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蓝牙标准5.0演进史及蓝牙2016年技术蓝图
日期:2016-8-22 作者: 来源: 点击:2394

        对于蓝牙,绝大部分人都不陌生,这是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。早在Wi-Fi传输技术出现之前,蓝牙便广泛运用于各种连接设备之间进行无线信息交换,在相当长的时间内,占据了传输市场的主导地位和主流地位。

       随着Wi-Fi等传输技术的出现,蓝牙在人们心目中的比重似乎开始逐渐下降,但可以肯定的是,蓝牙依旧是各类数码产品中不可或缺的模块。同时,不可忽略的是,蓝牙技术本身也在发展,从V1.1到V2.0再到V4.2以及最新版本V5.0,不断优化和提升。尤其是蓝牙技术联盟6月16日发布的蓝牙5.0标准,在原有的基础上进一步改善,吸引了广大用户关注。

 

       那么什么是蓝牙?

       蓝牙技术是一种尖端的开放式无线通讯标准,能够在短距离范围内无线连接桌上型电脑与笔记本电脑、便携设备、PDA、移动电话、拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠标。

       利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效。

       蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

       蓝牙协议堆栈依照其功能可分四层:核心协议层(HCI、LMP、L2CAP、SDP)、线缆替换协议层(RFCOMM)、电话控制协议层(TCS-BIN)和选用协议层(PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE)。

       简言之,蓝牙技术让各种数码设备之间能够无线沟通,让散落各种连线的桌面成为历史。有了蓝牙无线技术,你就可以轻松连接你的电脑和便携设备、移动电话以及其它外围设备――在 9 米(30英尺)距离之内以无线方式彼此连接。

       相比于其他无线技术:红外、无线2.4G、WiFi来说,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。尤其是在授权门槛逐渐降低的今天,蓝牙技术开始真正普及到所有的数码设备。不过,蓝牙这一路走来也并非完美,从1.0到4.2,再到现在的5.0,是一个不平凡的过程。

       蓝牙的版本演进及其发展史

       在5.0之前,蓝牙经过了多个版本的演进,主要为1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1和4.2。

       蓝牙1.1标准

       1.1 为最早期版本,传输率约在748~810kb/s,因是早期设计,容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

       蓝牙1.2标准

       1.2 同样是只有 748~810kb/s 的传输率,但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。

       蓝牙2.0标准

       2.0是1.2的改良提升版,传输率约在1.8M/s~2.1M/s,开始支持双工模式——即一面作语音通讯,同时亦可以传输档案/高质素图片,2.0版本当然也支持Stereo运作。

       应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准,该标准在2004年已经推出,支持Bluetooth2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。

       虽然Bluetooth2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进,但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。

       蓝牙2.1标准

       2007年8月2日,蓝牙技术联盟今天正式批准了蓝牙2.1版规范,即“蓝牙2.1+EDR”,可供未来的设备自由使用。和2.0版本同时代产品,目前仍然占据蓝牙市场较大份额,相对2.0版本主要是提高了待机时间2倍以上,技术标准没有根本性变化。

       蓝牙3.0标准

       2009年4月21日,蓝牙技术联盟(BluetoothSIG)正式颁布了新一代标准规范“BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed”(蓝牙核心规范3.0版),蓝牙3.0的核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。

       蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11WI-FI用于实现高速数据传输)。在传输速度上,蓝牙3.0是蓝牙2.0的八倍,可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输,但是需要双方都达到此标准才能实现功能。

       蓝牙4.0标准

       蓝牙4.0规范于2010年7月7日正式发布,新版本的最大意义在于低功耗,同时加强不同OEM厂商之间的设备兼容性,并且降低延迟,理论最高传输速度依然为24Mbps(即3MB/s),有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)。该标准芯片被大量的手机、平板所采用,如苹果TheNewiPad平板电脑,以及苹果iPhone5、魅族MX4、HTCOneX等手机上带有蓝牙4.0功能。

       蓝牙4.1标准

       蓝牙4.1于2013年12月6日发布,与LTE无线电信号之间如果同时传输数据,那么蓝牙4.1可以自动协调两者的传输信息,理论上可以减少其它信号对蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智能化,比如减少了设备之间重新连接的时间,意味着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断开连接的时间不算很长,当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接,反应时间要比蓝牙4.0更短。最后一个改进之处是提高传输效率,如果用户连接的设备非常多,比如连接了多部可穿戴设备,彼此之间的信息都能即时发送到接接收设备上。

       除此之外,蓝牙4.1也为开发人员增加了更多的灵活性,这个改变对普通用户没有很大影响,但是对于软件开发者来说是很重要的,因为为了应对逐渐兴起的可穿戴设备,那么蓝牙必须能够支持同时连接多部设备。

       蓝牙4.2标准

       2014年12月4日,最新的蓝牙4.2标准颁布。蓝牙4.2标准的公布,不仅改善了数据传输速度和隐私保护程度,还接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。

       首先是速度方面变得更加快速。尽管蓝牙4.1版本已在之前的基础上提升了不少,但远远不能满足用户的需求,同Wi-Fi相比,显得优势不足。而蓝牙4.2标准通过蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右,两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了2.5倍。

       其次,隐私保护程度地加强也获得众多用户的好评。我们知道,蓝牙4.1以及其之前的版本在隐私安全上存在一定的隐患——连接一次之后便无需再确认便自动连接,容易造成隐私泄露。而在蓝牙4.2新的标准下,蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可,否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。

       当然,最令人期待的还是新版本通过IPv6和6LoWPAN接入互联网的功能。早在蓝牙4.1版本时,蓝牙技术联盟便已经开始尝试接入,但由于之前版本传输率的限制以及网络芯片的不兼容新,并未完全实现这一功能。而据蓝牙技术联盟称,蓝牙4.2新标准已可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。相信在此基础上,一旦可IPv6和6LoWPAN广泛运用,此功能将会吸引更多的关注。

       另外不得不提的是,对较老的蓝牙适配器来说,蓝牙4.2的部分功能将可通过软件升级的方式获得,但并非所有功能都可获取。蓝牙技术联盟称:“隐私功能或可通过固件升级的方式获得,但要视制造商的安装启用而定。速度提升和数据包扩大的功能则将要求硬件升级才能做到。”而到目前为止,蓝牙4.0仍是消费者设备最常用的标准,不过Android Lollipop等移动平台已经开始添加对蓝牙4.1标准和蓝牙4.2标准的原生支持。

       蓝牙5.0标准

       美国时间2016年6月16日,蓝牙技术联盟(SIG)在华盛顿正式发布了第五代蓝牙技术(简称蓝牙5.0),不仅速度提升2倍、距离远4倍,还优化IoT物联网底层功能。

       性能方面,蓝牙5.0标准传输速度是之前4.2LE版本的两倍,有效距离则是上一版本的4倍,即蓝牙发射和接收设备之间的理论有效工作距离增至300米。

       另外,蓝牙5.0还允许无需配对接受信标的数据,比如广告、Beacon、位置信息等,传输率提高了8倍。同时蓝牙5.0标准还针对IoT物联网进行底层优化,更快更省电,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

       蓝牙技术联盟称,目前全球的蓝牙设备已经超过了82亿。并预计蓝牙5.0标准将于2016年年底或2017年年初正式推出,搭载蓝牙5.0芯片的旗舰级手机将于2017年问世,据称苹果将为成为第一批使用该项技术的厂商之一。

       蓝牙2016年技术蓝图

       蓝牙联盟在2016 的主要方针集中在以蓝牙低功耗为首的物联网布局,主要有三大方向,包括使蓝牙低功耗的传输距离强化四倍、传统蓝牙传输提升到2Mbit/s ,以及支援物联网产业期待已久的蓝牙Mesh (网状网络)。

       其中延伸蓝牙低功耗以及支援蓝牙Mesh 对于物联网都是相当重大的布局,使距离延伸的优点在于对自动化、工业控制、智慧家庭等应用的因为距离延伸变得更实用,至于支援Mesh 最大的优点就是使蓝牙设备与终端不再仅有点对点以及延伸模式,而是使各蓝牙装置之间可彼此相连,同时也可借此网路模式延伸蓝牙管理的距离。

       而提升100% 的传输速度,不仅只是增加频宽,同时使蓝牙也能用于重视延迟的应用,例如医疗设备等领域,可藉由今年蓝牙新标准的颁布得以使资讯传输以及管理更及时。

       除了物联网以及用于连接装置等应用外,蓝牙技术也在近年有更多的的应用,尤其是Beacon 技术正在改变定位与服务,藉由Beacon 技术取代条码,使用者可轻松的获取相关资讯,且同时也能藉由蓝牙技术进行室内的定位服务,能用于百货或是车站的室内导航,百货商品业者的找寻柜位等应用;另外就是透过距离的拓展以及即将导入的Mesh ,蓝牙也预期可为自动化解决方案带来更多的变化以及弹性。

       在上述的新发展目标之外,蓝牙联盟也在三月公布了一项新的技术TDS ( Transport Discovery Service ),这项技术中文称为传输发现技术,透过蓝芽搜寻与启动范围内的可用无线链路,借此侦测附近无线装置与服务,并且使使用者可以关闭装置中功耗较高的技术,并于需要时再开启,蓝牙联盟希望借此技术能够在物联网的环境中使能源管理更好。

       蓝牙芯片原厂

       1、CSR(被高通收购)

       总部:英国

       应用:蓝牙耳机。

       2、博通(Broadcom)(被安华高收购)

       总部:美国

       主营:无线半导体设计制造、计算和网络设备、数字娱乐、宽带接入产品、移动设备的片上系统和软件解决方案

       3、英飞凌(Infineon)

       总部:德国

       主营:汽车系统芯片、ESD/EMI、单片机、射频和无线控制、传感器IC、智能卡IC、晶体管二极管等。

       4、德州仪器(TI)(收购了国半NATIONAL SEMICONDUCTOR)

       总部:美国

       主营:半导体开发设计制造、模拟电路部件制造、创新性数字信号处理研究制造、传感控制、教育产品和数字光源等。

       5、意法半导体(ST)

       总部:意大利

       主营:模拟芯片和电源转换芯片,机顶盒芯片,分立器件、手机相机模块和车用集成电路等等。

       6、戴乐格半导体(Dialog)

       总部:德国

       应用:DA14580被小米手环选用。DA14580是全球尺寸最小、功耗最低、集成度最高的蓝牙智能SoC。

       主营:电源管理,音频,短距离无线技术,触摸,显示等。

       7、Nordic Semiconductor ASA

       总部:美国

       主营:超低功耗(Ultra low power, ULP)射频(RF)专业厂商。

       8、村田muRata(做蓝牙模块)

       总部:日本

       主营:电容器,电感器 (线圈),静噪元件/EMI静噪滤波器/静电保护器件,电阻器,热敏电阻,传感器,时钟元件,声音元件,电源 ,微型机电产品 ,RFID设备 ,Matching Devices,滤波器,电路基板 ,负离子发生器/臭氧发生器等。村田也做用博通、TI的WiFi芯片做WiFi模组,品质高!

       9、炬力集成电路设计有限公司

       总部:珠海

       应用:蓝牙音箱、蓝牙运动耳机解决方案。

       主营:个人便携多媒体SOC供应商。集成电路芯片包括VR一体机、平板电脑、智能机顶盒、蓝牙音箱、蓝牙运动耳机、WiFi音箱、智能儿童玩具等等。

       10、络达科技股份有限公司

       总部:台湾

       应用:蓝牙键鼠方案。

       主营:国内IC 设计领导厂商, 致力于开发无线通信的高度集成电路,为客户提供高性能、低成本的各式射频/混合信号集成电路元件及完整的蓝牙/蓝牙低功耗系统单晶片解决方案。产品主要包括手机功率放大器(PA)、射频开关(T/R Switch)、低噪声功率放大器(LNA)、数位电视与机顶盒卫星(DVB-S/S2)调谐器,WiFi射频收发器和蓝牙系统单晶片。目前络达的产品已广泛使用在各式手机、数位电视与机顶盒、蓝牙输入控制、音讯周边设备及穿戴式产品。

       11、珠海市杰理科技有限公司

       总部:珠海

       应用:蓝牙音响系列。

       主营:主要从事工业控制、健康检测、物联网智能家居、多媒体SOC芯片的研发。

       12、义隆电子(Elan)

       总部:台湾

       应用:蓝牙键鼠方案。

       主营:一家专业芯片研发及模块化解决方案提供的公司。其核心技术之一是电容式触控技术(Capacitive Touchpad)。

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