《信息可视化：交互设计（原书第2版）》——第2章基本概念

第1章什么是低功耗蓝牙技术如果我能看得更远的话,那是因为我站在巨人的肩膀上.-艾萨克·牛顿(Isaac Newton)低功耗蓝牙是一种全新的技术,是当前可以用来设计和使用的功耗最低的无线技术.作为经典蓝牙的扩展,低功耗蓝牙沿用了蓝牙商标,并且借鉴了很多父辈的技术,然而,由于针对的设计目标和市场领域均与经典蓝牙有所不同,低功耗蓝牙应被视为一种不同的技术.经典蓝牙的设计目的在于统一全球各地的计算和通信设备,让手机与笔记本电脑互相连接.不过事实证明,蓝牙最为广泛的应用还是音频传输,比如将音频从手机传到

第2章基 本 概 念在协议的设计上,只有达到"添一分则多,减一分则少"的境界才能算得上完美.-IETF RFC 1925,第12条 要理解低功耗蓝牙,首先应了解如何在短距离无线系统中实现低功耗.通常来讲,一些最基本的设计决策都是围绕典型的使用实例来实现低功耗的.低功耗蓝牙并非要优化经典蓝牙,相反,它针对的是那些以前没有使用开放无线标准的新兴的细分市场.这些细分市场要求设备间歇性地发送数据,间隔从几秒到几天不等,每次的数据发送包含若干个字节.它们通常是用来执行作业的监测或控制类应用,比如

2.11 范式 最成功的技术常围绕不同的范式而设计,低功耗蓝牙也不例外.低功耗蓝牙技术使用两个主要的架构范式:客户端–服务器架构和面向服务的架构. 2.11.1 客户端–服务器架构 在客户端–服务器架构中,客户端通过网络向服务器发送请求,服务器回复响应.这是互联网背后的主要范式,无疑也是有史以来发布的最成功的网络技术. 举个例子,当你在Web浏览器中键入一个URL地址时,它首先发送地址到DNS服务器.DNS服务器将已分配给该名称的对应的IP地址返回.然后,客户端通过超文本传输协议(HTTP)向服

3.4 协议栈划分构建一个低功耗蓝牙产品可能使用多种不同的协议栈划分方案.标准规范定义了一种协议栈划分的方法,即使用主机控制器接口分隔主机和控制器这两部分.即便如此,我们也可以使用许多不同的方案. 3.4.1 单芯片解决方案单芯片解决方案可能是低功耗蓝牙里最简单的协议栈划分方案,如图3-6所示.图中其实并未划分协议栈,产品的所有部分都装在一个芯片上.该芯片包括控制器.主机软件和应用程序.这是低功耗产品的极简方案,只需要一个电源.一根天线.一些连接按钮或灯泡的硬件接口,以及一些额外的分立元件. 不

目 录 前言第一部分 综 述第1章 什么是低功耗蓝牙技术 1.1 设备类型 1.2 设计目标 1.3 术语 第2章 基本概念 2.1 纽扣电池 2.2 时间即能量 2.3 昂贵的内存 2.4 非对称设计 2.5 为成功而设计 2.6 凡事皆有状态 2.7 客户端–服务器架构 2.8 模块化架构 2.9 十亿只是个小数目 2.10 无连接模型 2.11 范式 第3章 低功耗蓝牙的体系结构 3.1 控制器 3.2 主机 3.3 应用层 3.4 协议栈划分 第4章 新的使用模型 4.1 存在检测 4.

2.6 凡事皆有状态低功耗蓝牙背后有个基本的概念:任何事物都有状态.状态可以是任何东西:当前的温度.设备里电池的状态.设备名称或是对测量温度的地点的描述.它通过属性服务器上的属性协议对外公开.状态并不局限于"可读"状态,还包括"可写"状态.比如有一台可以设置温度的自动调温器,另一台设备在判断房间应升温或降温之后,可对其进行设置.既然可以公开各种状态,自然也可以公开状态机的状态.通过使用显式的状态机属性值,设备可以清楚地提供其当前的状态.这为客户端随时断开连接提供了可

3.1 控制器控制器被很多人视为区分蓝牙芯片或无线电的特征之一.然而,把控制器叫做无线电就有些过分简单化了.蓝牙控制器由同时包含了数字和模拟部分射频器件和负责收发数据包的硬件组成.控制器与外界通过天线相连,与主机通过主机控制接口(HCI)相连. 3.1.1 物理层物理层是采用2.4GHz无线电.完成艰巨的传输和接收工作的部分.对很多人而言,该层仿佛笼罩着一层神秘色彩.但本质上来讲,物理层其实并没有什么魔法,只不过是简单的传输和接收电磁辐射而已.无线电波通常可以在给定的某个频段内通过改变幅度.频率

3.2 主机 主机是蓝牙世界的无名英雄.主机包含复用层.协议和用来实现许多有用而且有趣的过程.主机构建于主机控制器接口的上层部分,其上为逻辑链路控制和适配协议(L2CAP),一个复用层.在它上面是系统的两个基本构建块:安全管理器(用于处理所有认证和安全连接等事务)以及属性协议(用于公开设备上的状态数据).属性协议之上为通用属性规范,定义属性协议是如何实现可重用的服务的,而这些服务公开了设备的标准特性.最后,通用访问规范定义了设备如何以一种可交互方式找到对方并与之连接. 主机并未对其上层接口做明确

2.1 纽扣电池 纽扣电池是低功耗蓝牙的主要设计目标.这类电池(见图2-1)在使用时有非常严格的限制.图中的电池型号为CR2032,标签上的"CR"表示这是一个3V锂二氧化锰电池,"20"表示该电池直径为20mm,"32"表示高为3.2mm.除图中所示的型号外,其他的一些电池尺寸也很常见. 对于这类小型电池而言,各品牌的电池所能存储的最大能量非常接近.一个典型的CR2032的额定容量在3V时为230mAh,如果换一个场景可能更好理解-这些能量仅够

2.3 昂贵的内存众所周知,一台电脑的内存越多,通常而言价格就越贵.然而,计算机内每一个比特内存不仅费钱,还费能量.内存通常需要动态刷新-每隔一小段时间芯片中的内容便要刷新一次.这种动态刷新需要能量,而设备装备的内存越多也就需要更多的能量来为其供电.因此,整个低功耗蓝牙设计在每一层都考虑了降低内存的数量.例如,在链路层保持较短分组有助于减少无线电发送和接收数据包时对内存的要求.例如,属性协议层不需要处理任何长度大于23字节的数据报文,在状态转换时也不要求存储任何状态信息.所有这些都降低了对内存的