汽車領(lǐng)域的短距離無線通信方式正逐漸從私有射頻技術(shù)轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信技術(shù)，其中就包括低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy，BLE）技術(shù)。

在數(shù)字鑰匙應(yīng)用中，通過移動(dòng)設(shè)備與汽車相互鑒權(quán)以完成進(jìn)入汽車、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、鎖定汽車或者授權(quán)等操作。Car Connectivity聯(lián)盟在其發(fā)布的數(shù)字鑰匙技術(shù)規(guī)范中將BLE列為智能設(shè)備與車輛交互的三種通信協(xié)議之一。UWB、NFC與BLE技術(shù)的結(jié)合除了可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鑰匙的功能外，還可以提供鑰匙分享、屬性控制、權(quán)限設(shè)置等其他功能。

圖1:數(shù)字鑰匙架構(gòu)

在輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）中，利用安裝在每一個(gè)輪胎中的壓力傳感器和溫度傳感器來測量輪胎壓力和溫度，然后通過無線發(fā)射裝置將這些信息從輪胎發(fā)送到中央接收模塊上。過去使用的射頻通信方式存在容易被攻擊和破解，調(diào)幅技術(shù)抗干擾能力較差，頻率漂移等局限。部分廠商逐漸將其通信方式轉(zhuǎn)向BLE技術(shù)。

01BLE簡介

藍(lán)牙作為一種無線通訊技術(shù)，運(yùn)行在2.4GHz免費(fèi)頻段。在發(fā)展之初僅包含經(jīng)典藍(lán)牙（Blue Classic）技術(shù)，用于兩臺(tái)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。經(jīng)典藍(lán)牙支持音頻和數(shù)據(jù)兩大類協(xié)議，常用在音箱、耳機(jī)及傳統(tǒng)數(shù)傳行業(yè)。隨著醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)健身、家庭娛樂等領(lǐng)域新興應(yīng)用的發(fā)展，藍(lán)牙規(guī)范4.0版本新增BLE部分。藍(lán)牙是一個(gè)協(xié)議族，其中藍(lán)牙設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)的通用功能和協(xié)議層由核心規(guī)范（Core Specification）定義。藍(lán)牙規(guī)范由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）負(fù)責(zé)維護(hù)，目前最新版本為5.4，規(guī)范原文可在SIG官網(wǎng)免費(fèi)下載。

BLE作為一種新的藍(lán)牙技術(shù)，與之前的經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)并不兼容。BLE不支持音頻協(xié)議，并且受數(shù)據(jù)傳輸速度限制，通常用于數(shù)據(jù)量較小的傳輸場景。相比于經(jīng)典藍(lán)牙其具有低功耗、快連接、長距離等優(yōu)點(diǎn)。和私有的射頻技術(shù)或者其他無線通信技術(shù)相比，BLE在車輛上具有以下優(yōu)勢：

有效通信距離可達(dá)幾十米，可以完全覆蓋停車場這類典型應(yīng)用場景；

設(shè)備始終處于有源開啟狀態(tài)，應(yīng)用時(shí)不需要上電啟動(dòng)，因此延遲非常低；

當(dāng)不使用時(shí)設(shè)備會(huì)進(jìn)入睡眠模式，可以實(shí)現(xiàn)以極低的功耗保持長時(shí)間工作；

通過配對(duì)認(rèn)證、安全連接、簽名等機(jī)制保證無線通信的安全性；

使用跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)；

智能手機(jī)普遍支持該協(xié)議，便于車輛與手機(jī)進(jìn)行交互。

02BLE工作方式

BLE設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兄饕袃煞N角色：中心設(shè)備（Central）和外圍設(shè)備（Peripheral）。藍(lán)牙協(xié)議并不限制設(shè)備的角色，同一個(gè)BLE設(shè)備既可以作為中心設(shè)備也可以作為外圍設(shè)備。外圍設(shè)備如壓力傳感器，可以通過發(fā)布廣播（Advertising）報(bào)文通知自己的存在。中心設(shè)備如智能手機(jī)，可以通過監(jiān)聽廣播報(bào)文來發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備或者通過發(fā)送掃描（Scan）請(qǐng)求來獲取響應(yīng)數(shù)據(jù)包。當(dāng)中心設(shè)備需要與外圍設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步通信以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫，可以發(fā)起連接（Connection）請(qǐng)求。建立連接后，中心設(shè)備可以通過發(fā)送發(fā)現(xiàn)（Discover）請(qǐng)求以獲取外圍設(shè)備的服務(wù)（Service）以及特征（Characteristic）。

外圍設(shè)備的通用屬性配置文件（Generic Attribute Profile，GATT）定義能夠提供的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)，每個(gè)服務(wù)又包含一個(gè)或多個(gè)特征。每個(gè)特征具有讀（Read）、寫（Write）、通知（Notify）中的一種或多種屬性。中心設(shè)備可以通過發(fā)送讀、寫或訂閱命令來訪問外圍設(shè)備的特征值。

圖3:讀、寫以及訂閱特征

03BLE測試硬件VH4110

隨著物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，Vector應(yīng)客戶需求從CANoe 15版本開始支持對(duì)NFC、BLE、WLAN/LAN通信的仿真、分析和測試，并推出支持無線通信及協(xié)議解析的硬件設(shè)備VH4110（又稱IoT Enabler）。VH4110可以作為基于IP通信的路由器，將CANoe與被測件通過WLAN/LAN進(jìn)行本地連接，也可以使用非IP通信的無線通信（例如BLE、NFC）技術(shù)與被測件連接。

圖4:VH4110連接示意圖

VH4110通過USB Type-C連接到運(yùn)行CANoe的主機(jī)上。其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅與CANoe進(jìn)行交互，用戶在主機(jī)上不需要特殊的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限或者修改防火墻配置。使用時(shí)無需安裝驅(qū)動(dòng)，也不需要額外的CANoe Option。VH4110提供4個(gè)USB接口，用于插入對(duì)應(yīng)的USB適配器進(jìn)行無線通信。

04CANoe中的配置步驟

1.打開CANoe，基于Distributed Objects模板新建工程。

圖6：新建CANoe DO工程

2.打開Communication Setup界面，如圖7所示新建一個(gè)包含IoTEnabler通信接口的vCDL文件。

圖7：新建BLE通信接口描述文件

3.在設(shè)置vCDL文件保存路徑及文件名后（注意路徑及文件名不能包含中文及特殊字符），依據(jù)圖8指引打開vCDL文件并進(jìn)行編輯。

圖8：編輯BLE即可描述文件

vCDL（Vector Communication Description Language）作為在CANoe Communication Concept中用于描述通信對(duì)象的語言，以簡單的基于文本的方式定義和配置分布式對(duì)象（Distributed Objects，DO）。在基于IoTEnabler應(yīng)用創(chuàng)建的vCDL模板中，會(huì)通過import module “IoTEnabler”引用定義好的IoTEnabler相關(guān)接口（接口具體定義可在CANoe的安裝目錄下Bindings文件夾下的Vector.CANoe.FunctionBus.IoTEnablerBinding.vcdl文件中查看）并自動(dòng)添加必需的語句，用戶僅需要通過關(guān)鍵詞object實(shí)例化所需的BLE接口即可。在CANoe中既可以仿真中心設(shè)備也可以仿真外圍設(shè)備，參考圖9通過實(shí)例化不同的接口即可實(shí)現(xiàn)。

圖9：添加BLE接口信息

4.在Application Panel可以看到BLE接口中可供調(diào)用的Method，在給需要調(diào)用的Method填入?yún)?shù)后，通過點(diǎn)擊Call即可發(fā)出相應(yīng)的命令。如果需要完成自動(dòng)化的流程，也可以在CAPL中調(diào)用這些命令。

圖10：可調(diào)用的BLE命令

圖11：CANoe中的BLE報(bào)文

審核編輯：湯梓紅