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    蓝牙(Bluetooth)

    时间:2016-10-12 , 作者: ,点击量:0


    蓝牙,是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA无线耳机笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。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,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。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
    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)。[1]

    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。
      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,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。[1]

    技术规范

    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 ),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的有效传输距离最高可达到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 S4, ipad 4、 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 5S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[1]