藍牙的發展史


藍牙技術最初由愛立信創制,始於愛立信公司的1994方案,它是研究在移動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。

發明者希望為設備間的通訊創造一組統一規則(標准化協議),以解決用戶間互不兼容的移動電子設備。

1997年前愛立信公司此概念接觸了移動設備制造商,討論其項目合作發展,結果獲得支持。藍牙是創新與勇於嘗試的象征。

1999年5月20日,索尼愛立信、IBM、英特爾、諾基亞及東芝公司等業界龍頭創立“特別興趣小組”(Special Interest Group,SIG),即藍牙技術聯盟的前身,

目標是開發一個成本低、效益高、可以在短距離范圍內隨意無線連接的藍牙技術標准。

1999年11月美國4家著名公司Motorola、Lucent、Microsoft及3Com加盟BSIG,成為BSIG的9個發起成員,使藍牙技術的發展獲得了更強有力的支持,並顯示出更明朗的前景。

 

版本 規范發布日期 增強功能
0.7 1998年10月19日 Baseband、LMP
0.8 1999年1月21日 HCI、L2CAP、RFCOMM
0.9 1999年4月30日 OBEX與IrDA的互通性
1.0 Draft 1999年7月5日 SDP、TCS
1.0 A 1999年7月26日 /
1.0 B 2000年10月1日 WAP應用上更具互通性
1.1 2001年2月22日 IEEE 802.15.1
1.2 2003年11月5日 列入IEEE 802.15.1a
2.0 + EDR 2004年11月9日 EDR傳輸率提升至2-3Mbps
2.1 + EDR 2007年7月26日 簡易安全配對、暫停與繼續加密、Sniff省電
3.0 + HS 2009年4月21日 交替射頻技術、取消了UMB的應用
4.0 + HS 2010年6月30日 傳統藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術

 

 

 

1998年時藍牙推出0.7規格,支持Baseband與LMP(Link Manager Protocol)通訊協定兩部份。

1999年推出先后0.8版,0.9版、1.0 Draft版,1.0a版、1.0B版。1.0 Draft版,完成SDP(Service Discovery Protocol)協定、TCS(Telephony Control Specification)協定。

1999年7月26日正式公布1.0版,確定使用2.4GHz頻譜,最高資料傳輸速度1Mbps,同時開始了大規模宣傳。

和當時流行的紅外線技術相比,藍牙有着更高的傳輸速度,而且不需要像紅外線那樣進行接口對接口的連接,所有藍牙設備基本上只要在有效通訊范圍內使用,就可以進行隨時連接。

當1.0規格推出以后,藍牙並未立即受到廣泛的應用,除了當時對應藍牙功能的電子設備種類少,藍牙裝置也十分昂貴。

2001年的1.1版正式列入IEEE標准,Bluetooth 1.1即為IEEE 802.15.1。

同年,SIG成員公司超過2000家。過了幾年之后,采用藍牙技術的電子裝置如雨后春筍般增加,售價也大幅回落。

為了擴寬藍牙的應用層面和傳輸速度,SIG先后推出了1.2、2.0版,以及其他附加新功能,例如EDR(Enhanced Data Rate,配合2.0的技術標准,將最大傳輸速度提高到3Mbps)、

A2DP(Advanced Audio Distribution Profile,一個控音軌分配技術,主要應用於立體聲耳機)、AVRCP(A/V Remote Control Profile)等。

Bluetooth 2.0將傳輸率提升至2Mbps、3Mbps,遠大於1.x版的1Mbps(實際約723.2kbps)。

 

1、1.1版本

傳輸率約在748~810kb/s,因是早期設計,容易受到同頻率之產品所干擾下影響通訊質量。

支持Stereo音效的傳輸要求,但只能夠作(單工)方式工作,加上音帶頻率響應不太足夠,並未算是最好的Stereo傳輸工具。

2、1.2版本

同樣是只有748~810kb/s的傳輸率,但在加上了(改善Software)抗干擾跳頻功能。。

支持Stereo音效的傳輸要求,但只能夠作(單工)方式工作,加上音帶頻率響應不太足夠,並未算是最好之Stereo傳輸工具。

藍牙1.2版本相對於1.1版本而言,主要加入了以下四項新增功能:

1、AFH(Adaptive Frequency Hopping)適應性跳頻技術,該功能是用來減少藍牙產品與其它無線通訊裝置之間所產生的干擾問題。

2、eSCO(Extended Synchronous Connection-Oriented links):延伸同步連結導向信道技術,用於提供具高度QoS的音訊傳輸,而能進一步滿足更高階語音與音訊產品的需求。

3、Faster Connection快速連接功能,可以縮短重新搜索與再連接的時間,使連結的過程更為穩定、更快速,使藍牙產品在使用上更為平順。

4、1.2版本的產品將與藍牙1.1版本產品兼容,百分之百的確保其可向后兼容於1.1版本的產品。

從上面的變化我們也可以了解到藍牙1.2版本可稱之1.1標准的改良版本,在原理和基本的架構並無太大轉變,只是提升了傳輸速度。總體上講藍牙的制定組織提供的藍牙1.2標准可以支持傳輸速率為2到3Mbits/秒。



3、2.0版本:

2.0是1.2的改良提升版,傳輸率約在1.8M/s~2.1M/s,可以有(雙工)的工作方式。

即一面作語音通訊,同時亦可以傳輸檔案/高質素圖片,

2.0版本當然也支持Stereo運作。隨后藍牙2.0版本的芯片,是有機會加入了Stereo譯碼芯片,則連A2DP(AdvancedAudioDistributionProfile)也可以不需要了。

藍牙1.2版標准發布后對於速度提升很多的Bluetooth2.0的規范誕生了,該標准結合EDR補充協議可以讓我們無線傳輸速度提升到一個新的級別。所以我們通常看到的是“藍牙核心規范2.0版本+EDR”的說法。

2.0標准與1.2標准的差別還是很大的,改進也很多,這里筆者僅僅羅列幾個最突出的特點。

第一,能夠提高數據傳輸速度3倍,理想情況下更可高達10倍,全面支持每秒4M、8M和12M的傳輸速率;

第二,2.0標准的能耗大大降低,可以在電力一定的基礎上運轉更長時間;

第三,2.0標准大大增加了連接設備的數量,另外在數據檢驗與錯誤排除方面2.0的優勢也是非常明顯的。

總體上講藍牙2.0的發布非常類似於計算機領域的USB標准,像USB1.1和2.0一樣,藍牙2.0不僅僅是軟件上的改革,還針對硬件總線結構來提升傳輸速度,從而在本質上提高了數據傳輸速度。



4、2.1版本( 2.1+EDR)

為了改善藍牙技術存在的問題,藍牙SIG組織(Special Interest Group)推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的藍牙技術。

改善裝置配對流程:以往在連接過程中,需要利用個人識別碼來確保連接的安全性,而改進過后的連接方式則是會自動使用數字密碼來進行配對與連接,

舉例來說,只要在手機選項中選擇連接特定裝置,在確定之后,手機會自動列出當前環境中可使用的設備,並且自動進行連結;

而短距離的配對方面:也具備了在兩個支持藍牙的手機之間互相進行配對與通訊傳輸的NFC(Near Field CoMMunication)機制;

更佳的省電效果:藍牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能,透過設定在2個裝置之間互相確認訊號的發送間隔來達到節省功耗的目的。

藍牙2.1將裝置之間相互確認的訊號發送時間間隔從舊版的0.1秒延長到0.5秒左右,如此可以讓藍牙芯片的工作負載大幅降低,也可讓藍牙可以有更多的時間可以徹底休眠。

根據官方的報告,采用此技術之后,藍牙裝置在開啟藍牙聯機之后的待機時間可以有效延長5倍以上。

當然技術總是在不斷發展和改進的,最近藍牙SIG在CeBIT 2007上展示了即將推出的藍牙2.1版本的新功能。

藍牙2.1將支持通過NFC(Near Field Communication,近距離通訊)進行配對,只需要將兩個藍牙設備靠近,按下一個鍵就可以配對了,配對密碼將通過NFC進行傳輸,無需手動輸入。 兩個設備中一個必須內置主動NFC芯片,另一個內置被動NFC芯片即可實現這種自動無人為干擾和操作的自動配對。

這種自動配對的方式大大簡化了日常藍牙設備的使用,不過正是由於免除了配對驗證的過程,有可能帶來藍牙溝通的安全隱患,所以藍牙2.1標准中也針對安全進行了很大的改善,使我們在無人操作自動配對的情況下依然可以安全訪問資源,不會造成隱私信息的隨意泄露。

 另外藍牙2.1將支持Sniff Subrating功能,待機時間最高可提升5倍。新的省電功能尤其對於藍牙鍵盤和鼠標有效。藍牙2.1還將擁有更好的安全性,並且與藍牙2.0的設備兼容。根據官方報道采用藍牙2.1的設備預計會在今年上市。歸根到底藍牙2.1的最大特點就是更易配對、更節能、更安全,筆者相信該新標准一定可以得到眾多廠商,用戶和服務提供商的青睞。



5、3.0版本(3.0+HS)

2009年4月21日,藍牙技術聯盟(BluetoothSIG)正式頒布了新一代標准規范"BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed"(藍牙核心規范3.0版高速),

藍牙3.0的核心是AMP("GenericAlternateMAC/PHY"),這是一種全新的交替射頻技術,允許藍牙協議棧針對任一任務動態地選擇正確射頻。

最初被期望用於新規范的技術包括802.11以及UMB,但是新規范中取消了UMB的應用。

作為新版規范,藍牙3.0的傳輸速度自然會更高,而秘密就在802.11無線協議上。通過集成"802.11PAL"(協議適應層),

藍牙3.0的數據傳輸率提高到了大約24Mbps(即可在需要的時候調用802.11WI-FI用於實現高速數據傳輸)。,是藍牙2.0的八倍,可以輕松用於錄像機至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機之間的資料傳輸。

功耗方面,通過藍牙3.0高速傳送大量數據自然會消耗更多能量,但由於引入了增強電源控制(EPC)機制,再輔以802.11,實際空閑功耗會明顯降低,藍牙設備的待機耗電問題有望得到初步解決。

此外,新的規范還具備通用測試方法(GTM)和單向廣播無連接數據(UCD)兩項技術,並且包括了一組HCI指令以獲取密鑰長度。

據稱,配備了藍牙2.1模塊的PC理論上可以通過升級固件讓藍牙2.1設備也支持藍牙3.0。聯盟成員已經開始為設備制造商研發藍牙3.0解決方案。

6、4.0版本

藍牙4.0是2012年最新藍牙版本,是3.0的升級版本;較3.0版本更省電、成本低、3毫秒低延遲、超長有效連接距離、AES-128加密等;

通常用在藍牙耳機、藍牙音箱等設備上。藍牙4.0將三種規格集一體,包括傳統藍牙技術、高速技術和低耗能技術,與3.0版本相比最大的不同就是低功耗。

4.0版本的功耗較老版本降低了90%,更省電,4.0版本強化了藍牙在數據傳輸上的低功耗性能。

 

 V1.1與1.2為最早期的版本,傳輸速率僅有748~810kb/s,由於是早期設計,通訊質量並不算好,還易受到同頻率產品的干擾。
  直到藍牙2.0+EDR標准的推出,藍牙的實用性得到了大幅的提升,現在市場上能見到的產品也大多是2.0版本以后的,藍牙2.0+EDR的傳輸速率達到了2.1Mbps,相對於1.2提升了三倍,雖然2.0+EDR的標准在技術上作了大量的改進,但從1.X標准延續下來的配置流程復雜和設備功耗較大的問題依然存在。
  隨后藍牙2.1+EDR的推出增加了Sniff Subrating功能,透過設定在2個裝置之間互相確認訊號的發送間隔來達到節省功耗的目的。采用此技術后,讓藍牙2.1+EDR的待機時間可以延長5倍以上,具備了更加的省電效果。
  藍牙3.0的推出,讓數據傳輸速率再次提高到了大約24Mbps,同時還可以調用WiFi功能實現高速數據傳輸。緊接着藍牙4.0的推出實現了最遠100米的傳輸距離,同時擁有更低的功耗和3毫秒低延遲,目前最新款的產品如iPhone5、New iPad、Macbook Pro、HTC One X等都已應用了藍牙4.0技術。

  • 藍牙4.0是Bluetooth SIG於2010年7月7日推出的新的規范。其最重要的特性是支持省電;
  • Bluetooth 4.0,協議組成和當前主流的Bluetooth h2.x+EDR、還未普及的Bluetooth h3.0+HS不同,Bluetooth 4.0是Bluetooth從誕生至今唯一的一個綜合協議規范,
  • 還提出了“低功耗藍牙”、“經典藍牙”和“高速藍牙”三種模式。
  • 其中:高速藍牙主攻數據交換與傳輸;經典藍牙則以信息溝通、設備連接為重點;藍牙低功耗顧名思義,以不需占用太多帶寬的設備連接為主。前身其實是NOKIA開發的Wibree技術,本是作為一項專為移動設備開發的極低功耗的移動無線通信技術,在被SIG接納並規范化之后重命名為Bluetooth Low Energy(后簡稱低功耗藍牙)。這三種協議規范還能夠互相組合搭配、從而實現更廣泛的應用模式,此外,Bluetooth 4.0還把藍牙的傳輸距離提升到100米以上(低功耗模式條件下)。
  • 分Single mode與Dual mode。
  • Single mode只能與BT4.0互相傳輸無法向下兼容(與3.0/2.1/2.0無法相通);Dual mode可以向下兼容可與BT4.0傳輸也可以跟3.0/2.1/2.0傳輸
  • 超低的峰值、平均和待機模式功耗,覆蓋范圍增強,最大范圍可超過100米。
  • 速度:支持1Mbps數據傳輸率下的超短數據包,最少8個八組位,最多27個。所有連接都使用藍牙2.1加入的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作循環。
  • 跳頻:使用所有藍牙規范版本通用的自適應跳頻,最大程度地減少和其他2.4 GHz ISM頻段無線技術的串擾。
  • 主控制:可以休眠更長時間,只在需要執行動作的時候才喚醒。
  • 延遲:最短可在3毫秒內完成連接設置並開始傳輸數據。
  • 健壯性:所有數據包都使用24-bit CRC校驗,確保最大程度抵御干擾。
  • 安全:使用AES-128 CCM加密算法進行數據包加密和認證。
  • 拓撲:每個數據包的每次接收都使用32位尋址,理論上可連接數十億設備;針對一對一連接優化,並支持星形拓撲的一對多連接;使用快速連接和斷開,數據可以在網狀拓撲內轉移而無需維持復雜的網狀網絡。

 


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