智能傳感器與藍牙連接之間的問題怎樣來解決

支持低能耗（LE）數據交換包含在4.0版的藍牙規范中。藍牙低功耗（BLE）設計用于支持數據速率高達1 Mbit/s的通信，距離最遠約50米，比典型的藍牙范圍大約10 - 30米，藍牙低功耗（BLE）具有強大的連接設備的憑據物聯網（IoT）。

設備可能只實現藍牙規范的BLE部分，因此被稱為藍牙智能。對于物聯網端點等智能對象，這是一種理想的經濟且節能的實現方式。另一方面，支持完整藍牙規格的智能手機和平板電腦等設備 - 不僅是LE，而且基本速率和增強數據速率（BR/EDR）高達3 Mbit/s（現在稱為藍牙經典） - 可以互動使用藍牙智能設備，稱為藍牙智能設備。

自2011年底推出的所有智能手機都是智能型。這使開發人員能夠依賴大量潛在用戶已擁有與其產品交互的設備這一事實。這些可以是消費產品，例如家中的智能照明或環境傳感器，或者諸如智能傳感器或工業環境中的機器之類的設備。工業用戶可以使用他們自己的設備進行交互，這些設備由公司BYOD（自帶設備）政策授權，或使用指定的手機或平板電腦。

智能對象的理想連接？

除了易于互操作性之外，BLE還具有其他幾個重要優勢，作為智能對象的連接技術。電路和協議可以低成本實現，適合的軟件API可用于Windows，Apple和Android設備。小數據包，短接收和發送窗口以及旨在最大化無線電在空閑模式下花費的時間的電源方案都有助于極低的能量需求并允許BLE設備從小硬幣運行幾個月或更長時間另一方面，配對藍牙設備被消費者廣泛認為是一個困難的過程，可能既耗時又有點“命中或錯過”。嘗試將附件連接到手機的用戶通常需要參考手冊以了解如何使新設備可被發現。配對通常需要多次嘗試，安全性可能會受到影響，因為很少有用戶將出廠默認密鑰更改為潛在黑客無法輕易猜到的數字。

當設備有自己的用戶輸入時，這個過程很難像按鈕或開關這樣的設備，無論這些都是基本的。在像物聯網智能傳感器這樣可能完全無頭的設備中，它可能更加困難。

與無頭物體配對

為了幫助克服配對困難，Bluetooth SIG推出從藍牙2.0開始安全簡單配對（SSP）。 SSP指定了四種關聯模型，包括工作，數字比較，密鑰輸入和帶外（OOB）。密鑰輸入和數字比較要求用戶輸入代碼或確認兩個代碼是相同的。 OOB是最適合連接沒有用戶界面的無頭設備的模型。 Just Works配對使用與數字比較相同的協議，但不需要用戶確認。雖然這可以用于配對沒有用戶界面密鑰或顯示器的設備，但它在中間安全攻擊中不提供對人的保護。 OOB配對使用先前已安全共享的信息代替密鑰輸入密鑰。

近場通信（NFC）可用于共享OOB配對所需的數據，因此提供了建立藍牙連接的方便且安全的方法。 NFC配對已經在流行的移動操作系統中得到支持，并且通過在向智能手機引入耳機或揚聲器等新配件時允許“輕敲配對”的便利性大大簡化了消費者的使用。

利用內置安全設備，NFC可用于輔助智能傳感器的藍牙配對，而不會消除智能手機和平板電腦上廣泛的原生BLE支持帶來的普遍存在的任何優勢。

除了幫助安全地將新設備引入網絡，NFC可以幫助促進與無頭物聯網設備的其他交互。一些示例包括從網絡中移除設備，用新設備替換舊設備，以及在藍牙連接未激活時發送配置數據或檢索信息。 NFC還提供喚醒已完全斷電的設備以最大化電池壽命并幫助其連接到藍牙網絡的方法。

用NFC啟動配對過程

因為當主機系統斷電時，無源NFC標簽可以與讀取器通信，安全連接設備所需的網絡參數和密鑰等數據可以在第一次上電之前傳輸到設備。這可以通過在支持NFC的智能手機或網關設備（如家庭自動化中心）上點擊新設備來完成。當對象隨后通電時，它可以使用密鑰與網絡連接并建立安全通信。然后，出于安全目的，將密鑰從標簽中刪除，以防止第三方攔截。同樣，在設備上注冊的支持NFC的智能手機可用于通過點擊將無頭設備連接到網絡。其他命令（例如從網絡重置或停用設備）可以通過相同的方式完成，也可以通過點擊，幫助更換或更新舊設備將配置設置從一個設備復制到另一個設備。

NFC的短通信范圍有助于提高安全性和選擇性。當未授權方需要實際存在于設備的幾厘米內時，竊聽非常困難，并且竊聽允許用戶確信只有要連接的設備已經接收到網絡密鑰。

藍牙技術聯盟和NFC聯盟已經為兩種技術提供了互操作性，例如配對設備和啟動通信以建立藍牙連接。當前的藍牙標準不僅支持OOB配對以利用NFC等標準的優勢，而且NFC規范還包括將設備連接到網絡（如藍牙或Wi-Fi）的功能。還有一個用于連接切換的協議，允許在配對后立即正常傳輸到藍牙。

這兩個規范中包含的這些功能允許NFC用于多種用途，包括選擇藍牙設備，啟動與藍牙設備的安全連接，或在藍牙設備上啟動應用程序。

NFC通過消除藍牙發現程序簡化了設備選擇，這可能要求用戶從包含范圍內任何其他設備的列表中手動選擇所需設備。在這種情況下，NFC允許直接從分接設備捕獲藍牙地址。

當使用SSP OOB配對連接藍牙設備時，NFC可用于傳送BLE設備所需的臨時密鑰。這個過程。密鑰包含在標準NDEF（NFC數據交換格式）消息的有效載荷中。在交換OOB數據之后，開發人員可以利用藍牙規范中包含的其他功能來最小化完成連接設置的時間。一個示例是對快速連接建立的支持，其包括在通用訪問配置文件（GAP）中。 GAP定義了藍牙設備通告，發現彼此，連接和處理安全性的程序。

NFC論壇和藍牙SIG聯合發布的應用文檔Bluetooth？安全簡單配對使用NFC關于設備之間的交互以及NFC和藍牙之間的切換機制的深入信息。

一體化模塊簡化了設計

實現NFC配對和NFC觸發主機喚醒該設備必須具有NFC標簽和BLE功能。雖然這些可以作為單獨的IC實現，但是結合了適用于物聯網設備的BLE和NFC的集成解決方案提供了更小且可能更具能耗意識的解決方案。松下PAN1761 BLE/NFC組合模塊就是一個例子，它將單模BLE芯片和NFC Forum 3型兼容標簽結合在一個小型的表面貼裝封裝中。該模塊具有板載的ARM？Cortex？-M3微控制器和512 KBit EEPROM，可以執行智能傳感器應用等代碼，以及執行藍牙和NFC功能。該器件具有零功耗待機模式，使應用程序可以從長電池壽命中受益。必要時可以使用NFC掃描儀重新激活它，并自動啟動藍牙連接。

該模塊使用東芝的組合BLE/NFC IC構建，并包含支持GAP和的GASH的Toshiba藍牙堆棧。芯片上的BLE通用屬性（GATT）配置文件。 GAP支持中央和外圍角色，允許PAN1761在網關設備或智能對象中使用以連接到網關。標準BLE配置文件可用于集成到應用程序代碼中。

注冊Toshiba Bluetooth開發人員專區可訪問支持軟件開發工具包（SDK），其中包括Toshiba配對NFC封裝。這通過為板載Cortex-M3處理器提供應用程序源代碼和“通過NFC配對”庫來簡化使用NFC的OOB配對。還有一個帶有源代碼的Android演示應用程序，以及關于帶外配對概念的應用程序說明。提供所有模塊功能驅動程序的高級BLE API（圖1）有助于實現設置，連接和數據傳輸。

圖1：高級API可幫助開發人員使用PAN1761。

PAN1761模塊將BLE/NFC IC和EEPROM與26 MHz晶振和藍牙天線和濾波器相結合，如圖所示圖2.需要外部NFC天線。在線設計工具“Panasonic NFC設計導航器”可用于幫助工程師開發天線設計并確保正確的路徑和PCB布局。

圖2：PAN1761簡化了電路設計，節省了電路板空間和BOM成本。提供布局和天線設計指南。

結論

NFC可以幫助解決將微型，低功耗工業智能傳感器連接到藍牙的幾乎沒有或沒有用戶界面的挑戰網絡。藍牙SIG和NFC論壇已經合作提供NFC輔助配對，包括支持NFC規范中的連接切換和BLE規范中的OOB配對。組合的BLE/NFC標簽模塊通過在一個設備中組合這兩種技術來簡化該解決方案。支持SDK為軟件開發人員提供了開始快速配對無頭設備所需的功能。

責任編輯：Ct