蓝牙(Bluetooth)通信技术详解_蓝牙技术详解-程序员宅基地

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蓝牙技术变迁历史

第一代蓝牙:关于短距离通讯早期的探索

1999 年:蓝牙 1.0

早期的蓝牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多个问题,有多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时,在两个设备“链接”(Handshaking)的过程中,蓝牙硬件的地址(BD_ADDR)会被发送出去,在协议的层面上不能做到匿名,造成泄漏数据的危险。

因此,当 1.0 版本推出以后,蓝牙并未立即受到广泛的应用。除了当时对应蓝牙功能的电子设备种类少,蓝牙装置也十分昂贵。

2001 年:蓝牙 1.1

蓝牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 标准,该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)规范,用于设备间的无线连接,传输率为 0.7Mbps。但因为是早期设计,容易受到同频率之间产品干扰,影响通讯质量。

2003 年:蓝牙 1.2

蓝牙 1.2 版针对 1.0 版本暴露出的安全性问题,完善了匿名方式,新增屏蔽设备的硬件地址(BD_ADDR)功能,保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪,同时向下兼容 1.1 版。

第二代蓝牙:发力传输速率的 EDR 时代

2004 年:蓝牙 2.0

蓝牙 2.0 是 1.2 版本的改良版,新增的 EDR(Enhanced Data Rate)技术通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps。

蓝牙 2.0 支持双工模式:可以一边进行语音通讯,一边传输文档/高质素图片。

2007 年:蓝牙 2.1

蓝牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省电功能,将设备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,从而让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。

第三代蓝牙:High Speed,传输速率高达 24Mbps

2009 年:蓝牙 3.0

蓝牙 3.0 新增了可选技术 High Speed,High Speed 可以使蓝牙调用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输,传输率高达 24Mbps,是蓝牙 2.0 的 8 倍,轻松实现录像机至高清电视、PC 至 PMP、UMPC 至打印机之间的资料传输。

蓝牙 3.0 的核心是 AMP(Generic Alternate MAC/PHY),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。

功耗方面,蓝牙 3.0 引入了 EPC 增强电源控制技术,再辅以 802.11,实际空闲功耗明显降低。

此外,新的规范还加入 UCD 单向广播无连接数据技术,提高了蓝牙设备的相应能力。

第四代蓝牙:主推“ Low Energy”低功耗

2010 年:蓝牙 4.0

蓝牙 4.0 是迄今为止第一个蓝牙综合协议规范,将三种规格集成在一起。其中最重要的变化就是 BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗功能,提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式。

2013 年:蓝牙 4.1

蓝牙 4.1 在传输速度和传输范围上变化很小,但在软件方面有着明显的改进。此次更新目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。

2014 年:蓝牙 4.2

蓝牙 4.2 的传输速度更加快速,比上代提高了 2.5 倍,因为蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右。

第五代蓝牙:开启「物联网」时代大门

2016 年:蓝牙 5.0

蓝牙 5.0 在低功耗模式下具备更快更远的传输能力,传输速率是蓝牙 4.2 的两倍(速度上限为 2Mbps),有效传输距离是蓝牙 4.2 的四倍(理论上可达 300 米),数据包容量是蓝牙 4.2 的八倍。

支持室内定位导航功能,结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位。

针对 IoT 物联网进行底层优化,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

经典蓝牙和LE蓝牙对比:

Item

Classic 蓝牙

LE 蓝牙

频率

2.4GHz

2.4GHz

时间

1999年

2010年

版本

1.0 to 5.0 

BLE4.0 to BLE5.0

数据传输速率

3Mbps

2Mbps

兼容性

向下兼容

不向下兼容

传输距离

100m

大于100m

峰值电流消耗

<30 mA

<15 mA 

通道数量

79个1M

40个2M

发送数据的最小总时间(影响续航能力)

100ms

3ms

调制方式

GFSK

GFSK

BT 5.0 关键技术:

BT 4.0

BT 5.0

CH

Space

CH

Space

79

1MHz

40

2MHz

蓝牙(Bluetooth)测试内容:

Rate

Meaning

Time

Version

Item

BDR

Basic  data rata

Before 2004

Before 2.0

1-DH5

EDR

Enhanced data rata

2004

BT2.0

2-DH5,3-DH5

HDR

High data rata

2009

BT3.0

4-DH5,8-DH5

LE

Low energy

2010

BT4.0

1LE

LE2M

Low energy (Symbol rate=2M)

2016

BT5.0

1LE2M

LE coded

Low energy (Encoding  S=2)

2016

BT5.0

1LELR_2S

LE coded

Low energy (Encoding  S=8)

2016

BT5.0

1LELR_8S

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