蓝牙5.4引入PAwR，电子价签迎来新机遇

最近，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布了一项全新的无线标准，专为电子货架标签（Electronic Shelf Label，ESL）市场而设计。该标准基于蓝牙5.4，引入了一种新的传输逻辑，即Periodic Advertising with Responses（PAwR）。PAwR可以实现无连接的双向应用程序数据通信，使得单个接入点能够与数千个终端节点进行双向无连接通信。这种新的标准为电子货架标签行业带来了更多的创新空间，不仅能够实现电子货架标签和蓝牙网关的双向通信，还能够显著降低标签的功耗。

什么是电子货架标签 

当我们到实体商店或零售店购物时，通常很容易发现传统的纸质价签正在被电子货架标签所取代。例如，国内的盒马鲜生、永辉超市，国外的山姆、麦德龙。这些零售巨头已经将电子价签作为标准配件来使用。此外，与电子货架标签类似的应用在其他一些to B场景中也越来越常见，例如会展中使用的桌牌、工作证、医院中的患者卡、工厂中的物料清单等等。

电子货架标签是一种具备信息收发功能的电子版价签显示设备，其由显示屏（墨水屏）、通信模块和应用配件构成。除了能够显示基本的商品信息和价格外，它还可以显示条形码或二维码，甚至包括图片。其最显著且关键的特点是“功耗低和耐用性”，通常能够实现数月甚至数年的续航时间。

ABI Research的数据预测到2027年，将会有24亿个电子货架价签设备安装在各个零售场所。目前ESL设备通常采用的通信协议主要包括2.4G频段私有协议、Zigbee无线通信协议和蓝牙协议。每种协议都有各自的优缺点。Zigbee协议的主要优势是其自组网能力和低功耗，可以满足特定产品的需求。然而，它的私有性和高昂的协议费用也是劣势之一。与此同时，蓝牙协议因其通用性和丰富的生态系统，已成为市场上较为普遍的连接方式，并被越来越多的厂商采用。据相关数据显示，目前国内电子价签的渗透率不到10％，且主要集中在大型商超。因此，仍然有大量下沉市场需要开发。
 

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PAwR 的优势

► 双向无连接：PAwR具备双向无连接的能力，可以实现设备之间的双向通信，而无需建立连接，这是之前的BLE无法实现的。

► 扩展性：相较于BLE GATT连接方式，PAwR采用了一种更具扩展性的、一对多的、双向传输的网络拓扑结构，使得与数千个节点进行双向通信成为可能。在BLE GATT中，一个中央设备连接的从设备数量是非常有限的，而PAwR能够解决这个限制，实现与更多节点的双向通信。
 

► 低功耗：在PAwR中，一个广播者和一个观察者只需要占用一个subevent事件，因此观察者可以在广播者广播时仅扫描很小的一段时间。由于subevent事件同步过程涉及到应用逻辑，因此接收到的数据包通常包含与观察者相关的数据。这种低功耗特性使得观察者可以仅仅使用一节纽扣电池就能让设备工作多年。
 

► 灵活的拓扑结构和并发接收：PAwR采用了一种灵活的拓扑结构，允许广播数据包被单个或多个观察者接收和处理，或者被所有观察者接收和处理，具体取决于观察者的应用层数据同步逻辑。这种灵活性可以使PAwR适应不同的应用场景和需求。
 

► 应用：PAwR是适合用于一个中央设备和大规模其他设备通信的场景，这些数据可能是控制命令、传感数据或其他消息。其中，电子货架标签(ESL)是一个很重要的应用场景，PAwR为其专门制定了一个ESL的Profile，用于指定数据传输的方式。但是，PAwR不适用于实时性要求较高的场景。数据包是通过一个一个时间槽来周期性地发送的，观察者数量可以进行配置。随着观察者数量的增加，广播数据需要的时间也会相应增加，从而导致延迟。因此，向多个设备发送消息时，可能会出现明显的时间延迟，延迟时间从几毫秒到几十秒不等，这取决于配置的不同。
 

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PAwR与PADVB的异同点

相似点：

► PAwR 和PADVB都是一种一对多的拓扑结构，一个广播者发送数据，一个或多个观察者接收数据。

► PAwR 和PADVB都是一种无连接的通讯方式。
 

► PAwR和PADVB都是通过周期广播来发送数据，广播包中间没有随机延时，所以广播时间表是确定的。
 

► 观察者都可以通过AUX_ADV_IND PDU 或者PAST方式来建议广播者的周期广播时间表。
 

不同点：
 

► PADVB 只能从广播者到观察者单向传递应用数据，而PAwR可以从观察者传递应用数据到广播者，PAwR是一种双向交互的无连接通讯机制。

► 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两个字段中。
 

► PADVB 是在广播event中发送广播时间表的，而 PAwR是在一系列的event和subevent中来传输的。观察者可以通过这样的同步方式，只监听特定的子事件以节省功耗。
 

► PAwR 可以在广播的过程中发送 AUX_CONNECT_REQ 到特定的设备来建立GATT连接， 而PADVB是没有这个能力的。
 

► PADVB 适用于应用数据是缓慢变化的应用场景， 而PAwR是用在应用数据频繁变化的场景。
 

► 在PADVB 中同一个的应用数据是发送给所有的观察者的。而PAwR 中，不同的数据可以发送给一个观察者或者多个观察者。
 

► PADVB可以支持PAST 也可以不支持， 但是对于PAwR，则必须支持PAST。
 

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PAwR事件与子事件

PAwR名称中的周期性指一个中心设备（如接入点）以精确的间隔时间定期广播数据包。通信发生在被称为事件的时间段内的突发活动中。一个事件可以被划分为多个子事件。

子事件被进一步划分为用于中央广播器设备传输一个数据包的时段和之后用于接收监听器设备响应的时段。

PAwR定义了一些使监听器设备可以获得广播器事件和子事件时间表的程序。另一些程序定义了如何将监听器分配到一个特定的子事件进行监听，以及该子事件中用于回复的响应时间段。将设备分配到特定的子事件可以使它们不经常切换到接收模式，大大延长电池的续航时间。PAwR可以适应每次传输时的数据变化并被传递到单个或一组设备。应用逻辑确保在每个子事件中传输的数据与当时监听的设备有关，避免浪费电能。PAwR本质上是无状态的，这使得它具有很强的可扩展性。使用PAwR可以实现涉及数千个ESL等设备的双向一对多通信。

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ESL Profile介绍

ESL Profile是一种配置文件，它允许制造商通过低功耗蓝牙开发标准化、可互操作的ESL产品。该配置文件规范包括一个寻址方案和一系列命令和参数，AP可以在PAwR子事件期间向一个或多个ESL设备传输这些命令和参数的单个数据包。每个ESL网络可以包含多达32,640个电子货架标签，每个标签都可以通过一个接入点控制。ESL组最多有128个，每个组都有一个数字ID，每组最多可以包含255个ESL设备，每个设备都有一个数字ID。因此，每个ESL在整个网络中的唯一地址是组ID与ESL ID的组合。在使用ESL之前，必须对其进行设置，包括连接接入点与ESL、为ESL分配一个地址，并且通常还需要向ESL传输一系列图像。ESL的命令和响应使用AES-CCM算法进行加密和验证，以确保AP和ESL之间的通信安全。PAwR事件和子事件的细节通过连接传递给ESL，并且分配给ESL组ID决定了待使用的子事件，响应时间段根据标准化消息处理逻辑动态分配。这项功能是通过新的低功耗蓝牙功能“广播数据加密”来实现的。

► ESL 和 1:1 设备通信
 

当 AP 发出针对单个电子货架标签的命令时发生PDU传输。PAwR充当配置文件定义的 ESL 命令和响应的传输。

ESL命令所针对的货架标签是 ESL Grp1 的成员。这意味着它与 PAwR subevent1 同步。因此，AP 制定了 ESL 有效载荷，它可以包括一个或多个命令的数组，每个命令都寻址到同一组内的特定 ESL ID，并在 PAwR subevent1 期间将其作为 PAwR AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 的有效载荷传输。

发送的数据包同时被Grp 1 成员的所有货架标签接收，因为它们都已同步并在subevent1 期间侦听。此 PDU 中的单个命令是针对 ESL ID n 的，因此所有接收到该消息的货架标签都会丢弃它，但地址为 ESL ID n 和组 ID 1 的设备除外。该设备根据 ESL 配置文件规范处理命令，然后在响应时隙 0 期间在 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 中制定并传输响应。使用 0 响应槽是因为响应的命令是请求中命令数组的第一个也是唯一一个成员 。

► ESL 和 1:m 设备通信
 

当 AP 向多个货架标签发出命令时发生的PDU 传输，每个货架标签都是 ESL Grp1 的成员。接下来是发送寻址到属于ESL Grp2 的单个设备的单个命令。

第一个 ESL 请求包含三个命令。该请求针对属于 ESL Grp0 的三个货架标签，因此它被格式化并设置为 AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 的有效载荷，并在 PAwR subevent 0 中传输。所有属于Grp 0 成员的 ESL 货架标签同时接收 PDU，因为它们都在 PAwR subevent 0 上同步。ESL 命令数组包含针对组中 ID 0、1 和 n 的货架标签的命令。这三个设备处理各自的命令。ID 0 的设备在响应槽 0 中使用AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 进行响应。ID 1 的设备在响应槽 1 中使用 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 进行响应。具有 ID n 的设备在响应槽 2 中使用 AUX_SYNC_SUBEVENT_RSP PDU 进行响应，因为响应的命令是 ESL 命令数组中的第三个。其他具有不同 ID 的设备将忽略该请求。

在 PAwR subevent 1 中，传输的 AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU 包含寻址到具有 ESL_ID=n 的单个 ESL的命令。作为 ESL Grp 1 成员的所有 ESL 在 PAwR subevent 1 上同步，因此接收此 PDU。ESL_ID=n 的 ESL 处理有效载荷中的唯一命令并在 PAwR 响应槽 0 中响应。AP 没有命令发送到其他组中的其他 ESL，因此在剩余的子事件中，传输具有空负载的 AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDU。
 

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PAwR与ESL新展望

ESL系统的自动化价格变动提高了门店运营效率，并显著提高了顾客的满意度。同时，由ESL行业领导者和蓝牙技术联盟共同开发的新蓝牙技术功能，预示着电子货架标签市场的新行业标准即将到来。为了扩大潜在市场规模，下一步的重点是让ESL方案商将他们的系统迁移到基于标准的无线技术。推出电子货架标签（ESL）市场的无线标准，蓝牙技术将助力零售业迈入数字化转型的下一个阶段，从而更好地服务门店和顾客。

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深圳市信驰达科技有限公司（RF-Star）是一家专注于物联网射频通信方案的高科技公司，2010年即获得美国TI德州仪器公司的认证，是其低功耗无线通信芯片的授权开发商。该公司提供物联网无线模块和完整应用方案，包括BLE、Wi-Fi、Wi-SUN、LoRa、ZigBee、Thread等。欲了解更多信息，请访问公司网站www.szrfstar.com或关注微信公众号“信驰达科技”，购买样品请在淘宝APP上搜索“信驰达科技”进入官方店铺购买。
 

审核编辑 黄宇