蓝牙的技术发展史

2021.07.29

无线通信技术是当今网络通信的基础,按照距离,可以分为近距离无线通信和远距离无线通信。近距离无线通信包括WIFI、蓝牙、ZigBee、Z—Wave、NFC、UWB等。远距离无线通信包括LoRa、NB-IoT等。

蓝牙技术作为现在无线通信的热门技术,它是如何发展到今的呢?下面了解一下蓝牙的版本演进及其发展史:

蓝牙0.7标准

1998.10.19发布,增强功能: Baseband、 LMP。

蓝牙0.8标准

1999.1.12发布,增强功能: HCL、L2CAP、RFCOMM。

蓝牙0.9标准

199.4.30发布,增强功能: OBEX与IrDA的互通性。

蓝牙1.0 Draft标准

1999.7.5发布,增强功能: SDP、TCS。

蓝牙1.0A标准

1999.7.26发布,增强功能:第一个正式版本。

蓝牙1.0B标准

2000.10.1发布,增强功能:安全性,厂商设备之间连接兼容性。

蓝牙1.1标准

2003.11.5发布,增强功能:安全性,厂商设备之间连接兼容性。

1.1为最早期版本,传输率约在748~810kb/s,因为是早期设计,容易受到同频率的产品干扰,影响通讯质量。

我们来看看蓝牙各版本的对比。

蓝牙1.2标准

2003.11.5发布,增强功能:快速连接、自适应跳频、错误监测和流程控制、同步能力。

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。

蓝牙2.0+EDR标准

2004.11 9发布,增强功能: EDR传输率提升至2-3Mbps。

EDR:全称为EnhancedDataRate。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度可达3Mbps。

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Bluetooth2.0+EDR标准,该标准在2004年己经推出,支持Bluetooth2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。

虽然Bluetooth2.0+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。

蓝牙2.1+EDR标准

2007.8.2发布,增强功能:扩展查询响应、简易安全配对、暂停与继续加密、Sniff省电。

2007年8月2日,蓝牙技术联盟正式批准了蓝牙2.1版规范,即“蓝牙2.1+EDR",可供未来的设备自由使用。和2.0版本同时代产品,目前仍然占据蓝牙市场较大份额,相对2.0版本主要是提高了待机时间2倍以上,技术标准没有根本性变化。

蓝牙3.0+HS标准

2009.4.21发布,增强功能:交替射频技术、802.11协议适配层、电源管理、取消了UMB的应用。

HS: 全称为High Speed。HS使得Bluetooth能利用Wi-Fi作为传输方式进行数据传输,其支持的传输速度最高可达24Mbps。其核心是在802.11的基础上,通过集成802.11协议适配层,使得蓝牙协议栈可以根据任务和设备的不同,选择正确的射频。

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。

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802.11Wi-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,但是需要双方都达到此标准才能实现功能。

蓝牙4.0+BLE标准

2010.7.7发布, 增强功能:低功耗物理层和链路层、AES加密、Attribute Protocol (ATT)、Generic Attribute Profile (GATT) 、Security Manager(SM)

BLE:全称为Bluetooth Low Energy。蓝牙规范4.0最重要的一个特性就是低功耗。BLE使得蓝牙设备可通过一粒纽扣电池供电以维持续工作数年之久。很明显,BLE使得蓝牙设备在钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等市场具有极光明的应用场景。

蓝牙4.0规范于2010年7月7日正式发布,新版本的最大意义在于低功耗,同时加强不同OEM厂商之间的设备兼容性,并且降低延迟,理论最高传输速度依然为24Mbps(即3MB/s),有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)。该标准芯片被大量的手机、平板所采用,如苹果TheNewiPad平板电脑,以及苹果iPhone5、魅族MX4、HTCOneX等手机上带有蓝牙4.0功能。

蓝牙4.1标准

2013.12.6发布,增强功能: 1)与4G不构成干扰; 2)通过IPV6连接到网络;3)可同时发射和接收数据;

蓝牙4.1于2013年12月6日发布,与LTE无线电信号之间,如果同时传输数据,那么蓝牙4.1可以自动协调两者的传输信息,理论上可以减少其它信号对蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度,并且更加智能化,比如减少了设备之间重新连接的时间,意味着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断开连接的时间不算很长,当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接,反应时间要比蓝牙4.0更短。最后一个改进之处是提高传输效率,如果用户连接的设备非常多,比如连接了多部可穿戴设备,彼此之间的信息都能即时发送到接收设备上。

除此之外,蓝牙4.1也为开发人员增加了更多的灵活性,这个改变对普通用户没有很大影响,但是对于软件开发者来说是很重要的,因为为了应对逐渐兴起的可穿戴设备,那么蓝牙必须能够支持同时连接多部设备。

蓝牙4.2标准

2014.12.4发布,增强功能: FIPS加密、安全连接、物联网。

2014年12月4日,最新的蓝牙4.2标准颁布。蓝牙4.2标准的公布,不仅改善了数据传输速度和隐私保护程度,还接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。

首先是速度方面变得更加快速。尽管蓝牙4.1版本已在之前的基础上提升了不少,但远远不能满足用户的需求,同Wi-Fi相比,显得优势不足。而蓝牙4.2标准通过蓝牙智能(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,两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了2.5倍。

其次,隐私保护程度的加强也获得众多用户的好评。我们知道,蓝牙4.1以及其之前的版本在隐私安全上存在一定的隐患,连接一次之后,无需再确认,便自动连接,容易造成隐私泄露。而在蓝牙4.2新的标准下,蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可,否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。

当然,最令人期待的还是新版本通过IPv6和6LoWPAN接入互联网的功能。早在蓝牙4.1版本时,蓝牙技术联盟便已经开始尝试接入,但由于之前版本传输率的限制以及网络芯片的不兼容新,并未完全实现这一功能。而据蓝牙技术联盟称,蓝牙4.2新标准已可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。相信在此基础上,一旦IPv6和6LoWPAN广泛运用,此功能将会吸引更多的关注。

另外不得不提的是,对较老的蓝牙适配器来说,蓝牙4.2的部分功能将可通过软件升级的方式获得,但并非所有功能都可获取。蓝牙技术联盟称“隐私功能或可通过固件升级的方式获得,但要视制造商的安装启用而定。速度提升和数据包扩大的功能则将要求硬件升级才能做到。”而到目前为止,蓝牙4.0仍是消费者设备最常用的标准,不过Android Lollipop等移动平台已经开始添加对蓝牙4.1标准和蓝牙4.2标准的原生支持。

蓝牙5.0标准

2016.6.16发布,增强功能:室内定位、物联网

美国时间2016年6月16日,蓝牙技术联盟(SIG)在华盛顿正式发布了第五代蓝牙技术(简称蓝牙5.0)。

1.通信速度上的翻倍,从现行的传输速率1Mbit/s变身为2Mbit/s。

2.蓝牙5.0的另外一个重要改进是,它的有效距离是上一版本的4倍,因此在理论上,当你拿着手机站在距离蓝牙音箱300米的地方,它还是会继续放着你爱的歌。

3.蓝牙连接的稳定性有提高。例如与运动耳机等设备的连接稳定性将增强,信号中断几率有所减少。

4.更精准的室内定位。蓝牙5.0可以添加更多的导航功能,再结合Wi-Fi可以实现精度小于1米的室内定位。

5.在功耗不变的前提下实现性能提高。

6.兼容之前的蓝牙标准。就是说,现在的蓝牙4.2等旧版本将可以与配备蓝牙5的设备连接。

7.当然由于新技术基于新硬件,所以旧版本是不能通过刷固件升级到蓝牙5。

8.不过对于蓝牙耳机而言,其音质不会提高。因为蓝牙5对音频信号的压缩并没有优化,但后续可能会在这方面做出改善。

9.类似烽火台传信的网状网络(mesh networking)已经加入。网状网络是基于蓝牙设备而独立研发的一项技术:蓝牙设备能相互作为对方的转发器,如同长城烽火台那样“薪火相传”,一站站把信号传递得更远,提升信号传送距离。可兼容蓝牙4和5系列协议。

蓝牙MESH标准

2017年发布,增强功能:增强MESH组网功能

蓝牙技术联盟于7月19日正式宣布,蓝牙(Bluetooth@)技术开始全面支持Mesh网状网络。全新的Mesh功能提供设备间多对多传输,并特别提高构建大范围网络覆盖的通信能力,适用于楼宇自动化、无线传感器网络等需要让数以万计的设备在可靠、安全的环境下传输的物联网解决方案。

蓝牙Mesh网络是用于建立多对多(many: many) 设备通信的低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,也称为BLE) 新的网络拓扑。它允许创建基于多个设备的大型网络,网络可以包含数十台,数百甚至数千台蓝牙Mesh设备,这些设备之间可以相互进行信息的传递,无疑这样一种应用形态为楼宇自动化,无线传感器网络,资产跟踪和其他解决方案提供了理想的选择。