理型網路泛洪(Managed Flooding)的廣播方式來發布訊息,無須路由器中繼,網路裡的每個裝置都能發送和接收訊號、彼此互連,突破了原先藍牙只能單點對單點傳輸的困境,達到多裝置對多裝置傳輸,而且當網路的其中一個節點停止運行時,訊息也會經由多條路徑被傳遞到目的地,形成高度可靠的網路,提供更大範圍的網路覆蓋與通訊效能。


對於需連結數千個燈的智慧照明而言,藍牙Mesh能夠提供跨樓層與長距離的聯網控制。智成電子開發的藍牙模組即以低功耗藍牙5.0和藍牙Mesh為基礎,LED燈具搭載藍牙模組,將普通照明快速升級為智慧照明,協助用戶透過手機實現調光調色、遠端控制、定時開關、群組/單點控制、多場景切換等強大的聯網燈控功能。


二、監測系統


圖三 : 低功耗、小尺寸的藍牙模組適用於感測器,能夠提高感測器的待機時間。
圖三 : 低功耗、小尺寸的藍牙模組適用於感測器,能夠提高感測器的待機時間。

物聯網時代下,需要大量的感測器蒐集環境資料和交換數據,藉以維持日常追蹤,以及智慧裝置的感測聯動,所以感測器須長時間開啟,而感測器通常體積偏小,為了提高待機時間,低功耗、小尺寸的藍牙模組,特別適用於感測器。


當低功耗藍牙應用於智慧家庭的感測器和控制設備之間的通訊,不僅隨時蒐集溫度、濕度和光照等資訊,又大幅降低監測系統的能耗,還可傳輸環境資訊到智慧手機進行遠端控制,比如監測到氣溫高於攝氏26度,就會自動開啟冷氣機,為家中環境營造涼爽的空間。


另外,低功耗藍牙也能應用於健康監測設備,像是心律檢測器、血糖監測器、計步器等醫療器材,幫助用戶能隨時監測健康狀況,給予更好的智慧照護體驗。


三、智慧門鎖


圖四 : 目前藍牙已成為手機標配,只要用手機就能遠端控制智慧門鎖。
圖四 : 目前藍牙已成為手機標配,只要用手機就能遠端控制智慧門鎖。

智慧門鎖是居家安全的第一道防線。市面上的智慧門鎖多以乾電池供電,而智慧門鎖的待機時間長、續航力需長達數年,採用低功耗藍牙,可延長門鎖的使用時間,無須頻繁更換電池。此外,相較於Wi-Fi,雖然藍牙和Wi-Fi都位在2.4G頻段,但是藍牙的抗干擾性更強,能減少訊號干擾和屏蔽的問題,使得數據傳輸更安全,提供使用者更好的開鎖體驗。


在安全防護上,藍牙提供更嚴密的安全防護,雖然Wi-Fi、ZigBee、藍牙都採用AES隨機多組金鑰加密,但藍牙Mesh還多了三層密鑰與密鑰更新的措施,能夠有效阻止駭客攻擊與破解封包。另外,目前智慧手機的普及率高,藍牙已成手機標配,只要用手機就能遠端控制智慧門鎖,出門不用再帶鑰匙,生活更方便。


以上是低功耗藍牙今年值得關注的趨勢與應用,智成電子擁有專業的晶片研發技術,透過已開發通過認證的低功耗藍牙模組,有助終端裝置廠商開發智慧裝置,共同打造智慧生活。


(本文作者黃振昇為智成電子總經理)


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