藍牙 SIG 終于采用了藍牙? v5.4 核心規范。這意味著藍牙產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勢。其中兩個主要改進是定期廣告響應 （PAwR） 和加密廣告數據。它們共同實現了與星形拓撲中數千個超低功耗終端節點的無連接、雙向、安全通信。

當前非常相關的一個示例用例是電子貨架標簽配置文件 （ESL）。這實際上是PAwR和加密廣告數據的第一個標準化用例。該規范目前作為草案版本發布，但預計很快就會被采用。建立此配置文件為 ESL 用例提供了標準，因此我們預計基于藍牙的應用程序和生態系統將在不久的將來迅速出現。

通常，PAwR 和加密廣告數據適用于涉及大量設備傳輸少量數據的應用，這些設備接受更長的延遲以換取更長的電池壽命。例如，不需要立即響應或監控非動態系統的大規模傳感器網絡。

定期廣告和響應

到目前為止，在藍牙 LE 中，在無連接模式下應用數據的雙向通信是不可能的，而 PAwR 可以實現這一點。這是此功能的主要優勢。

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，數據由廣播公司發送，觀察者掃描以接收它。PAwR中的新功能是，廣播數據在確定性時隙內以小數據包組織，觀察者可以精確地與之同步和響應。數據在由 PAwR 子事件組成的 PAwR 事件中發送。每個觀察者可以同步到一個或多個子事件，并且同步時，觀察者僅在這些特定時隙中主動接收。

雙向通信在子事件中實現。廣播公司在子事件的開頭傳輸數據，然后在響應時隙延遲之后，觀察者可以發送他們的響應。響應的業務流程在應用程序級別處理。

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果。因此，終端節點（觀察者）僅在很小的特定時間段內掃描。這就是該解決方案在功耗方面如此有效的原因。

PAwR 的另一個功能是能夠建立 ACL 連接，因為子事件可能包含連接請求。借助此功能，設備不必遵循傳統的連接方案進行額外的掃描和廣告。事實上，這沒有意義，因為設備已經同步。在某些情況下可能需要連接，因為只能通過 PAwR 傳輸少量數據。要傳輸更多數據，設備可以設置 ACL 連接。

加密廣告數據

雖然PAwR正在解決可擴展性和超低功耗要求，但所有現代物聯網系統都必須滿足一個關鍵要求，即安全性。ESL 接入點和設備之間的數據交換必須加密，以保持機密性、避免篡改并保護網絡。

在藍牙 v5.4 之前，沒有標準化的廣告數據加密方式。這樣的定義只存在于面向連接的通信中。由于ESL應用程序的大多數數據交換都流經PAwR，因此有必要添加加密的廣告數據功能。這引入了一種標準化的方法，用于加密廣告中的數據以及共享數據加密所需的密鑰材料。值得注意的是，加密廣告數據不僅可以通過PAwR完成，還可以使用其他廣告傳輸來完成。

此功能允許通過添加稱為加密廣告數據（類型 0x31）的新 AD 類型來加密給定廣告數據包上的全部或僅子集有效負載，該類型封裝了所有要加密的 AD 字段。這意味著廣告數據包有效負載在概念上如下所示。

廣告數據 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，并使一些非關鍵廣告數據保持開放，供任何觀察者解釋，例如，AD 類型 0x01（標志）或0x09（完整的本地名稱）。

在兩個設備之間共享加密數據要求它們具有用于加密和解密數據的共享密鑰。為此，可以選擇將稱為加密數據密鑰材料的新 GATT 特征作為 GAP（通用訪問配置文件）服務的一部分包含在內。連接的 GATT 客戶端可以通過加密和經過身份驗證的鏈接讀取此特征，然后允許通過廣告交換加密數據。

電子貨架標簽簡介

電子貨架標簽 （ESL） 是一種顯示零售商店貨架上產品的定價信息的設備。目標是遠程管理有關給定產品的顯示信息，包括其名稱，條形碼，價格等。ESL還可以配備傳感器，例如電池電壓監控或環境光傳感。這種類型的系統需要多功能性并且對成本敏感，這就是為什么數字標簽通常由電池供電的原因。功耗是這里的關鍵要求，因為頻繁充電或更換電池不是此用例的選擇。

ESL 配置文件實現了此特定用例的方法，通過使用 PAwR，通過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、交換加密廣告數據的密鑰材料以及發送更大的信息塊，例如圖像。然后，基于PAwR的無連接通信用于常規命令和響應。

ESL 配置文件中的角色定義為接入點 （AP） 和電子磁盤架標簽 （ESL）。AP 對應于 PAwR 上下文中的廣播者，ESL 對應于觀察者。為了管理網絡，引入了一個簡單的尋址方案。每個 ESL 都有一個 8 位 ESL ID。設備使用 7 位組 ID 分組。接入點最多可管理 32 640 臺設備。

對于從 AP 到 ESL 的通信，PAwR 的子事件與 ESL 的組直接相關。分配給組 #0 的設備同步以接收子事件 #0，依此類推。傳輸到每個組的數據包包含尋址到后續 ESL ID 的命令序列。

如前所述，響應業務流程在應用程序級別進行管理。在 ESL 配置文件中，響應是動態管理的。每個 ESL 接收發往其組的所有命令。設備必須忽略發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應的響應槽。例如，ESL ID #1 收到以下消息：[ESL ID #0， cmd]、[ESL ID #1， cmd]、[ESL ID #3， cmd]。它將在響應槽 #1 中響應。

ESL 的安全性由藍牙 v5.4 中引入的加密廣告數據提供。 ESL 設備通常需要與 AP 的初始連接進行調試，此時還可以讀取和分配密鑰材料，以允許隨后交換受 LE 安全連接保護的加密廣告數據。

ESL 配置文件提供了角色、狀態和消息序列的完整描述，以及描述如何使用加密廣告數據進行通信的安全要求。如需深入了解，我們建議您閱讀 5.4 版本的規范或技術指南（請參閱頁面底部的鏈接）。

隨著藍牙 v5.4 的增強功能引入了非常低功耗、雙向、無連接通信，許多新的用例成為可能，ESL 是第一個。

藍牙 v5.4 核心規范中的其他功能

新核心規范中還提供了另外兩個功能，第一個是 LE GATT 安全級別特征 （SLC）。它旨在限制由可能延遲訪問屬性的安全條件引起的用戶體驗流中的故障。使用 SLC，客戶端可以預先確定足夠的安全模式和級別來訪問所有需要的 GATT 屬性。如有必要，可以在嘗試訪問 GATT 屬性之前升級鏈路安全性以滿足訪問要求。

廣告編碼選擇是第二個。S 參數定義前向糾錯 （FEC），并采用兩個值之一：S=2 或 S=8。它控制生成多少糾錯數據以及通信范圍可以增加的程度。通過廣告編碼選擇，主機可以確定性地選擇控制器應用于傳輸廣告 PDU 的編碼方案。這改善了以下情況：例如，設備可以接收 S8 編碼的 PDU，但會以 S2 編碼的 PDU 進行響應，因此對等設備可能無法接收這些 PDU。在這種情況下，主機也可以指示控制器使用 S8 進行傳輸。

總結

藍牙v5.4帶來了一些有趣的新功能，這些功能肯定會擴大藍牙應用的范圍，并有助于標準化更多市場。我們期待看到生態系統的發展，并將您的新想法變為現實。我們的技術支持團隊隨時為您的項目進行評估和支持。關注我們的產品新聞，了解 nRF Connect SDK 中這些功能可用性的最新信息。