1、ANT+是Garmin搞的，幾乎也就自行車用，老東西了

2、藍(lán)牙（BLE）就是藍(lán)牙搞的，跟自行車沒PY交易，用的廣

3、這倆都是2.4G信號，視距傳輸，因此設(shè)備和傳感器之間直連線通道內(nèi)最好不要有金屬，碳纖維遮擋

4、這倆協(xié)議數(shù)字信號傳輸，有比較復(fù)雜完善一套驗(yàn)證體系，因此不會串線和收到錯(cuò)誤信息

5、這倆都是分時(shí)占用頻點(diǎn)通信，因此可以同一空間同一頻點(diǎn)有較多設(shè)備共同運(yùn)行而不會掛。但BLE此外還具有跳頻能力，抗干擾性和容納設(shè)備能力和保密性比ANT好得多。

6、出現(xiàn)表頭無法分辨的兩個(gè)同名設(shè)備的概率，藍(lán)牙基本不可能，ANT可能性相對大些。

7、ANT協(xié)議開發(fā)更好上手，但復(fù)雜功能實(shí)現(xiàn)較困難，擴(kuò)展性差，BLE開發(fā)上手難，但更好實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，擴(kuò)展性好。BLE相比ANT更加完善成熟，因此會是未來的趨勢。

首先簡單介紹下這倆協(xié)議的出身

ANT+：

這個(gè)協(xié)議基本上就沒有車友會陌生了吧，應(yīng)該來講是目前為止運(yùn)動領(lǐng)域內(nèi)最通用最普及的無線傳輸協(xié)議，甩第二名藍(lán)牙BLE好幾條街，基本上稍微高端點(diǎn)的自行車，跑步，游泳，鐵三傳感器，顯示終端都是支持這個(gè)協(xié)議的。那到底是何方神圣搞出了這么套玩意捏？答案就是：Dynastream 。然而..........

大體原理是啥捏，首先有個(gè)比較穩(wěn)定頻率的高頻信號源，這個(gè)信號頻率比要傳輸?shù)男盘栴l率高得多得多，以這個(gè)信號作為載波，將要傳遞的信號調(diào)制上去，比如以這個(gè)載波的振幅大小或者頻率相對中心頻率偏移程度來表示要傳輸?shù)男盘栂惹暗膹?qiáng)弱或者0，1，然后將其發(fā)送出去。接收時(shí)候再根據(jù)其振幅大小或者偏移中心頻率程度恢復(fù)原先信號，這就是解調(diào)。以此實(shí)現(xiàn)信號的傳遞。前者稱之為調(diào)幅調(diào)制，后者稱之為跳頻調(diào)制，是最主流兩種調(diào)制方式。

為啥要這么折騰一發(fā)捏，因?yàn)槭澜缟嫌袀€(gè)很神奇的東西，叫帶通濾波器。就是說，只有一定頻率范圍的信號才能通過的濾波器（諧振），其他頻率的會被其過濾掉。醬紫的話，同一空間下，不同的信號源使用不同的頻率載波，而其對應(yīng)接收機(jī)也分別使用對應(yīng)頻率的帶通濾波器就可以僅接收到所需信號源發(fā)射的信號啦。帶通濾波器看上去很高端很碉堡的感覺，然而實(shí)際上是個(gè)很常見的現(xiàn)象，舉個(gè)例子，蕩秋千時(shí)候，僅當(dāng)你按照秋千固有晃動頻率去推才能小力推的高，而這個(gè)帶通濾波器就是電路中的“秋千”，一般用LC，RC網(wǎng)絡(luò)，或者其他晶體諧振器實(shí)現(xiàn)。

好啦，到了這一步，我們總算能在同一個(gè)空間讓多對發(fā)射機(jī)接收機(jī)自由通信互不干擾了，然而這個(gè)夠了嗎？還不行。貌似看上去，載波資源是無線的，可以取100，1000，10000Hz........或者耍賴皮的，100.1，100.11，100.111Hz.......。然而，大自然還是不會讓你們?nèi)祟愡@么容易就得逞啦。首先，帶通濾波器也不是說僅某個(gè)范圍信號一定能過，其他就一定不能過，也是一個(gè)類似正態(tài)分布曲線一樣的東東：

此外，振蕩源發(fā)生的載波本身也有一定頻率偏移，因此不同設(shè)備使用載波不能相差太少。

此外，頻率高低還影響著其傳輸特性和攜帶數(shù)據(jù)的能力。物理老師告訴我們，波的頻率越高，粒子性越強(qiáng)。這個(gè)我們生活中也能體會出來。遠(yuǎn)處一個(gè)音樂會，從遠(yuǎn)到近最先聽到最低音的貝斯和鼓聲，最后才能聽到高音部分。低音部分往往隔著門還能透出來，高音就不行了。

因此，頻率越低，傳輸數(shù)據(jù)速度越差（信號頻率要比載波頻率低很多才行），而且向外輻射能力也很差，但繞過性比較好，穿透性也很好，可以像空氣一樣充斥整個(gè)空間。

頻率越高，傳輸數(shù)據(jù)速度越好，向外輻射能力越強(qiáng)，但是更接近直線傳播，像子彈一樣指哪打哪（比如可見光），穿透性和繞過性都很差，一擋就呵呵了。

此外，還有個(gè)非常重要的原因，天線尺寸和電磁波的頻率（實(shí)際是波長影響）有著非常大的關(guān)系。為了使天線發(fā)射效果達(dá)到最好，需要讓電磁波輸入到天線的波形和反射回來的波形重合，所以根據(jù)不同天線類型，天線尺寸基本直接和電磁波波長成正比，而且在相同數(shù)量級。這也就是為啥哪些老式收音機(jī)天線那么長（100MHz），而手機(jī)（950MHz和1500MHz）和Wifi（2.4GHz）天線這么小甚至直接電路板上面拉根走線就夠了~下圖紅色圈內(nèi)就是大家熟悉的Garmin1000的藍(lán)牙和ANT的天線。（引用了下業(yè)內(nèi)評測大師“刀疤川”的照片~在此表示感謝~~）

所以，無線電也是重要的資源，不是隨便能用的。國家根據(jù)情況在不同頻率段都劃分出來了一小塊區(qū)域給我們這些設(shè)備在不需要相關(guān)許可證情況下使用，其他頻段隨意使用是犯法的哦，影響大的話，警察叔叔會上門滴。而藍(lán)牙，ANT，還有最最最熟悉的Wifi所使用的2.4GHz頻段就是其中一個(gè)，具體范圍是2.4GHz到2.5GHz。在這個(gè)范圍內(nèi)劃分為100個(gè)頻點(diǎn)，也就是2400MHz，2401MHz，2402MHz一直到2500MHz醬紫，也就是說呢，現(xiàn)在這個(gè)無線電大廣場里面被劃分成了很多個(gè)小隔音包間，包間包間之間互不干擾。

為啥要選用2.4GHz這個(gè)頻段呢，其實(shí)原因很簡單，ANT，藍(lán)牙，Wifi這類協(xié)議主要使用場景都是短距離通信，2.4GHz已經(jīng)是微波頻段了，傳輸接近視距傳輸，大體就是人眼看到的地方信號才好，符合這類設(shè)備需求，說悄悄話就夠啦。此外就是傳輸速率高，在相同數(shù)據(jù)量情況下，通過降低傳輸時(shí)間減少發(fā)射器工作時(shí)間，降低功耗，還可以在同一個(gè)頻點(diǎn)通過分時(shí)方式容納更多設(shè)備通信，不然100個(gè)頻點(diǎn)，咋夠用啊是吧。

這個(gè)就好比學(xué)霸和學(xué)神的區(qū)別，學(xué)神效率高，早完事早回家睡覺，而且還不用占著自習(xí)室位置，一個(gè)自習(xí)室位子夠一堆學(xué)神用了哈哈，所以我們要提倡培養(yǎng)學(xué)神，而不是學(xué)霸哈哈哈哈哈。

此外還有就是前面提到的天線體積小，才能把整個(gè)設(shè)備微縮到可以接受的尺寸。

由此我們可以知道，我們藍(lán)牙和ANT使用的電磁波頻段特點(diǎn)就是直線傳輸，穿透性差，因而在安裝相關(guān)傳感器時(shí)候，盡量能讓接收器和傳感器之間直線通道凈空，尤其是要避開金屬，其次是碳纖維（碳纖維也是導(dǎo)體哦）。

先前還有很多車友提到的，Garmin500的信號很差，連有些功率計(jì)很容易斷線。這個(gè)有一方面原因就是Garmin500的天線位置，在設(shè)備下方。安裝在把立上面時(shí)候，那里剛好給把立擋住，安裝在延長座上面時(shí)候，剛好給彎把擋住。而通過前面的拆解圖也能看出，Garmin1000這個(gè)在設(shè)備側(cè)面，相對而言到各傳感器之間的通道就干凈很多。當(dāng)然這只是其中一個(gè)方面原因。不過試試看把設(shè)備轉(zhuǎn)90度，或許信號會好很多吧哈哈哈。

來一張500的天線圖

到現(xiàn)在為止，總算能從物理課本里面跳出來了......下面就來講講究竟是怎么樣在有限的100個(gè)頻點(diǎn)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)以億萬計(jì)的各類使用Wifi，藍(lán)牙，ANT，還有啥Zigbee，一堆廠商自己搞的2.4G協(xié)議設(shè)備相互通信而不相互干擾。

可能大家會認(rèn)為，誰有數(shù)據(jù)要傳，誰就發(fā)言唄，大不了兩個(gè)撞到一起了，就重新說一次就好，接收設(shè)備就一直等著接收就行，收到不是自己的就丟棄。確實(shí)也是可以醬紫，但是有個(gè)很重要的事情，這個(gè)房間內(nèi)的“聽眾”，“監(jiān)聽”這件事情也是非常耗電的，甚至比“發(fā)言”還耗電。此外，老是接收到其他設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)本身也會增加處理負(fù)擔(dān)。

這個(gè)就是NRF51422規(guī)格書里面功耗說明，紅色框內(nèi)就是接收開啟時(shí)候功耗：

所以，應(yīng)該怎么來解決呢？

也很簡單。首先，功耗要求高的設(shè)備，比如傳感器，以固定時(shí)間間隔來發(fā)送數(shù)據(jù)包，比如每1s發(fā)送一次。而有一臺功耗要求相對不高的設(shè)備，比如表頭，先長時(shí)間開啟接收，一旦收到一個(gè)相符的數(shù)據(jù)包，就可以預(yù)測出之后所有發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)間了。這時(shí)候，表頭也就可以做到，絕大部分時(shí)候在休息，僅在傳感器將要發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候才開啟接收，這樣子就可以大大降低功耗了。

當(dāng)然，實(shí)際上，傳感器和表頭之間往往需要雙向傳輸數(shù)據(jù)。在上面實(shí)現(xiàn)之后，這個(gè)實(shí)現(xiàn)起來也很容易了。傳感器每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，短暫開啟一下接收，而表頭接收到一個(gè)數(shù)據(jù)之后，立刻傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包，就實(shí)現(xiàn)了這種最低功耗開銷的雙向數(shù)據(jù)傳輸了。當(dāng)然，這個(gè)步驟也可以重復(fù)幾次，實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)吞吐量。

上面提到的表頭等待接收從機(jī)一個(gè)有效數(shù)據(jù)包的這個(gè)過程，被稱做“搜索/掃描（search/scan）”，從機(jī)這個(gè)動作被稱做“廣播（advertise/broadcast）”，如圖所示就是其工作時(shí)間圖：

一旦表頭接收到一次有效數(shù)據(jù)包，此時(shí)就可以和從機(jī)同步了，這個(gè)時(shí)候，即認(rèn)為主機(jī)從機(jī)已經(jīng)建立起連接，將會在固定的通信時(shí)隙(timeslot)內(nèi)進(jìn)行通信。如果一個(gè)通信時(shí)隙內(nèi)有多次數(shù)據(jù)傳輸動作，這個(gè)被稱為“突發(fā)傳輸(burst)”模式。下圖即為連接之后的工作時(shí)間圖。

我們前面提到的從搜索到連接，都是在同一個(gè)房間里面進(jìn)行的操作，然而實(shí)際上，主機(jī)和從機(jī)完成首次同步之后，完全可以共同確定一個(gè)“換房間”的規(guī)則，之后每次通信完都可以更換一個(gè)房間進(jìn)行通信。

這個(gè)好處就太明顯啦，可以避免某些頻點(diǎn)設(shè)備太多，老是“撞車”導(dǎo)致效果差，還可以將可用頻點(diǎn)擴(kuò)展開來，因而總?cè)菁{設(shè)備量更多，此外還可以大大提高保密性。這個(gè)技術(shù)其實(shí)很古老了，就是“跳頻通信”技術(shù)。

ANT+所定義的標(biāo)準(zhǔn)連接參數(shù)如下：

數(shù)據(jù)傳輸間隔：0.25s~4s（即0.25Hz到4Hz）

這也就是通常大家說的“ANT+1s傳輸4次數(shù)據(jù)”。然而并不完全是這樣的。只要在這個(gè)范圍內(nèi)都符合ANT+規(guī)范。而絕大部分碼表接收頻率實(shí)際上是1Hz，即1s傳輸一次。

通信頻率：2457MHz

ANT是沒有使用跳頻技術(shù)的，因此其抗干擾能力和容納設(shè)備能力相對而言要弱一些，周圍有較多ANT設(shè)備時(shí)候信號傳輸會很容易出現(xiàn)“撞車”現(xiàn)象。

數(shù)據(jù)幀有效數(shù)據(jù)尺寸：8個(gè)字節(jié)

其中第一個(gè)字節(jié)主要用于指示數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)含義，比如傳輸?shù)氖枪β剩ゎl，電量啥啥的，后面7個(gè)字節(jié)才是真正數(shù)據(jù)。

通信速率：1Mbit/s

識別不同設(shè)備的方式：1個(gè)字節(jié)指示傳輸模式，1個(gè)字節(jié)指示設(shè)備類型，2個(gè)字節(jié)表示設(shè)備序列號

傳輸模式全部ant+設(shè)備都是一樣的，雙向可連接無共享，因此無視了

設(shè)備類型就是指示這個(gè)設(shè)備屬于心率帶，功率計(jì)，速度踏頻傳感器等

因此同一類設(shè)備唯一區(qū)別的就是設(shè)備的序列號，2個(gè)字節(jié)除去最高和最低的兩個(gè)有特殊用途外，一共可以編號65534個(gè)設(shè)備。而且各個(gè)廠商都是獨(dú)立編號的。因此出現(xiàn)同號的概率還是不小的。表頭是無法識別相同序列號的兩種設(shè)備的，因此ANT在一定范圍內(nèi)容納設(shè)備能力更加被限制了。而為了避免這個(gè)，ANT甚至允許表頭設(shè)定一個(gè)信號強(qiáng)度閾值，僅高于此的設(shè)備才能連接。因此，ANT更加容易出現(xiàn)掉線，信號不好等連接問題。

再說說BLE：

數(shù)據(jù)傳輸間隔：7.5mS到4S，即0.25Hz到133.3Hz，一般用0.25到1s間隔

這個(gè)范圍比ANT+要大很多。而且和ANT不太相同的是，ANT一般是傳感器固定了一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)間隔，而BLE主機(jī)和從機(jī)會先進(jìn)行“談判(negotiation)”，共同商議一個(gè)雙方都爽的連接間隔，這樣可以避免ANT的表頭1Hz接收，傳感器4Hz傳輸時(shí)候，傳感器4次傳輸有3次實(shí)際上是白傳了的情況，降低電量和帶寬的損耗。

通信頻率：2402MHz到2480MHz，其中3個(gè)廣播信道，37個(gè)數(shù)據(jù)信道，跳頻通信

前面提到了，這種方式可以大大提高傳輸抗干擾能力和空間內(nèi)同時(shí)容納的設(shè)備數(shù)量，同時(shí)提高傳輸保密性。

數(shù)據(jù)幀有效數(shù)據(jù)尺寸：20個(gè)字節(jié)

這里20個(gè)字節(jié)可以全部用于傳輸有效數(shù)據(jù)。

通信速率：1Mbit/s

識別不同設(shè)備的方式：48位藍(lán)牙地址

48位共可以編號2的48次方即281474976710656，即10的14.45次方個(gè)設(shè)備而不重號。直觀點(diǎn)的感覺就是，厚度1cm的心率傳感器，疊起來可以從地球到太陽跑9個(gè)來回。也有人估算過可以給地球上每一粒沙子都編上號還夠用。這個(gè)地址是生產(chǎn)藍(lán)牙芯片廠商預(yù)先刻錄在芯片內(nèi)的，因此不會存在重號的可能。

所以，從基礎(chǔ)通信實(shí)現(xiàn)這塊，基本可以總結(jié)出如下結(jié)論：

ANT和BLE都是針對低功耗設(shè)計(jì)的，其功耗都在同一個(gè)數(shù)量級，但藍(lán)牙使用了跳頻技術(shù)，因此在抗干擾性，容納相同設(shè)備同時(shí)通信，數(shù)據(jù)保密性上比ANT要好，所以才能有幾個(gè)表頭可以同時(shí)接一個(gè)ANT傳感器數(shù)據(jù)，而BLE的話僅能一對一。此外，BLE數(shù)據(jù)幀比ANT長，因此數(shù)據(jù)吞吐能力要強(qiáng)過ANT。

好啦，我們從物理到硬件都分析完啦，現(xiàn)在可以分析下軟件部分這塊啦~~

首先先說說ANT這塊：

ANT的協(xié)議棧主要實(shí)現(xiàn)了設(shè)備搜索，識別，連接，以及連接之后的通信維持，而每個(gè)通信時(shí)隙究竟應(yīng)該傳輸哪些數(shù)據(jù)則是由開發(fā)者自己來安排實(shí)現(xiàn)的，ANT協(xié)議棧的程序會在一個(gè)發(fā)送時(shí)隙到來時(shí)候通知應(yīng)用部分的程序進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

而在兩個(gè)特性里面，有幾個(gè)值的項(xiàng)。比如心率測量的，第二個(gè)就是儲存心率測量值的。表頭只要對這個(gè)特性進(jìn)行讀操作，就可以得到當(dāng)前心率了。此外比較常用的還有cccd這個(gè)值可以用來充當(dāng)某些有通知和指示的“開關(guān)”用的。

而每個(gè)特性還有權(quán)限Permissions。主要有read讀，write寫，notify通知，indication指示。這些就有點(diǎn)類似電腦里面文件權(quán)限一樣。

對于需要從傳感器發(fā)送給表頭的數(shù)據(jù)，一般采用read和notify的權(quán)限。傳感器可以隨時(shí)將值保存在特性中（不需要等待一個(gè)通信時(shí)隙），當(dāng)表頭調(diào)用讀的函數(shù)時(shí)候，協(xié)議棧會自動安排數(shù)據(jù)發(fā)出，傳感器的應(yīng)用部分程序?qū)@個(gè)過程是不需要知情的。而對于某些實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)，表頭希望能盡早獲取，可以采用通知的方式。當(dāng)傳感器需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行改動時(shí)候，調(diào)用hvx的函數(shù)就可以向表頭發(fā)出一個(gè)通知的事件，其中也包含最新的數(shù)據(jù)。

而對于交互操作，比如設(shè)置某些參數(shù)，或者執(zhí)行某些操作，比如歸零，則一般使用write和indicate的操作。

當(dāng)表頭對其中某些特性進(jìn)行寫操作時(shí)候，傳感器會收到一個(gè)寫的事件，其中包含著表頭寫入的數(shù)據(jù)。而當(dāng)傳感器執(zhí)行相應(yīng)的操作之后，通過調(diào)用hvx這個(gè)函數(shù)即可向表頭回發(fā)一個(gè)indicate來指示當(dāng)前寫入或者操作的執(zhí)行結(jié)果。indicate和notify主要區(qū)別是indicate需要回應(yīng)才有效。

因此，BLE傳感器部分要處理的事件非常簡單，僅需對表頭的write事件進(jìn)行處理就行。

下面就是添加一個(gè)功率測量特性的函數(shù)，一個(gè)功率計(jì)大概有10多個(gè)這樣的特性需要添加和配置。

Nordic提供的ANT范例：分別是功率計(jì)，速度踏頻傳感器，心率計(jì)，其他運(yùn)動的速度節(jié)奏傳感器