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蓝牙技术规范

2018年04月16日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4601字 ⁄ 字号 评论关闭

    蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王Harald
Blatand,

蓝牙标志的来历

  蓝牙标志的来历

Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝莓,牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员,在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后,有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将挪威,瑞典和丹麦统一起来;他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术,技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作,保持着各个系统领域之间的良好交流,例如计算,手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

蓝牙的创始人是爱立信公司,爱立信早在1994年就已进行研发。1997年,爱立信与其他设备生产商联系,并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。 1998年2月,跨国大公司,包括诺基亚、苹果、三星组成的一个特殊兴趣小组(SIG),他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术,即蓝牙。
而蓝牙这个标志的设计:它取自 Harald Bluetooth 名字中的「H」和「B」两个字母,用古北欧字母来表示,将这两者结合起来,就成为了蓝牙的 logo(见图)。

 

蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包,每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙,但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道,还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接,也可以支持433.9kb/s的对称连接。

 

最大发射功率

蓝牙设备的最大发射功率可分为3级:100mw(20dB/m)、2.smw(4dB/m)、lmw(0dB/m)。当蓝牙设备功率为lmw时,其传输距离一般为0.1~10m。当发射源接近或是远离而使蓝牙设备接收到的电波强度改变时,蓝牙设备会自动地调整发射功率。当发射功率提高到10mw时,其传输距离可以扩大到100m。蓝牙支持点对点和点对多点的通信方式,在非对称连接时,主设备到从设备的传输速率为721kbps,从设备到主设备的传输速率为57.6kbPs;对称连接时,主从设备之间的传输速率各为432.6kbps。蓝牙标准中规定了在连接状态下有保持模式(HoldMode)、呼吸模式(SniffMode)和休眠模式(ParkMode)3种电源节能模式,再加上正常的活动模式(ActiveMode),一个使用电源管理的蓝牙设备可以处于这4种状态并进行切换,按照电能损耗由高到低的排列顺序为:活动模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式,其中,休眠模式节能效率最高。蓝牙技术的出现,为各种移动设备和外围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了有效途径。[1]
 
 
截止2010年7月,蓝牙共有六个版本 V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0.以通讯距离来看在不同版本可再分为 Class A(1)/Class B(2)。

技术解读

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。
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。
通讯距离版本
  1. Class A 是用在大功率/远距离的蓝牙产品上,但因成本高和耗电量大,不适合作个人通讯产品之用(手机/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 等等),故多用在部分商业特殊用途上,通讯距离大约在 80~100M 距离之间。
  2. Class B 是最流行的制式,通讯距离大约在 8~30M 之间,视产品的设计而定,多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 的个人通讯产品上,耗电量和体积较细,方便携带。
蓝牙

  蓝牙

无论 1.1/1.2 版本的蓝牙产品,本身基本是可以支持 Stereo音效的传输要求,但只能够作(单工)方式工作,加上音带频率响应不太足够,并未算是最好之 Stereo 传输工具。

版本 2.0 是 1.2 的改良提升版,传输率约在 1.8M/s~2.1M/s,可以有(双工)的工作方式。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Bluetooth 2.0+EDR标准,该标准在2004年已经推出,支持Bluetooth 2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+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。
为了改善蓝牙技术存在的问题,蓝牙SIG组织(Special Interest Group)推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。
  1. 改善装置配对流程:由于有许多使用者在进行硬件之间的蓝牙配对时,会遭遇到许多问题,不管是单次配对,或者是永久配对,在配对的过程与必要操作过于繁杂,以往在连接过程中,需要利用个人识别码来确保连接的安全性,而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接,举例来说,只要在手机选项中选择连接特定装置,在确定之后,手机会自动列出当前环境中可使用的设备,并且自动进行连结。
  2. 而短距离的配对方面,也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC(Near Field CoMMunication)机制。NFC是短距离的无线RFID技术,在针对1~2公尺的短距离联机应用上,以电磁波
    为基础,取代传统无线电传输。由于NFC机制掌控了配对的起始侦测,当范围内的2台装置要进行配对传输时,只要简单的在手机屏幕上点选是否接受联机即可。不过要应用NFC功能,系统必须要内建NFC芯片或者是具备相关硬件功能。
  3. 更佳的省电效果:蓝牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能,透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。一般来说,当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之后,蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态,当然,也因为这样,蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态,即使手机的其它组件都已经进入休眠模式。为了改善了这样这样的状况,蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右,如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低,也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。根据官方的报告,采用此技术之后,蓝牙装置在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。
2009年4月21日,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 高速),蓝牙3.0的核心是"Generic
Alternate MAC/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。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB,但是新规范中取消了UMB的应用。
作为新版规范,蓝牙3.0的传输速度自然会更高,而秘密就在802.11无线协议上。通过集成"802.11 PAL"(协议适应层),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802.11
WI-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。
功耗方面,通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量,但由于引入了增强电源控制(EPC)机制,再辅以802.11,实际空闲功耗会明显降低,蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决。事实上,蓝牙联盟也正在着手制定新规范的低功耗版本。
此外,新的规范还具备通用测试方法(GTM)和单向广播无连接数据(UCD)两项技术,并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度。
据称,配备了蓝牙2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0。联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝牙3.0解决方案。
蓝牙技术联盟(SIG)周二(2010年4月20日)表示,蓝牙4.0技术规范已经基本成型,预计于第二季度发布。
蓝牙4.0包括三个子规范,即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面,电池续航时间、节能和设备种类上。
拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色
此外,蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺),而蓝牙4.0的有效传输距离可达到100米(约328英尺)。
蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术,它将三种规格合而为一,分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术,这三个规格可以组合或者单独使用。SIG首席技术总监(CTO)葛立表示,全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术,是一个“三融技术”,首先蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势,同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙的特点,尤以低耗能技术为核心,大大拓展了蓝牙技术的市场潜力。低耗能蓝牙技术将为以纽扣电池供电的小型无线产品及感测器,进一步开拓医疗保健、运动与健身、保安及家庭娱乐等市场提供新的机会。
蓝牙4.0已经走向了商用,在最新款的galaxy S3,S4, new ipad、 MacBook Air、Moto Droid Razr、HTC One X以及台商ACER AS3951系列/Getway NV57系列,ASUS UX21/31系列,iPhone 4S上都已应用了蓝牙4.0技术。虽然很多设备已经使用上蓝牙4.0技术, 但是相应的蓝牙耳机却没有及时推出,不能发挥蓝牙4.0
应有的优势。不过这个局面已经被国内蓝牙领导品牌 woowi 打破,作为积极参与蓝牙4.0规范制定和修改的厂商,woowi已于2012年6月率先发布全球第一款蓝牙4.0 耳机 ---woowi hero。
低耗电蓝牙相关规范

技术规范

典型的蓝牙

低耗电的蓝牙

无线电频率

2.4 GHz

2.4 GHz

距离

10米

10米

空中数据速率

1-3 Mb/s

1 Mb/s

应用吞吐量

0.7-2.1 Mb/s

0.2 Mb/s

Nodes/Active slaves

7-16,777,184

无限

安全

64/128-bit及用户自定义的应用层

128-bitAES及用户自定义的应用层

鲁棒性

自动适应快速跳频,FEC,快速 ACK

自动适应快速跳频

延迟(非连接状态)

 

 

发送数据的总时间

100 m/s

<6 m/s

政府监管

全球

全球

认证机构

蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)

蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)

语音能力

没有

网络拓扑

分散网

Star-bus

耗电量

1(作为参考)

0.01至0.5(视符使用情况)

Peak current consumption

<30 mA

<15 mA (最高运行时为15 mA)

Service discovery

简介概念

主要用途

手机,游戏机,耳机,stereo audio streaming,

汽车和PC等

手机,游戏机,PC,表,体育健身,医疗保健,

汽车,家用电子等

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