藍(lán)牙5.4引入PAwR，電子價簽迎來新機(jī)遇

最近，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）發(fā)布了一項(xiàng)全新的無線標(biāo)準(zhǔn)，專為電子貨架標(biāo)簽（Electronic Shelf Label，ESL）市場而設(shè)計(jì)。該標(biāo)準(zhǔn)基于藍(lán)牙5.4，引入了一種新的傳輸邏輯，即Periodic Advertising with Responses（PAwR）。PAwR可以實(shí)現(xiàn)無連接的雙向應(yīng)用程序數(shù)據(jù)通信，使得單個接入點(diǎn)能夠與數(shù)千個終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向無連接通信。這種新的標(biāo)準(zhǔn)為電子貨架標(biāo)簽行業(yè)帶來了更多的創(chuàng)新空間，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電子貨架標(biāo)簽和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的雙向通信，還能夠顯著降低標(biāo)簽的功耗。

什么是電子貨架標(biāo)簽

當(dāng)我們到實(shí)體商店或零售店購物時，通常很容易發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的紙質(zhì)價簽正在被電子貨架標(biāo)簽所取代。例如，國內(nèi)的盒馬鮮生、永輝超市，國外的山姆、麥德龍。這些零售巨頭已經(jīng)將電子價簽作為標(biāo)準(zhǔn)配件來使用。此外，與電子貨架標(biāo)簽類似的應(yīng)用在其他一些to B場景中也越來越常見，例如會展中使用的桌牌、工作證、醫(yī)院中的患者卡、工廠中的物料清單等等。

電子貨架標(biāo)簽是一種具備信息收發(fā)功能的電子版價簽顯示設(shè)備，其由顯示屏（墨水屏）、通信模塊和應(yīng)用配件構(gòu)成。除了能夠顯示基本的商品信息和價格外，它還可以顯示條形碼或二維碼，甚至包括圖片。其最顯著且關(guān)鍵的特點(diǎn)是“功耗低和耐用性”，通常能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)月甚至數(shù)年的續(xù)航時間。

ABI Research的數(shù)據(jù)預(yù)測到2027年，將會有24億個電子貨架價簽設(shè)備安裝在各個零售場所。目前ESL設(shè)備通常采用的通信協(xié)議主要包括2.4G頻段私有協(xié)議、Zigbee無線通信協(xié)議和藍(lán)牙協(xié)議。每種協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。Zigbee協(xié)議的主要優(yōu)勢是其自組網(wǎng)能力和低功耗，可以滿足特定產(chǎn)品的需求。然而，它的私有性和高昂的協(xié)議費(fèi)用也是劣勢之一。與此同時，藍(lán)牙協(xié)議因其通用性和豐富的生態(tài)系統(tǒng)，已成為市場上較為普遍的連接方式，并被越來越多的廠商采用。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)電子價簽的滲透率不到10％，且主要集中在大型商超。因此，仍然有大量下沉市場需要開發(fā)。

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PAwR 的優(yōu)勢

?雙向無連接：PAwR具備雙向無連接的能力，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的雙向通信，而無需建立連接，這是之前的BLE無法實(shí)現(xiàn)的。

?擴(kuò)展性：相較于BLE GATT連接方式，PAwR采用了一種更具擴(kuò)展性的、一對多的、雙向傳輸?shù)?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得與數(shù)千個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通信成為可能。在BLE GATT中，一個中央設(shè)備連接的從設(shè)備數(shù)量是非常有限的，而PAwR能夠解決這個限制，實(shí)現(xiàn)與更多節(jié)點(diǎn)的雙向通信。

?低功耗：在PAwR中，一個廣播者和一個觀察者只需要占用一個subevent事件，因此觀察者可以在廣播者廣播時僅掃描很小的一段時間。由于subevent事件同步過程涉及到應(yīng)用邏輯，因此接收到的數(shù)據(jù)包通常包含與觀察者相關(guān)的數(shù)據(jù)。這種低功耗特性使得觀察者可以僅僅使用一節(jié)紐扣電池就能讓設(shè)備工作多年。

?靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和并發(fā)接收：PAwR采用了一種靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許廣播數(shù)據(jù)包被單個或多個觀察者接收和處理，或者被所有觀察者接收和處理，具體取決于觀察者的應(yīng)用層數(shù)據(jù)同步邏輯。這種靈活性可以使PAwR適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和需求。

?應(yīng)用：PAwR是適合用于一個中央設(shè)備和大規(guī)模其他設(shè)備通信的場景，這些數(shù)據(jù)可能是控制命令、傳感數(shù)據(jù)或其他消息。其中，電子貨架標(biāo)簽(ESL)是一個很重要的應(yīng)用場景，PAwR為其專門制定了一個ESL的Profile，用于指定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健５?，PAwR不適用于實(shí)時性要求較高的場景。數(shù)據(jù)包是通過一個一個時間槽來周期性地發(fā)送的，觀察者數(shù)量可以進(jìn)行配置。隨著觀察者數(shù)量的增加，廣播數(shù)據(jù)需要的時間也會相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致延遲。因此，向多個設(shè)備發(fā)送消息時，可能會出現(xiàn)明顯的時間延遲，延遲時間從幾毫秒到幾十秒不等，這取決于配置的不同。

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PAwR與PADVB的異同點(diǎn)

相似點(diǎn)：

?PAwR 和PADVB都是一種一對多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個廣播者發(fā)送數(shù)據(jù)，一個或多個觀察者接收數(shù)據(jù)。

?PAwR 和PADVB都是一種無連接的通訊方式。

?PAwR和PADVB都是通過周期廣播來發(fā)送數(shù)據(jù)，廣播包中間沒有隨機(jī)延時，所以廣播時間表是確定的。

?觀察者都可以通過AUX_ADV_IND PDU 或者PAST方式來建議廣播者的周期廣播時間表。

不同點(diǎn)：

?PADVB 只能從廣播者到觀察者單向傳遞應(yīng)用數(shù)據(jù)，而PAwR可以從觀察者傳遞應(yīng)用數(shù)據(jù)到廣播者，PAwR是一種雙向交互的無連接通訊機(jī)制。

?PADVB的同步信息是包含在AUX_ADV_IND PDU 中的SyncInfo field 中，而PAwR 的同步信息是包含在AUX_ADV_IND PDU 的SyncInfo field 和 ACAD field兩個字段中。

?PADVB 是在廣播event中發(fā)送廣播時間表的，而 PAwR是在一系列的event和subevent中來傳輸?shù)?。觀察者可以通過這樣的同步方式，只監(jiān)聽特定的子事件以節(jié)省功耗。

?PAwR 可以在廣播的過程中發(fā)送 AUX_CONNECT_REQ 到特定的設(shè)備來建立GATT連接， 而PADVB是沒有這個能力的。

?PADVB 適用于應(yīng)用數(shù)據(jù)是緩慢變化的應(yīng)用場景， 而PAwR是用在應(yīng)用數(shù)據(jù)頻繁變化的場景。

?在PADVB 中同一個的應(yīng)用數(shù)據(jù)是發(fā)送給所有的觀察者的。而PAwR 中，不同的數(shù)據(jù)可以發(fā)送給一個觀察者或者多個觀察者。

?PADVB可以支持PAST 也可以不支持， 但是對于PAwR，則必須支持PAST。

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PAwR事件與子事件

PAwR名稱中的周期性指一個中心設(shè)備（如接入點(diǎn)）以精確的間隔時間定期廣播數(shù)據(jù)包。通信發(fā)生在被稱為事件的時間段內(nèi)的突發(fā)活動中。一個事件可以被劃分為多個子事件。

子事件被進(jìn)一步劃分為用于中央廣播器設(shè)備傳輸一個數(shù)據(jù)包的時段和之后用于接收監(jiān)聽器設(shè)備響應(yīng)的時段。

PAwR定義了一些使監(jiān)聽器設(shè)備可以獲得廣播器事件和子事件時間表的程序。另一些程序定義了如何將監(jiān)聽器分配到一個特定的子事件進(jìn)行監(jiān)聽，以及該子事件中用于回復(fù)的響應(yīng)時間段。將設(shè)備分配到特定的子事件可以使它們不經(jīng)常切換到接收模式，大大延長電池的續(xù)航時間。PAwR可以適應(yīng)每次傳輸時的數(shù)據(jù)變化并被傳遞到單個或一組設(shè)備。應(yīng)用邏輯確保在每個子事件中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與當(dāng)時監(jiān)聽的設(shè)備有關(guān)，避免浪費(fèi)電能。PAwR本質(zhì)上是無狀態(tài)的，這使得它具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。使用PAwR可以實(shí)現(xiàn)涉及數(shù)千個ESL等設(shè)備的雙向一對多通信。

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ESL Profile介紹

ESL Profile是一種配置文件，它允許制造商通過低功耗藍(lán)牙開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、可互操作的ESL產(chǎn)品。該配置文件規(guī)范包括一個尋址方案和一系列命令和參數(shù)，AP可以在PAwR子事件期間向一個或多個ESL設(shè)備傳輸這些命令和參數(shù)的單個數(shù)據(jù)包。每個ESL網(wǎng)絡(luò)可以包含多達(dá)32,640個電子貨架標(biāo)簽，每個標(biāo)簽都可以通過一個接入點(diǎn)控制。ESL組最多有128個，每個組都有一個數(shù)字ID，每組最多可以包含255個ESL設(shè)備，每個設(shè)備都有一個數(shù)字ID。因此，每個ESL在整個網(wǎng)絡(luò)中的唯一地址是組ID與ESL ID的組合。在使用ESL之前，必須對其進(jìn)行設(shè)置，包括連接接入點(diǎn)與ESL、為ESL分配一個地址，并且通常還需要向ESL傳輸一系列圖像。ESL的命令和響應(yīng)使用AES-CCM算法進(jìn)行加密和驗(yàn)證，以確保AP和ESL之間的通信安全。PAwR事件和子事件的細(xì)節(jié)通過連接傳遞給ESL，并且分配給ESL組ID決定了待使用的子事件，響應(yīng)時間段根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化消息處理邏輯動態(tài)分配。這項(xiàng)功能是通過新的低功耗藍(lán)牙功能“廣播數(shù)據(jù)加密”來實(shí)現(xiàn)的。

?ESL 和 1:1 設(shè)備通信

當(dāng) AP 發(fā)出針對單個電子貨架標(biāo)簽的命令時發(fā)生PDU傳輸。PAwR充當(dāng)配置文件定義的 ESL 命令和響應(yīng)的傳輸。

ESL命令所針對的貨架標(biāo)簽是 ESL Grp1 的成員。這意味著它與 PAwR subevent1 同步。因此，AP 制定了 ESL 有效載荷，它可以包括一個或多個命令的數(shù)組，每個命令都尋址到同一組內(nèi)的特定 ESL ID，并在 PAwR subevent1 期間將其作為 PAwR AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 的有效載荷傳輸。

發(fā)送的數(shù)據(jù)包同時被Grp 1 成員的所有貨架標(biāo)簽接收，因?yàn)樗鼈兌家淹讲⒃趕ubevent1 期間偵聽。此 PDU 中的單個命令是針對 ESL ID n 的，因此所有接收到該消息的貨架標(biāo)簽都會丟棄它，但地址為 ESL ID n 和組 ID 1 的設(shè)備除外。該設(shè)備根據(jù) ESL 配置文件規(guī)范處理命令，然后在響應(yīng)時隙 0 期間在 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 中制定并傳輸響應(yīng)。使用 0 響應(yīng)槽是因?yàn)轫憫?yīng)的命令是請求中命令數(shù)組的第一個也是唯一一個成員 。

?ESL 和 1:m 設(shè)備通信

當(dāng) AP 向多個貨架標(biāo)簽發(fā)出命令時發(fā)生的PDU 傳輸，每個貨架標(biāo)簽都是 ESL Grp1 的成員。接下來是發(fā)送尋址到屬于ESL Grp2 的單個設(shè)備的單個命令。

第一個 ESL 請求包含三個命令。該請求針對屬于 ESL Grp0 的三個貨架標(biāo)簽，因此它被格式化并設(shè)置為 AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 的有效載荷，并在 PAwR subevent 0 中傳輸。所有屬于Grp 0 成員的 ESL 貨架標(biāo)簽同時接收 PDU，因?yàn)樗鼈兌荚?PAwR subevent 0 上同步。ESL 命令數(shù)組包含針對組中 ID 0、1 和 n 的貨架標(biāo)簽的命令。這三個設(shè)備處理各自的命令。ID 0 的設(shè)備在響應(yīng)槽 0 中使用AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 進(jìn)行響應(yīng)。ID 1 的設(shè)備在響應(yīng)槽 1 中使用 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 進(jìn)行響應(yīng)。具有 ID n 的設(shè)備在響應(yīng)槽 2 中使用 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 進(jìn)行響應(yīng)，因?yàn)轫憫?yīng)的命令是 ESL 命令數(shù)組中的第三個。其他具有不同 ID 的設(shè)備將忽略該請求。

在 PAwR subevent 1 中，傳輸?shù)?AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 包含尋址到具有 ESL_ID=n 的單個 ESL的命令。作為 ESL Grp 1 成員的所有 ESL 在 PAwR subevent 1 上同步，因此接收此 PDU。ESL_ID=n 的 ESL 處理有效載荷中的唯一命令并在 PAwR 響應(yīng)槽 0 中響應(yīng)。AP 沒有命令發(fā)送到其他組中的其他 ESL，因此在剩余的子事件中，傳輸具有空負(fù)載的 AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU。

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PAwR與ESL新展望

ESL系統(tǒng)的自動化價格變動提高了門店運(yùn)營效率，并顯著提高了顧客的滿意度。同時，由ESL行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟共同開發(fā)的新藍(lán)牙技術(shù)功能，預(yù)示著電子貨架標(biāo)簽市場的新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即將到來。為了擴(kuò)大潛在市場規(guī)模，下一步的重點(diǎn)是讓ESL方案商將他們的系統(tǒng)遷移到基于標(biāo)準(zhǔn)的無線技術(shù)。推出電子貨架標(biāo)簽（ESL）市場的無線標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙技術(shù)將助力零售業(yè)邁入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一個階段，從而更好地服務(wù)門店和顧客。

關(guān)于信馳達(dá)

深圳市信馳達(dá)科技有限公司（RF-Star）是一家專注于物聯(lián)網(wǎng)射頻通信方案的高科技公司，2010年即獲得美國TI德州儀器公司的認(rèn)證，是其低功耗無線通信芯片的授權(quán)開發(fā)商。該公司提供物聯(lián)網(wǎng)無線模塊和完整應(yīng)用方案，包括BLE、Wi-Fi、Wi-SUN、LoRa、ZigBee、Thread等。欲了解更多信息，請?jiān)L問公司網(wǎng)站www.szrfstar.com或關(guān)注微信公眾號“信馳達(dá)科技”，購買樣品請?jiān)谔詫欰PP上搜索“信馳達(dá)科技”進(jìn)入官方店鋪購買。

審核編輯黃宇