当可穿戴式计算设备遇见Bluetooth Smart

近日，ABI Research（美国市场调研机构）预测，可穿戴式计算设备将会以爆炸般的速度普及，且年设备出货量可望在2018年增长到4.85亿台。这些设备背后的技术之一就是Bluetooth Smart，它是特别为了减少功耗而设计开发的。

为什么要以Bluetooth Smart为中心来设计可穿戴式技术？其中有许多理由，诸如连接性、灵活性和电源管理等，而这些都是该技术平台解决方案可提供的优势，有助于加快可穿戴式设备新浪潮下硬件设计和软件开发的脚步。

接下来，就让“影音新生活”为大家分析可穿戴式技术与Bluetooth Smart的技术特点与发展趋势。

▌是什么让Bluetooth Smart与众不同？

Bluetooth Smart，通常被称为蓝牙低功耗（Bluetooth low energy）或蓝牙LE（Bluetooth LE），其为先前受限于功耗、尺寸限制和复杂性的其他无线数据通信标准应用实现了低功耗的连接性和低容量的数据传输。

随着蓝牙4.0规范所推出的Bluetooth Smart，比先前的标准蓝牙版本使用少10～20倍的电量，让即使在多数时间无线电是处于关闭的产品，也可以保持在连接的状态下，但当有数据可用时，又可很快地苏醒过来。这种组合能够延长消费性产品的电池寿命，而现今消费性产品的要求是有更长的电池寿命，且还要能够连接到最新款的智能型手机和平板电脑。

Bluetooth Smart可为消费性电子产品带来重大的创新，包括新型基于手势的电视遥控器、智能手表、运动器材、健康和健身监控器和家居自动化产品。它也另创了一个“应用程序配件（appcessories）”的创新性市场，应用程序配件的定义是：伴有应用程序的配件。如那些基于Apple iOS产品的Bluetooth Smart Ready产品所使用的软件API，可以让开发人员以标准方法开发出与Bluetooth Smart配件沟通的应用程序。

在过去，若要开发一个应用程序和一个配件，需要等待Bluetooth SIG所开发和批准的标准设置档（standard profile）。但现在有了Bluetooth Smart，就不需要等待标准设置档。开发人员可开发出可与智能型手机密切融合而一起工作的新产品，从而获得智能型手机所提供的丰富界面和连接性效益，同时还支持紧凑的硬件配件及多年的电池寿命。

▌设计生产一款更聪明的手表

智能手表所支持的功能不仅是计时而已。它能够执行像数学计算和异国定时模式这样简单的任务，到像游戏、多媒体简讯、电话提醒和接近感知（proximity awareness）等这些较复杂的应用。它们是智能型手机的功能强大配件，可实现创新的使用者信息和互动。

例如，智能手表可以显示用户的运动指针，如运动前后的心脏速率和所燃烧的卡路里。它也可以帮忙寻找智能型手机，让使用者知道其钱包正位于柜台上，或提醒你家中的灯还亮着。

智能手表可执行像数学计算和异国定时模式这样简单的任务，到像游戏、多媒体简讯、电话提醒和接近感知（proximity awareness）等这些较复杂的应用。它们是智能型手机的功能强大配件，可实现创新的用者信息和互动。

▌智能手表基本架构

一款基本型的智能手表之主要组件是一颗Bluetooth Smart芯片、一颗微控制器（MCU）和液晶显示器。例如，CSR μEnergy CSR101x家族器件所提供的平台就可提供一单模的Bluetooth低能量无线电、整合式的16位处理器和128KB的内存。它可担任系统心脏的角色，控制所有的接口设备。

液晶显示屏幕把信息显示给用户，并具有电容、电阻的触控功能，所以产品中就需要实体的按键。触控型的液晶显示屏幕可大幅改善用户的体验，让他们可以触控、轻敲和滑动的手势来控制手表的应用。

系统中的MCU通常可透过串行汇排流（如SPI）而与LCD连通。产品还可能还会配备一个扬声器或压电蜂鸣器，作为通知之用，如警报。

为提供一个可扩展的平台，可能还可将另一颗微处理器整合到解决方案中，以提供额外的处理能力和扩展IO，以便可在产品的设计中加进更多的传感器（如气压传感器）和接口设备（如GPS来确定当前位置）。这也让它可实现更复杂的数据处理算法，及使用具有丰富的图形界面操作系统。MCU可用串行汇排流上简单且标准的控制协议来与CR101x设备介接。

▌智能手表的配置文件决定了它的工作方式

Bluetooth Smart采用异步的客户端-服务器架构。该服务器具有可共享的数据，且它还在数据库中保持数据元素，称为“属性（attributes）”。客户端和服务器使用属性的协议来交换数据。

在服务器上所呈现的数据会被组织成多种服务，一种以服务为导向的架构。这些都可以被发现、互动，并有一个定义好的行为，在已知的相同前提条件下，这总是会产生相同的结果。服务定义一台服务器的行为，但不会强制客户的行为；做这件事的是“配置文件”。

配置文件是高层次的定义，它定义了如何使用服务，以实现应用程序或使用案例（use case），及确定客户端的行为。Bluetooth SIG定义了任务，列出了所有的服务和配置文件。智能手表几乎会用到所有SIG所列的配置文件。每一配置文件的使用案例简述如下：

警报通知配置文件-连接到一台智能型手机以及提醒用户有来电、文字和电子邮件。它可能不会显示简讯的全部文字，但会显示来电者/发件人ID的详细信息
血压配置文件-获得血压测量数据和其他非侵入式血压传感器的数据
脚踏车速度和节奏（cadence）配置文件-使用自行车的速度和Cadence传感器来说明脚踏车的速度和曲柄旋转
寻找我（Find Me）配置文件-在同级设备错位时触发警报，例如智能型手机或钥匙链
葡萄糖配置文件-获得葡萄糖测量数据和其他葡萄糖传感器的数据
心率配置文件-获得心脏率传感器的数据
电话警报状态配置文件-控制智能型手机的振铃器设置和警报状态
接近配置文件-当手表移开或接近对等设备时定义行为，引起警报。该警报可用来采取进一步的行动，例如只要有人进入房子，灯就会自动点亮，或当一个孩子迷路而远离父母时发出警报
奔跑速度和节奏配置文件-连接到一奔跑速度和节奏传感器，以得到瞬时速度、步频和步长的数据
时间配置文件-获取对等设备的日期和时间以及相关的信息，如时区和对夏令时间。

这将是一个不适用于手表的特殊使用案例，在此一情况下，一间房子有一个时钟和其他定时器，它们可在没有实际RTC的情形下，显示日期和时间

iOS7的发表后，Apple新增了一项可与Apple通知中心（ANCS）进行互动的服务。这使得智能手表可提醒使用者任何事件，而它将会显示在iOS内“向下滑动”的菜单中。使用者可以从任何在iOS7设备上运行的应用程序启用警报，而这些iOS7设备则可经由其智能型手机而被警示。

此外，Apple公司还推出了iBeacon，它是一款采用Bluetooth Smart的室内定位系统，目前有许多智能型设备开发者都想利用iBeacon来开发新的产品。藉由可与iBeacons通讯的穿戴式装置，用户或开发者不仅可以接收警报，同时还可经由情境位置感知（contextual location awareness）来改善与环境的互动。

将Bluetooth Smart的潜力更进一步发展，Bluetooth Smart网状网络最新的进展（如CSRmesh）显示，在理论上，一位使用者可以利用一个具有Bluetooth Smart功能的设备来控制一定范围内的所有Bluetooth Smart设备。这意味着使用者可以藉由点选智能手表上的图示来控制建筑物中的照明、保全或网络音频系统。

▌Bluetooth Smart市场展望

在未来的一年，产业分析师预期可以看到大量的智能手表和其他穿戴式设备进入市场。iOS7最近所做的改善可强化对智能手表的支持及对Android（4.3 Jelly Bean版本之后）的支持，这正意味着，这些对消费者而言具有真正价值的新类型电子产品，将以Bluetooth Smart为中心来展开其设计及生产。