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藍牙的規格和特性

短鏈接廣播技術(後來改名為藍牙)最初是由愛立信移動的CTO Nils Rydbeck在瑞典隆德(Lund)所開發,目的是根據1989年發表的兩項發明(Johan Ullman博士1989年6月2日發布的SE 8902098-6和1992年7月24日發布的SE 9202239),開發壹個無線耳機。Nils Rydbeck把規格指定的工作交給了Tord Wingren,把開發的工作交給了Jaap Haartsen和Sven Mattisson。他們在瑞典隆德的愛立信工作。這壹規格是基於跳頻技術。

藍牙規格由藍牙技術聯盟正式推出,藍牙技術聯盟是1998年5月20日正式宣布成立的。如今它的全球成員公司已超過兩萬五千家。它最初是由愛立信、IBM、英特爾、東芝和諾基亞創立的,後開又有許多公司加入。

所有的藍牙標準版本都支持向下兼容,讓最新的版本能夠覆蓋所有舊的版本。

藍牙核心規格工作組(Bluetooth Core Specification Working Group,簡稱CSWG)主要制定4種規格 藍牙核心規格,通常幾年更新壹次 核心規格附錄(CSA),每年可發布更新數次 核心規格補充(CSS),發布較快 勘誤表 這壹藍牙核心版本發布於2004年。主要不同在於增強數據率(EDR)的推出,它能夠實現更快速的數據傳輸。EDR的標稱速率是3 Mbit/s,盡管實踐中的數據傳輸速率為2.1 Mbit/s。EDR使用GFSK、相移鍵控(PSK)調制和π/4-DQPSK、 8DPSK兩個變量的組合。EDR可通過減少工作周期提供更低的功耗。

這壹規格命名為Bluetooth v2.0 + EDR,意謂EDR是選擇性的功能。除了EDR,2.0 規格還包括其它壹些小的改進。產品無需支持更高速的數據率也可完成藍牙2.0的合規性認證。至少有壹個商業設備在其數據表上是寫明了其是“不支持EDR的藍牙2.0”。 藍牙核心規範2.1 + EDR 是藍牙技術聯盟於2007年7月26日推出的。

2.1最大的特點是安全簡易配對(SSP):它為藍牙設備提高了配對體驗,同時也提升了安全性的實際應用和強度。請參考後面的“配對”部分了解更多詳情。

2.1還包括其他壹些改進,包括“延長詢問回復”(EIR),在查詢過程中提供更多信息,讓設備能在連接前更好地進行篩選;以及像低耗電監聽模式(Sniff Subrating),它能夠在低功耗模式下降低耗電。 藍牙核心規格3.0 + HS版本是藍牙技術聯盟2009年4月21日推出的。藍牙3.0+HS的傳輸速率理論上可高達24 Mbit/s,盡管這並非是通過藍牙鏈接本身。相反,藍牙鏈接是用於協商和建立,高速的數據傳輸是由相同位置的802.11鏈接完成的。

主要的新特性是AMP(Alternative MAC/PHY),它也是802.11新增的高速傳輸功能。高速並非該規格的強制特性,因此只有標註了+HS商標的設備才是真正通過802.11高速數據傳輸支持藍牙。沒有標註+HS後綴的藍牙3.0設備僅支持核心規格3.0版本或之前的核心規範附錄1。

L2CAP增強模式

加強版重傳模式(Enhanced Retransmission Mode,簡稱ERTM)采用的是可靠地L2CAP 通道,而流模式(Streaming Mode,簡稱SM)采用的是沒有重傳和流量控制的不可靠的網絡通道。推出於核心規格附錄1。

Alternative MAC/PHY

藍牙配置文件數據可通過備用的MAC和PHYs傳輸。藍牙射頻仍用於設備發現、初始連接和配置文件配置。但是當有大量數據傳輸需求時,高速的備選MAC PHY 802.11 (通常與Wi-Fi有關)可傳輸數據。這意味著藍牙在系統閑置時可使用已經驗證的低功耗連接模型,在需要傳輸大量數據時使用更快的無線電。AMP鏈接需要加強型L2CAP 模式。

單向廣播無連接數據(Unicast Connectionless Data)

單向廣播無連接數據無需建立明確的L2CAP通道即可傳輸服務數據。主要用於對用戶操作和數據的重新連接/傳輸要求低延遲的應用。它僅適用於小量數據傳輸。

增強型電源控制(Enhanced Power Control)

增強型電源控制更新了電源控制功能,移除了開環功率控制,還明確了EDR新增調制方式所引入的功率控制。增強型電源控制規定了期望的行為。這壹特性還添加了閉環功率控制,意味著RSSI過濾可於收到回復的同時展開。此外,還推出了“直接開到最大功率(go straight to maximum power)”的請求,旨在應對耳機的鏈路損耗,尤其是當用戶把電話放進身體對側的口袋時。

超寬頻(Ultra-wideband)

藍牙3.0版本的高速(AMP)特性最初是為了UWB應用,但是WiMedia聯盟(WiMedia Alliance,負責用於藍牙的UWB特點的組織)2009年3月宣布解散,最終UWB也從核心規格3.0版本中剔除。

2009年3月16日,WiMedia聯盟宣布他們已經進入WiMedia超寬頻(UWB)版本技術轉移協議的討論中。WiMedia已經向藍牙技術聯盟、無線USB促進聯盟(Wireless USBPromoter Group)、應用者論壇(USB Implementers Forum)轉移了所以當前和未來版本,包括未來的高速和功率優化等相關工作。在技術轉移、市場和相關行政條款成功完成之後,WiMedia聯盟停止了運營。

2009年10月,藍牙技術聯盟暫停將UWB作為藍牙3.0+HS alternative MAC/PHY解決方案壹部分的開發。因為前WiMedia中少數、但地位重要的成員不願簽署IP轉移的必要協定。藍牙技術聯盟如今正在評估其他選擇,以利於其長期的發展。 另請參考:藍牙低功耗

藍牙技術聯盟於2010年6月30日正式推出藍牙核心規格4.0 (稱為Bluetooth Smart)。它包括經典藍牙、高速藍牙和藍牙低功耗協議。高速藍牙基於Wi-Fi,經典藍牙則包括舊有藍牙協議。

藍牙低功耗,也就是早前的Wibree,是藍牙4.0版本的壹個子集,它有著全新的協議棧,可快速建立簡單的鏈接。作為藍牙1.0 – 3.0版本中藍牙標準協議的替代方案,它主要面向對功耗需求極低、用紐扣電池供電的應用。芯片設計可有兩種:雙模、單模和增強的早期版本。早期的Wibree和藍牙ULP(超低功耗)的名稱被廢除,取而代之的是後來用於壹時的BLE。2011年晚些時候,新的商標推出,即用於主設備的 “Bluetooth Smart Ready”和用於傳感器的“Bluetooth Smart”。 單模情況下,只能執行低功耗的協議棧。意法半導體、笙科電子、CSR、北歐半導體和德州儀器已經發布了單模藍牙低功耗解決方案。 雙模情況下,Bluetooth Smart功能整合入既有的經典藍牙控制器。截至2011年3月,高通創銳訊、CSR、博通和德州儀器已宣布發表符合此標準的芯片。適用的架構***享所有經典藍牙既有的射頻和功能,相比經典藍牙的價格上浮也幾乎可以忽略不計。 單模芯片的成本降低,使設備的高度整合和兼容成為可能。它的特點之壹是輕量級的鏈路層,可提供低功耗閑置模式操作、簡易的設備發現、和可靠地點對多數據傳輸,並擁有成本極低的高級節能和安全加密連接。

4.0版本的壹般性改進包括推進藍牙低功耗模式所必需的改進、以及通用屬性配置文件(GATT) 和AES加密的安全管理器(SM) 服務。

核心規格附錄2 於2011年12月正式推出,它包括對音頻主機控制器接口和高速(802.11)協議適配層的改進。

核心規格附錄3修訂2於2012年7月24日正式被采用。

核心規格附錄4於2013年2月12日正式被采用。 藍牙技術聯盟於2013年12月正式宣布采用藍牙核心規格4.1版本。 這壹規格是對藍牙4.2版本的壹次軟件更新,而非硬件更新。這壹更新包括藍牙核心規格附錄(CSA1、2、3和4)並添加了新的功能、提高了消費者的可用性。這些特性包括提升了對LTE和批量數據交換率***存的支持,以及通過允許設備同時支持多重角色幫助開發者實現創新。

4.1版本的特性如下 移動無線服務***存信號 Train nudging與通用接口掃描 低占空比定向廣播 基於信用實現流控的L2CAP面向連接的專用通道 雙模和拓撲 低功耗鏈路層拓撲 802.11n PAL 寬帶語音的音頻架構更新 更快的數據廣告時間間隔(Fast Data Advertising Interval) 有限的發現時間 請註意有些特性在4.1版本之前的核心規格附錄(CSA)中就已存在。

藍牙4.2發布於2014年12月2日。它為IOT推出了壹些關鍵性能,是壹次硬件更新。 但是壹些舊有藍牙硬件也能夠獲得藍牙4.2的壹些功能,如通過固件實現隱私保護更新。

主要改進之處如下: 低功耗數據包長度延展 低功耗安全連接 鏈路層隱私權限 鏈路層延展的掃描過濾策略 Bluetooth Smart設備可通過網絡協議支持配置文件(Internet Protocol Support Profile,簡稱IPSP)實現IP 連接。 IPSP為Bluetooth Smart添加了壹個IPv6連接選項,是互聯家庭和物聯網應用的理想選擇。 藍牙4.2通過提高Bluetooth Smart的封包容量,讓數據傳輸更快速。 業界領先的隱私設置讓Bluetooth Smart更智能,不僅功耗降低了,竊聽者將難以通過藍牙聯機追蹤設備。 消費者可以更放心不會被Beacon和其他設備追蹤。 這壹核心版本的優勢如下: 實現物聯網:支持靈活的互聯網連接選項(IPv6/6LoWPAN 或 Bluetooth Smart 網關) 讓Bluetooth Smart 更智能:業界領先的隱私權限、節能效益和和堪稱業界標準的安全性能 讓Bluetooth Smart 更快速: 吞吐量速度和封包容量提升