人机界面应用的蓝牙低功耗和专有射频协议比较

　　随着市场上可用的无线技术越来越多，有许多更加复杂的、整合了无线技术的人机介面设备（HID，如无线键盘、无线滑鼠等）投入市场。虽然无线标準具有互通性的优势，但它们也可能给应用带来不必要的复杂性和开销，并导致更高的系统成本。另一方面，专有协议能使开发人员灵活地定製应用，代价是要求开发人员进行开发。本文针对HID市场中的蓝牙低功耗技术与专有协议进行了比较。

　　选择PC HID时考虑的关键射频要求是成本、功耗、可靠性/安全性、速度/输送量和设计方便性。一般来说，考虑到设备间的互通性，市场上的标準实现要比专有实现略胜一筹。然而，在2009年之前的PC HID中，只有专有协议主导市场。这要归功于缺少在成本、功耗和效率方面针对PC HID市场最佳化了的无线标準。

　　蓝牙低功耗协议主要用于低功耗应用和PC HID市场。基本速率（BR）和低能耗（LE）蓝牙都支援设备发现、连接设立和连接机制。与BR相较，蓝牙LE更适合用于设计更低电流消耗、更低复杂性和更低成本的产品。

　　成本考量：无线HID市场对成本特别敏感，作为射频基频控制器的MCU需要足够的快闪记忆体来保存无线协议堆叠。由于蓝牙LE是一种标準，因此堆叠程式码规模远大于专有协议，需要更多的快闪记忆体，因此增加了成本。无线HID市场一直被专有协议所主导，因为它们才能提供羽量级的协议堆叠。然而，专有网路要求透过一个外部桥连接到PC/主机，才能与网路中的其它设备进行通讯。由于大多数PC和行动电话都有蓝牙功能，因此未来这些设备都将整合支援双模式（BR和LE）的蓝牙桥，不再需要外部桥接元件。

　　功耗因素：与基本速率蓝牙不同，蓝牙LE是一种经常处于休眠状态的技术，它规定单一应用不应消耗超过20mA的峰值电流，在钮扣电池应用中不应消耗超过15mA的电流，并且资料连续传输时间最大为3ms。这样就能使手錶和运动感测器等小型设备在使用小型钮扣电池的条件下连续工作数年时间。然而，支援蓝牙和蓝牙LE的双模实现将共用现有的蓝牙实体无线频率和天线，因此能保持与经典蓝牙技术相同的功耗。比较功耗极具挑战性，因为专有射频晶片製造商一般不在资料手册上披露功耗。开发人员必须使用实验板装置和他们各自的韧体测试环境获得他们自己的功耗资料。

　　可靠性和安全性：强韧性的抗2.4GHz干扰意味着能够与802.11b/g、蓝牙、无线USB和大量无线电话及微波炉和平共存。虽然像CYRF6936等一些专有无线设备採用DSSS（直接序列扩频）和FHSS（跳频扩频）传输机制，但蓝牙LE只使用对所有版本蓝牙技术通用的自我调整跳频技术。DSSS可以确保资料强韧性，而FHSS允许在干扰变得太大时将无线讯号跳频到新通道。与专有协议相较，蓝牙中缺少DSSS也是一个缺点，因为专有射频可以在有杂讯的环境中共存而无需跳频到更安静的通道。蓝牙LE提供了完美的AES-128加密技术，可对资料封包进行强大的加密和认证。与此同时，这会消耗相当数量的封包开销。为了确保可靠和安全的系统，开发人员需要自己根据设备的硬体功能和应用的安全等级要求来判断是採用现有的专有协议还是像蓝牙这样的标準协议。例如，对于像无线滑鼠这样的应用，安全性要求就很低。

　　速度/输送量：蓝牙LE支援1Mbps的空中资料速率，这对无线HID应用来说已经足够。然而，由于开销塬因，应用的输送量只有256kbps。专有协议具有更小的资料封包开销，也许能够支援更高的输送量。对于要求更高有效输送量的应用来说，蓝牙LE比不上专有标準。

　　认证：任何蓝牙相容的设备都要求认证，对蓝牙技术来说这是智慧财产权许可的一个前提条件。认证过程增加了产品设计週期，并导入了额外成本和潜在延迟。在使用专有协议的情况下，许多製造商几乎是免费地提供他们的认证规格，以便产品开发人员能够在他们那边认证协议，因而大幅地减少开发费用和时间。

　　应用：由于修改协议非常方便，因此任何应用都能非常方便地使用专有射频协议。这样，透过改变输出功率电平、启动更具强韧性的通讯方式或转移到更安静的环境中进行通讯，可以让应用更加适合环境。

　　在充满窄频、本地、专有连接解决方案的市场中，蓝牙LE技术可以透过以下特色实现自身的差异化：

　　* 实现的容易性和多供应商互通性

　　* 超低峰值、平均值和空閒模式功耗

　　* 低成本整合

　　* 功耗处理

　　* 抗干扰性

　　虽然蓝牙LE对许多应用来说似乎是很有前途的一种技术，但在HID应用採用这种技术之前，业界首先需要解决一些特定的问题。当然，不需要外部桥接元件必然是一大优势。然而，电子产业何时能够接受整合的双模式蓝牙无线是一个相当中肯的问题。在主机中整合双模/单模蓝牙无线也会产生与Wi-Fi、WiMax经典蓝牙和其它2.4GHz技术共存的问题。这对开发人员来说是一个重大挑战，在晶片实现之前，短期的解决方案是与PC一起提供外部桥。由于蓝牙LE仍处于开发阶段，所以针对所有应用的规格要求还没有最终定稿。这将在很长一段时间内影响蓝牙LE向无线HID领域的渗透。

　　虽然蓝牙是一种标準协议，但其绑定技术并不完美。例如，想像在一间教室中，有许多学生在使用蓝牙滑鼠，所有人都试图同时将他们的滑鼠与各自的PC配对。这时候很可能发生交叉配对，即某个滑鼠与另一台PC对话，而不是与想要配对的PC。而像Cypress提供的专有协议则能避免这类问题，这些协议使用KISS（保持为简单解决方案）配对、製造配对和自动配对技术。如果开发人员想将蓝牙LE用于这类HID应用，就需使用类似的配对技术。

　　与任何产品一样，适应性是成功的关键。由于具有低成本和低能耗，蓝牙LE似乎是无线HID市场中的一个有力竞争者。然而，虽然蓝牙LE吸引了许多公司进入无线HID市场，但唯有比过去十年内已获得广泛应用之专有协议更好的功能，蓝牙LE才能取得成功。