1、論文名稱： 藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 院 系： 專 業(yè)： 2020年 月 日藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用摘要世界是藍(lán)色的，而不知不覺(jué) HYPERLINK /?target=/articles/12386 t /_blank 這個(gè)世界將有40億藍(lán)牙設(shè)備了。本文，將回顧藍(lán)牙1.0 到5.0的技術(shù)變遷，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(lián)網(wǎng)傳輸，以及介紹藍(lán)牙技術(shù)相關(guān)的最新應(yīng)用。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙5.2 ;LE audio； 1、藍(lán)牙的起源 REF _Ref30377 r h 1藍(lán)牙的歷史實(shí)際上要追溯到第二次世界大戰(zhàn)。藍(lán)牙的核心是短距離無(wú)線電通訊，它的基礎(chǔ)來(lái)自于跳頻擴(kuò)頻（FHSS

2、）技術(shù)，由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 George Antheil 在 1942 年 8 月申請(qǐng)的專利上提出。他們從鋼琴的按鍵數(shù)量上得到啟發(fā)，通過(guò)使用 88 種不同載波頻率的無(wú)線電控制魚(yú)雷，由于傳輸頻率是不斷跳變的，因此具有一定的保密能力和抗干擾能力。藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)始于愛(ài)立信在 1994 年創(chuàng)制的方案，該方案旨在研究移動(dòng)電話和其他配件間進(jìn)行低功耗、低成本無(wú)線通信連接的方法。發(fā)明者希望為設(shè)備間的無(wú)線通訊創(chuàng)造一組統(tǒng)一規(guī)則（標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議），以解決用戶間互不兼容的移動(dòng)電子設(shè)備的通信問(wèn)題，用于替代 RS-232 串口通訊標(biāo)準(zhǔn)。2、第一代藍(lán)牙：關(guān)于短距離通訊早期的探索1998 年：藍(lán)牙 第一

3、代版本早期的藍(lán)牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多個(gè)問(wèn)題，有多家廠商指出他們的產(chǎn)品互不兼容。同時(shí)，在兩個(gè)設(shè)備鏈接（Handshaking）的過(guò)程中，藍(lán)牙硬件的地址（BD_ADDR）會(huì)被發(fā)送出去，在協(xié)議的層面上不能做到匿名，造成泄漏數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)。因此，當(dāng) 1.0 版本推出以后，藍(lán)牙并未立即受到廣泛的應(yīng)用。除了當(dāng)時(shí)對(duì)應(yīng)藍(lán)牙功能的電子設(shè)備種類少，藍(lán)牙裝置也十分昂貴。藍(lán)牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制（MAC）規(guī)范，用于設(shè)備間的無(wú)線連接，傳輸率為 0.7Mbps。但因?yàn)槭窃缙谠O(shè)計(jì)，容易受到同頻率之間產(chǎn)品干擾，影響通訊質(zhì)量。藍(lán)牙 1.2

4、 版針對(duì) 1.0 版本暴露出的安全性問(wèn)題，完善了匿名方式，新增屏蔽設(shè)備的硬件地址（BD_ADDR）功能，保護(hù)用戶免受身份嗅探攻擊和跟蹤，同時(shí)向下兼容 1.1 版。此外，還增加了四項(xiàng)新功能：AFH（Adaptive Frequency Hopping）適應(yīng)性跳頻技術(shù)，減少了藍(lán)牙產(chǎn)品與其它無(wú)線通訊裝置之間所產(chǎn)生的干擾問(wèn)題；eSCO（Extended Synchronous Connection-Oriented links）延伸同步連結(jié)導(dǎo)向信道技術(shù)，用于提供 QoS 的音頻傳輸，進(jìn)一步滿足高階語(yǔ)音與音頻產(chǎn)品的需求；Faster Connection ：快速連接功能，可以縮短重新搜索與再連接的時(shí)間，

5、使連接過(guò)程更為穩(wěn)定快速；支持 Stereo 音效的傳輸要求，但只能以單工方式工作。3、從第二代到第四代藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙 2.0 是 1.2 版本的改良版，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)通過(guò)提高多任務(wù)處理和多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力，使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸率可達(dá) 3Mbps，支持雙工模式，再到后來(lái)藍(lán)牙2.1又增加了省電功能和NFC近場(chǎng)通信。藍(lán)牙 3.0 新增了可選技術(shù) High Speed，High Speed 可以使藍(lán)牙調(diào)用 802.11 WiFi 用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸率高達(dá) 24Mbps，是藍(lán)牙 2.0 的 8 倍，輕松實(shí)現(xiàn)錄像機(jī)至高清電視、PC 至 PMP、UMP

6、C 至打印機(jī)之間的資料傳輸。藍(lán)牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），這是一種全新的交替射頻技術(shù)，允許藍(lán)牙協(xié)議棧針對(duì)任一任務(wù)動(dòng)態(tài)地選擇正確射頻，并且第三代功耗降低了很多。藍(lán)牙 4.0 是迄今為止第一個(gè)藍(lán)牙綜合協(xié)議規(guī)范，將三種規(guī)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(lán)牙、傳統(tǒng)藍(lán)牙和高速藍(lán)牙三種模式：高速藍(lán)牙主攻數(shù)據(jù)交換與傳輸；傳統(tǒng)藍(lán)牙則以信息溝通、設(shè)備連接為重點(diǎn)；低功耗藍(lán)牙以不需占用太多帶寬的設(shè)備連接為主，功耗較老版本降低了 90%。藍(lán)牙可以根據(jù)使用場(chǎng)景切換模式，同時(shí)第四代藍(lán)牙協(xié)議

7、將通信距離提升到100m左右。藍(lán)牙4.1支持與 LTE 無(wú)縫協(xié)作，互不干擾，支持云同步。藍(lán)牙 4.1 加入了專用的 IPv6 通道，藍(lán)牙 4.1 設(shè)備只需要連接到可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備（如手機(jī)），就可以通過(guò) IPv6 與云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，滿足物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。藍(lán)牙4.2改善了傳輸速率和隱私保護(hù)程度，藍(lán)牙信號(hào)想要連接或者追蹤用戶設(shè)備，必須經(jīng)過(guò)用戶許可。用戶可以放心使用可穿戴設(shè)備而不用擔(dān)心被跟蹤。第五代藍(lán)牙：開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大門(mén)（1） REF _Ref31974 r h 2藍(lán)牙 5.0 在低功耗模式下具備更快更遠(yuǎn)的傳輸能力，傳輸速率是藍(lán)牙 4.2 的兩倍（速度上限為 2Mbps），有效傳輸距離是藍(lán)牙 4.

8、2 的四倍（理論上可達(dá) 300 米），數(shù)據(jù)包容量是藍(lán)牙 4.2 的八倍。（2）支持室內(nèi)定位導(dǎo)航功能，結(jié)合 WiFi 可以實(shí)現(xiàn)精度小于 1 米的室內(nèi)定位。（3）針對(duì) IoT 物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行底層優(yōu)化，力求以更低的功耗和更高的性能為智能家居服務(wù)，而在藍(lán)牙5.1已經(jīng)加入了測(cè)向功能和厘米級(jí)定位服務(wù)。2020年1月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟推出了藍(lán)牙5.2規(guī)范。藍(lán)牙5.2版本中新增的功能包括LE同步信道(LE Isochronous Channels), 增強(qiáng)版ATT(Enhanced ATT)及LE功率控制(LE Power Control).下面分別簡(jiǎn)要介紹這三項(xiàng)新增功能：一、為了實(shí)現(xiàn)基于LE的下一代藍(lán)牙音頻5.2版

9、本中定義了LE同步信道(LE Isochronous Channels), 包括連接模式下的同步音頻流(Connected Isochronous Stream)傳輸信道及廣播模式下的同步音頻流(Broadcast Isochronous Stream)傳輸信道。LE同步信道為實(shí)現(xiàn)下一代藍(lán)牙音頻的多聲道音頻流(Multi-Stream Audio)和基于廣播音頻流的共享音頻(Audio Sharing)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。根據(jù)5.2版本核心規(guī)范一個(gè)同步組可以包括最多31個(gè)不同的同步音頻流，在廣播同步模式下可以實(shí)現(xiàn)通訊范圍內(nèi)無(wú)限多個(gè)音頻接收端同時(shí)收聽(tīng)分享的音頻流。為了實(shí)現(xiàn)LE同步信道在低功耗藍(lán)牙的控

10、制器(Controller)中定義了一個(gè)新的通訊協(xié)議層 同步適配層 (ISOAL)。ISOAL用于實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)(如數(shù)字音頻流)的服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)與鏈路層(Link Layer)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換?；驹硎怯捎赟DU的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于PDU的長(zhǎng)度因而在發(fā)送同步數(shù)據(jù)時(shí)需要將一個(gè)SDU分割并轉(zhuǎn)換成多個(gè)PDU并調(diào)制射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，反過(guò)來(lái)在接收時(shí)需要將多個(gè)PDU重新組裝轉(zhuǎn)換成SDU并向上層傳輸。增強(qiáng)版ATT藍(lán)牙5.2版本中對(duì)的ATT協(xié)議進(jìn)行了完善(Enhanced Attribute Protocol)，用于快速讀取屬性值，這一新增功能將提高基于ATT協(xié)議的信息溝通效率，實(shí)現(xiàn)快速服

11、務(wù)發(fā)現(xiàn)(Fast Service Discovery)等功能?？梢灶A(yù)見(jiàn)快速服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能將在下一代藍(lán)牙音頻技術(shù)中得到應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)音頻設(shè)備間快速交換相關(guān)服務(wù)信息。LE功率控制藍(lán)牙5.2版本定義了低功耗藍(lán)牙的雙向功率控制協(xié)議(LE Power Control) REF _Ref32235 r h 3，可用于實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用場(chǎng)景，有助于在保持連接的情況下進(jìn)一步降低功耗并提高設(shè)備連接的穩(wěn)定性和可靠性。藍(lán)牙版本發(fā)布時(shí)間最大傳輸速率傳輸距離藍(lán)牙5.2202048Mbit/s300米藍(lán)牙5.1201948Mbit/s300米藍(lán)牙5.0201648Mbit/s300米藍(lán)牙4.2201424Mbit/s50米藍(lán)牙4.

12、1201324Mbit/s50米藍(lán)牙4.0201024Mbit/s50米藍(lán)牙3.0+HS200924Mbit/s10米藍(lán)牙2.1+EDR20073Mbit/s10米藍(lán)牙2.0+EDR20042.1Mbit/s10米藍(lán)牙1.220031Mbit/s10米藍(lán)牙1.12002810Kbit/s10米藍(lán)牙1.01998723.1Kbit/s10米表 SEQ 表 * ARABIC 15、藍(lán)牙技術(shù)相關(guān)應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)在手機(jī)、電腦、音頻、汽車、智能家居、醫(yī)療服務(wù)等都得到廣泛應(yīng)用。2020年1月7日，在美國(guó)拉斯維加斯舉辦的CES2020展會(huì)上，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest G

13、roup，簡(jiǎn)稱SIG）宣布即將發(fā)布新一代藍(lán)牙音頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低功耗音頻LE Audio，新一代藍(lán)牙音頻技術(shù)打破了經(jīng)典藍(lán)牙音頻的市場(chǎng)壟斷地位，開(kāi)創(chuàng)了藍(lán)牙無(wú)線音頻新市場(chǎng)。LE Audio不僅在音頻質(zhì)量上面做出了提升，更是加入了低功耗特性，使得藍(lán)牙音頻能夠在更多場(chǎng)景中應(yīng)用。Bluetooth audioClassic audioLE audioLC3 打造更好更高音質(zhì)和更低功耗,多重串流音頻,LE Audio為助聽(tīng)器應(yīng)用提供更強(qiáng)大的支持,LE Audio支持音頻分享（Audio Sharing）.藍(lán)牙m(xù)esh的推出加速了設(shè)備網(wǎng)絡(luò)解決方案的發(fā)展?！罢彰骺刂葡到y(tǒng)”與“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是推動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用增長(zhǎng)的

14、兩大用例，并迅速成為許多控制系統(tǒng)的首選 HYPERLINK /tags/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E9%80%9A%E4%BF%A1/ t /d/_blank 無(wú)線通信平臺(tái)，像手機(jī)利用藍(lán)牙技術(shù)代替鑰匙，也是一個(gè)不錯(cuò)的發(fā)展方向.低功耗藍(lán)牙的廣播拓?fù)溆绕溥m用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和基于位置的服務(wù)，基于藍(lán)牙Beacon的室內(nèi)導(dǎo)航解決方案已迅速成為一種能夠應(yīng)對(duì) HYPERLINK /book/story.php?id=404 t /d/_blank GPS無(wú)法解決的室內(nèi)覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)方法，智慧城市將離我們更近一步 REF _Ref32372 r h 4。低功耗藍(lán)牙的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)溽槍?duì)極低功耗的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了優(yōu)化，使其成為互聯(lián)設(shè)備產(chǎn)品的理想選擇。藍(lán)牙賦力可穿戴設(shè)備，健身追蹤器和智能手表，監(jiān)測(cè)步數(shù)、鍛煉、活動(dòng)和睡眠?？偨Y(jié)：自1998年成立以來(lái)， HYPERL