藍牙技術介紹

1. 藍牙概述

藍牙，是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術，能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路

“藍牙” 這名稱來自10世紀的丹麥國王哈拉爾德 (Harald Gormsson) 的外號。出身海盜家庭的哈拉爾德統一了北歐四分五裂的國家，成為維京王國的國王。 由于他喜歡吃藍莓， 牙齒常常被染成藍色，而獲得“藍牙”的綽號，當時藍莓因為顏色怪異的緣故被認為是不適合食用的東西，因此這位愛嘗新的國王也成為創新與勇于嘗試的象征。 1998年，愛立信公司希望無線通信技術能統一標準而取名“藍牙” 。藍牙按照支持協議劃分，可分為以下兩種：

• 經典藍牙：Classic Bluetooth，泛指支持藍牙協議在4.0以下的模塊，一般用于數據量比較大的傳輸，如：語音、音樂等較高數據量傳輸。經典藍牙模塊可再細分為：傳統藍牙模塊和高速藍牙模塊。傳統藍牙模塊在2004年推出，主要代表是支持藍牙2.1協議的模塊，在智能手機爆發的時期得到廣泛支持。高速藍牙模塊在2009年推出，速率提高到約24Mbps，是傳統藍牙模塊的八倍，可以輕松用于錄像機至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機之間的資料傳輸

• 低功耗藍牙：Bluetooth Low Energy，是指支持藍牙協議4.0或更高的模塊，也稱為BLE模塊，最大的特點是成本和功耗的降低，應用于實時性要求比較高的產品中，比如：智能家居類（藍牙鎖、藍牙燈）、傳感設備的數據發送（血壓計、溫度傳感器）、消費類電子（電子煙、遙控玩具）等

藍牙4.0以上的模塊包含兩個藍牙標準，包含經典藍牙部分和低功耗藍牙部分。

藍牙4.0、經典藍牙和低功耗藍牙之間的兼容性如下圖示：

藍牙與其他通信技術的比較：

2. 藍牙技術變遷史

第一代藍牙： 關于短距離通訊早期的探索

• 1999 年：藍牙 1.0，早期的藍牙存在多種問題，推出以后并未受到廣泛的應用

• 2001 年：藍牙 1.1，正式列入 IEEE 802.15.1 標準，但是容易受到同頻率之間產品干擾，影響通訊質量

• 2003 年：藍牙 1.2，完善了安全性問題，增加了AFH、eSCO、快連、支持Stereo 音效傳輸要求這四項新功能

• 代表作：愛立信第一臺藍牙手機 T39mc

第二代藍牙： 發力傳輸速率的 EDR 時

• 2004 年：藍牙 2.0，使用了EDR技術，增加了連接設備的數量，提高了傳輸率，支持雙工模式

• 2007 年：藍牙 2.1，新增了省電功能以及SSP簡易安全配對功能，改善了配對體驗，提升了使用和安全強度，且支持 NFC 近場通信

• 代表作：以藍牙與無線耳機溝通的 Sony Ericsson P910i PDA 手機

第三代藍牙： High Speed，傳輸速率高達 24Mbps

• 2009 年：藍牙 3.0，新增了可選技術 High Speed，可以使藍牙調用 802.11 WiFi 用于實現高速數據傳輸，傳輸率高達 24Mbps，是藍牙 2.0 的 8 倍，使用了AMP交替射頻技術，允許藍牙協議棧針對任一任務動態地選擇正確射頻；引入了 EPC 增強電源控制技術，再輔以 802.11，實際空閑功耗明顯降低；還加入 UCD 單向廣播無連接數據技術，提高了藍牙設備的相應能力

• 代表作：藍牙適配器

第四代藍牙： 主推“Low Energy”低功耗

• 2010 年：藍牙 4.0，是第一個藍牙綜合協議規范，將三種規格集成在一起。其中最重要的變化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能，提出了低功耗藍牙、傳統藍牙和高速藍牙三種模式：“高速藍牙 ”主攻數據交換與傳輸；“傳統藍牙 ”則以信息溝通、設備連接為重點；“低功耗藍牙 ”以不需占用太多帶寬的設備連接為主，功耗較老版本降低了 90%。

• 2013 年：藍牙 4.1，支持與 LTE 無縫協作，允許開發人員和制造商自定義藍牙 4.1 設備的重新連接間隔，支持云同步，支持擴展設備與中心設備角色互換，支持藍牙 4.1 標準的耳機、手表、鍵鼠，可以不用通過 PC、平板、手機等數據樞紐，實現自主收發數據

• 2014 年：藍牙 4.2，改善了傳輸速率和隱私保護程度，藍牙信號想要連接或者追蹤用戶設備，必須經過用戶許可；支持 6LoWPAN，藍牙 4.2 設備可以直接通過 IPv6 和 6LoWPAN 接入互聯網，該技術允許多個藍牙設備通過一個終端接入互聯網或者局域網，這樣大部分智能家居產品可以拋棄相對復雜的 WiFi 連接，改用藍牙傳輸，讓個人傳感器和家庭間的互聯更加便捷快速

第五代藍牙： 開啟物聯網時代大門

• 2016 年：藍牙 5.0，在低功耗模式下具備更快更遠的傳輸能力，支持室內定位導航功能，針對 IoT 物聯網進行底層優化，力求以更低的功耗和更高的性能為智能家居服務

• 2019 年：藍牙 5.1，加入了測向功能和厘米級的定位服務，這項功能的加入使得室內的定位會變得更加精準，并且在小物體的位置上也能準確定位避免物品遺失

3. Mesh 網狀網絡

Mesh 網狀網絡是實現物聯網的關鍵“鑰匙”，Mesh 網狀網絡是一項獨立研發的網絡技術，它能夠將藍牙設備作為信號中繼站，將數據覆蓋到非常大的物理區域，兼容藍牙 4 和 5 系列的協議

傳統的藍牙連接是通過一臺設備到另一臺設備的配對實現的，建立一對一或一對多的微型網絡關系

而 Mesh 網絡能夠使設備實現多對多的關系。Mesh 網絡中每個設備節點都能發送和接收信息，只要有一個設備連上網關，信息就能夠在節點之間被中繼，從而讓消息傳輸至比無線電波正常傳輸距離更遠的位置

這樣，Mesh 網絡就可以分布在制造工廠、辦公樓、購物中心、商業園區以及更廣的場景中，為照明設備、工業自動化設備、安防攝像機、煙霧探測器和環境傳感器提供更穩定的控制方案

物聯網是未來藍牙技術的新主場。自 1998 年來，藍牙協議已經進行了多次更新，從音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸，再到以低功耗為主打的物聯網數據傳輸。一方面維持著藍牙設備向下兼容性，另一方面藍牙也正應用于越來越多的物聯網設備

隨著 Low Energy 版藍牙在功耗和傳輸效率上的不斷提升，Classic 版本自 3.0 后就更新不大。可以預見，未來藍牙的主要發力點將集中在物聯網，而不僅僅局限于移動設備，而 Mesh 網狀網絡的加入，使得藍牙自成 IoT 體系成為可能

隨著藍牙 5 技術的出現和藍牙 mesh 技術的成熟，大大降低了設備之間的長距離、多設備通訊門檻，為未來的 IoT 帶來了更大的想象空間。這項 20 年前問世的技術，未來還會煥發出蓬勃的生命力

總結

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