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翼联EDUP│一文读懂蓝牙技术 了解蓝牙科技的发展点滴

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发表于 2020-11-23 16:41:55
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蓝牙耳麦、蓝牙音箱、蓝牙键鼠......基于蓝牙技术的无线产品在我们生活中得到了更加广泛的应用。那么,你知道蓝牙技术源自何处?什么是蓝牙技术?蓝牙技术是如何发展的?下面,翼联EDUP整理了这篇科普文章,带你全方位了解下属于蓝牙的世界。
翼联EDUP│一文读懂蓝牙技术 了解蓝牙科技的发展点滴

蓝牙技术的起源
公元940-985年哈洛德·布美塔特(公元940-985年),后人称Harald Bluetooth,统一了整个丹麦。他的名字“Blatand”可能取自两个古老的丹麦词语。“bla”意思是黑皮肤的,而“tan”是伟人的含义。和许多君王一样,哈洛德四处扩张,为政治、经济和荣誉而征战。公元960年哈洛德到达了他权力的最高点,征服了整个丹麦和挪威。而蓝牙是这个丹麦国王Viking的“绰号”,因为他爱吃蓝梅,牙齿被染蓝。
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,例如计算机,手机和汽车行业之间的工作。
蓝牙技术最初由爱立信创制,始于爱立信公司的1994方案,它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。
发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备。
1997年前爱立信公司此概念接触了移动设备制造商,讨论其项目合作发展,结果获得支持。蓝牙是创新与勇于尝试的象征。
1999年5月20日,索尼爱立信、IBM、英特尔、诺基亚及东芝公司等业界龙头创立“特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG),即蓝牙技术联盟的前身,目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。
1999年11月美国4家著名公司Motorola、Lucent、Microsoft及3Com加盟BSIG,成为BSIG的9个发起成员,使蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持,并显示出更明朗的前景。从此以后,蓝牙就获得了飞速的发展。
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什么是蓝牙技术
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、5.1、5.2,是一个不平凡的过程。
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历代蓝牙版本
1998.10.19发布蓝牙0.7标准:增加的功能有:bbseband,LMP。
1999.01.12发布蓝牙0.8标准:增加的功能有:HCL,L2CAP,RFCOMM。
1999.04.30发布蓝牙0.9标准:增加的功能是:HCL,L2CAP,RFCOMM。
1999.07.05发布蓝牙的1.0 Draft标准:增加的功能有:SDP,TCS。
1999.07.26发布蓝牙的1.0标准。
蓝牙的小房子盖好了。
一年后的2000.10.01,又制订了一个标准,就是1.0B的版本,以解决一些安全性和兼容性的bug。这样,在后面的两三年终,陆续发布了1.1、1.2版本,但是传输速率没有质的提升,主要是优化射频性能和连接速度。
2004.11.09,让大家翘首以待的蓝牙2.0+EDR标准发布了,通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,EDR使得蓝牙设备的传输速率可达3Mbps。极大地改善了蓝牙的传输速率,但是,从1.x标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗大的问题依然存在。2007年,又增加了一些扩展功能:查询相应、简易安全配对、暂停与继续加密、sniff省电,来弥补1.X标准遗留下来的一些问题。
2009.04.21,发布了蓝牙3.0 +HS标准。该标准增加了以下新特性:交替射频技术,802.11协议适配层,电源管理。这里要解释一下这几个特性的含义:
交替射频技术:就是允许蓝牙协议栈对任何一个任务动态地选择正确的射频。
802.11协议适配层:就是蓝牙的数据传输提高到24Mbps(即在需要的时候调用802.11 wifi技术来实现高速的数据传输)。
2010.07.07,蓝牙4.0+ble标准发布。这里增加的功能比较多,比如,低功耗的物理层和链路层,AES加密,ATT GATT,SM(secrity Manager)。
这个协议中,最大的估计就是ble的协议的增加了。该功能使得蓝牙设备可以通过一粒纽扣电池就可以维持工作数年之久。很显然,这个应用在钟表,远程控制,医疗保健及运动传感器市场有着极其光明的应用场景。另外一个比较好的地方就是蓝牙的射频距离可以覆盖到100米。
蓝牙4.0的发布,正赶上智能机的大爆发,借此机会,蓝牙的出货量一路飙升。这个版本,也是蓝牙最具有划时代意义的一个版本,自此,蓝牙的应用场景出现井喷的状态。
在之后的几年时间中,蓝牙协议栈又相继出现了4.1和4.2。不过,改动的特性不多,主要是改善了数据传输速率和隐私保护功能。还有就是该设备将可直接通过ipv6和6LoWPAN接入互联网。
2016.06.16,蓝牙5.0标准发布。
蓝牙5.0做的改进是比较大的,主要有这些改进:
A 通讯速率上翻倍,从现行的传输速率1Mbps到2Mbps。
B 有限传输距离是上一版的4倍。
C 稳定性大大提高。
D 更精准的室内定位。
E 在功耗不变的情况下实现性能。
F 类似烽火台传输的网络(mesh networking)已经加入。
不过,也有不少没有改变的地方,比如,随着用户对蓝牙品质的需求,音质的需求大大提升,但是,蓝牙的音频编解码算法并没有大的提升。
2019.01.21,蓝牙5.1标准发布。
蓝5.1版本的最大更新是将无线电测向(Direction Finding)技术引入蓝牙核心规范,从而进一步增强蓝牙位置 服务(locetion Services)。之前的蓝牙技术主要是基于接收信号强度(RSSI)计算蓝牙设备之间的距离,5.1版本引入的测向功能使得角度定位成为可能。蓝牙位置服务包括邻近服务及定位服务,借助于5. 1版本的测向功能蓝牙无线技术将进一步拓展在室内定位系统、实时定位系统、兴趣点信息系统等领域的应用。相较于5.0,最新版蓝牙加入了测向功能和厘米级的定位服务,这项功能的加入使得室内的定位会变得更加精准,并且在小物体的位置上也能准确定位避免物品遗失。
2019.12.31,蓝牙5.2标准发布。
蓝牙5. 2版本中新增的功能包括L E同步信道(LE Isochronous Channels),增强版ATT(Enhanced ATT)及LE功率控制(LE Power Control)。
LE同步信道
这是支撑下一代蓝牙音频的核心技术。之前版本的低功耗蓝牙仅支持面向连接的异步通信链路(ACl)及非连接模式的广播链路,前者应用于外围设备(例如手表)与中心设备
(例如手机)间双向数据传输,后者应用于Beacon设备单向广播信息及Mesh网络中。
为了实现基于LE的下一代蓝牙 音频52版本中义了L同步信道(LE lsochronous Channels),包括连接模式下的同步音频流(Connected Isochronous Stream)传输信道及
广播模式下的同步音频流(Broadcast Isochronous Stream)传输信道。
LE同步信道为实现下一代蓝牙音频的多声道音频流(Multi-Stream Audio)和基于广播音频流的共享音频(Audio Sharing)应用打下了基础。根据5 2版本核心规范一个同步组
可以包括最多31个不同的同步音频流,在广播同步模式下可以实现通讯范围内无限多个音频接收端同时收听分享的音频流。
增强版ATT
蓝牙5.2版本中对的ATT协议进行了完善(Enhanced Attribute Protocol),用于快速读取属性值,这一新增功能将提高基于ATT协议的信息沟通效率,实现快速服务发现
(Fast Service Discovery)等功能。可以预见快速服务发现功能将在下一代蓝牙音频技术中得到应用,以实现音频设备间快速交换相关服务信息。
LE功率控制
蓝牙5. 2版本定义了低功耗蓝牙的双向功率控制协议(LE Power Control),可用于实现多种应用场景,有助于在保持连接的情况下进一步降低功耗并提高设备连接的稳定性和可靠性。

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