藍牙

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藍牙標誌

藍牙Bluetooth),是一种無線個人局域網Wireless PAN),最初由愛立信创制,後來由藍牙技術聯盟訂定技術標準。这个词的来源是10世纪丹麦和挪威國王藍牙哈拉爾丹麥語Harald Blåtand Gormsen),借國王的绰号「Blåtand」當名稱,直接翻譯成中文爲「藍牙」(blå=藍,tand=牙)。蓝牙是一种通用的射频频率是2.40GHZ的无线电接口,它使带有电子端口的设备能够在小范围内进行无线通信。

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蓝牙Bluetooth)一词是古北欧语 Blåtand / Blåtann 的一个英语化变体,蓝牙的标志是 Runic letter ior.svgHagall,ᚼ)和 Runic letter berkanan.svgBjarkan,ᛒ)的组合,也就是 Harald Blåtand 的首字母 HB 的合写。

在中文圈,「藍牙」又稱為「藍芽」。2006年,藍牙技術聯盟組織已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙」,並註冊為該組織的註冊商標

历史[编辑]

藍牙技术最初由爱立信创制。技术始于爱立信公司的1994方案,它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备。1997年前爱立信公司此概念接触了移动设备制造商,讨论其项目合作发展,结果获得支持。

1999年5月20日,索尼易立信国际商业机器英特尔诺基亚东芝公司等业界龙头创立“特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG),即藍牙技術聯盟的前身,目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的藍牙技术标准。

這項無線技術的名稱取自古代丹麥維京國王Harald Blaatand的名字,他以統一了因宗教戰爭和領土爭議而分裂的挪威與丹麥而聞名於世,而這個名字的英文字面意義便是Harald Bluetooth

1998年时藍牙推出0.7规格,支援Baseband與LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部份。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)协定、TCS(Telephony Control Specification)协定。1999年7月26日正式公布1.0版,确定使用2.4GHz频谱,最高资料传输速度1Mbps,同时开始了大规模宣传。和当时流行的红外线技术相比,藍牙有着更高的传输速度,而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接,所有藍牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用,就可以进行随时连接。

当1.0规格推出以后,藍牙并未立即受到广泛的应用,除了当时对应藍牙功能的电子设备种类少,藍牙装置也十分昂贵。2001年的1.1版正式列入IEEE标准,Bluetooth 1.1即為IEEE 802.15.1。同年,SIG成员公司超过2000家。过了几年之后,采用藍牙技术的电子装置如雨后春笋般增加,售价也大幅回落。为了扩宽藍牙的应用层面和传输速度,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的技术标准,将最大传输速度提高到3Mbps)、A2DP(Advanced Audio Distribution Profile,一个控音轨分配技术,主要应用于立体声耳机)、AVRCP(A/V Remote Control Profile)等。Bluetooth 2.0将传输率提升至2Mbps、3Mbps,遠大於1.x版的1Mbps(实际约723.2kbps)。

应用[编辑]

  • 移动电话和免提设备之间的无线通讯,这也是最初流行的应用。
  • 特定距离内电脑间的无线网络
  • 电脑与外设的无线连接,如:鼠标耳机打印机等。
  • 藍牙设备之间的文件传输。
  • 传统有线设备的无线化,如:医用器材、GPS条形码扫描仪、交管设备、藍芽無線麥克風收發機:具有發送端與接收端,發送端提供3-pin XLR接頭,可連接麥克風發射訊號,接收端提供3.5mm接頭/6.3mm接頭,可直接插在揚聲器或擴大機上,彼此之間使用藍芽傳輸。[1]
  • 数个以太网之间的无线桥架。
  • 7代家用游戏机的手柄,PS3PSP GoNintendo Wii
  • 依靠藍牙支持,使PC或PDA能通过手机调制解调器实现拨号上网。
  • 实时定位系统(RTLS),应用"节点"或"标签"嵌入被跟踪物品中读卡器从标签接收并处理无线信号以确定物品位置。[2]

蓝牙在汽车领域的应用[编辑]

目前许多汽车的车载多媒体信息系统都支持蓝牙接入功能,比如凯迪拉克XTS豪华轿车上所搭载的CUE移动互联体验系统的蓝牙接入功能,最多可支持10组蓝牙配对,包括智能手机平板电脑多媒体播放器等。车主可以通过蓝牙配对,将这些便携设备中的信息与CUE系统实现共享。比如,可以读取手机中的通讯录,通过CUE系统的人声识别功能直接进行语音拨叫;可以读取手机或多媒体播放器中的音乐文件,通过CUE系统在车内音响中播放,并在CUE系统的显示屏上显示曲目名、歌词和专辑封面图像等。

版本[编辑]

颜色 含义
红色 旧版本
绿色 当前版本
蓝色 未来版本
版本 規範發佈日期 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与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应用上更具互通性
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传输率提升至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 交替射频技术、取消了UMB的应用
4.0 + HS 2010年6月30日 传统藍牙技术、高速藍牙和新的藍牙低功耗技术

最近发展[编辑]

正在以藍牙介面與無線耳機溝通的Sony Ericsson P910i PDA手機
藍牙滑鼠

藍牙用于在不同的设备之间进行无线连接,例如连接计算机外围设备,如:打印机键盘等,又或让个人数码助理(PDA)与其它附近的PDA或计算机进行通信。具备藍牙技术的手机可以连接到计算机、PDA甚至连接到免持听筒

事实上,根据已订立的标准,藍牙可以支持功能更强的长距离通讯,用以构成无线局域网。每个Bluetooth设备可同时维护8个连接。可以将每个设备配置为不断向附近的设备声明其存在以便建立连接。另外也可以对二个设备之间的连接进行密码保护,以防止被其他设备接收。

藍牙的标准是IEEE 802.15.1,藍牙协议工作在无需许可的ISM(Industrial Scientific Medical)频段的2.45GHz。最高速度可达723.1kb/s。为了避免干扰可能使用2.45GHz的其它协议,藍牙协议将该频段划分成79頻道,(頻寬為1MHZ)每秒的頻道轉換可達1600次。

规格和功能[编辑]

蓝牙1.0[编辑]

蓝牙1.0B[编辑]

蓝牙1.1[编辑]

蓝牙1.2[编辑]

这个版本向下兼容1.1版,其主要改进包括:

  • 匿名方式:屏蔽设备的硬件地址(BD_ADDR),保护用戶免受身分嗅探攻击和跟踪。从1.1版开始已经可以实现硬件匿名,但未被实施,因此对普通消费者来说还是没有此功能。
  • 自适应频率跳跃(AFH,Adaptive Frequency Hopping):通过避免使用跳跃序列中的拥挤频率,从而改善对无线电干涉抵抗
  • 更高的实际传输速度,实际测试约为24KB/S(192Kbps)左右。
  • L2CAP层引入了流量控制和错误纠正机制

蓝牙2.0+EDR[编辑]

藍牙2.0适配器的内部结构(此产品厂商:高锐(CELL)电子)

2.0版的内容还没有什么明确的信息,但爱立信的研究者公布了一些内容:

  • 加入了「非跳跃窄频通道」(Non-hopping narrowband channel)。
    • 因为不需要与每个设备交换应答信号,这种通道可以用来将各种器件的藍牙服务概要同时广播到巨量的藍牙器件。应答信号交换过程当前需要大约一秒。
    • 实时公共交通时刻表、基本的交通畅通性信息和高级交通指向指示等未加密信息可以以高速度发送给设备。
  • 更高的连接速度(实际测试速度为280KB/s=2240Kbps[來源請求]
  • 支持多个速度水平

蓝牙2.1+EDR[编辑]

蓝牙核心规范2.1+EDR向下对1.2版本完全兼容,蓝牙技术联盟于2007年7月26日通过。

蓝牙2.1,增加了Sniff省电功能,使得适配器与设备的联系时间延长到0.5秒,能节约不小电量;增强功能有简单安全配对(SSP),这改善了蓝牙设备的配对经验,同时提升了使用和安全强度。详细请参阅配对一节1234。[3][查证请求]

藍牙3.0+HS[编辑]

  • 更高的資料傳輸速率,集成802.11PAL最高速度可達24Mbps。是2.0速度的8倍。[來源請求]
  • 引入了增強電源控制,實際空閒功耗明顯降低。

藍牙4.0[编辑]

  • 蓝牙4.0是Bluetooth SIG于2010年7月7日推出的新的规范。其最重要的特性是支持省电;
  • Bluetooth 4.0,协议组成和当前主流的Bluetooth h2.x+EDR、还未普及的Bluetooth h3.0+HS不同,Bluetooth 4.0是Bluetooth从诞生至今唯一的一个综合协议规范,
  • 还提出了“低功耗蓝牙”、“傳統蓝牙”和“高速蓝牙”三种模式。
  • 其中:高速蓝牙主攻数据交换与传输;傳統蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点;蓝牙低功耗顾名思义,以不需占用太多带宽的设备连接为主。前身其实是NOKIA开发的Wibree技术,本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术,在被SIG接纳并规范化之后重新命名为Bluetooth Low Energy(后简称低功耗蓝牙)。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式,此外,Bluetooth 4.0还把蓝牙的传输距离提升到100米以上(低功耗模式条件下)。
  • 分Single mode與Dual mode。
  • Single mode只能與BT4.0互相傳輸無法向下相容(與3.0/2.1/2.0無法相通);Dual mode可以向下相容可與BT4.0傳輸也可以跟3.0/2.1/2.0傳輸
  • 超低的峰值、平均和待机模式功耗,覆盖范围增强,最大范围可超过100米。
  • 速度:支持1Mbps数据传输率下的超短数据包,最少8个八组位,最多27个。所有连接都使用藍牙2.1加入的减速呼吸模式(sniff subrating)来达到超低工作循环。
  • 跳频:使用所有藍牙规范版本通用的自适应跳频,最大程度地减少和其他2.4 GHz ISM频段无线技术的串扰。
  • 主控制:可以休眠更长时间,只在需要执行动作的时候才唤醒。
  • 延迟:最短可在3毫秒内完成连接设置并开始传输数据。
  • 健壮性:所有数据包都使用24-bit CRC校验,确保最大程度抵御干扰。
  • 安全:使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。
  • 拓扑:每个数据包的每次接收都使用32位寻址,理论上可连接数十亿设备;针对一对一连接最佳化,并支持星形拓扑的一对多连接;使用快速连接和断开,数据可以在网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。

藍牙協議堆疊[编辑]

藍牙協議堆疊依照其功能可分四層:

  • 核心協議層(HCI、LMP、L2CAP、SDP)
  • 線纜替換協定層(RFCOMM)
  • 電話控制協定層(TCS-BIN)
  • 選用協議層(PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE)

藍牙規範[编辑]

藍牙規範(Profile)是指藍牙通訊在那一種用途下應該使用的通訊協定和相關的規範。藍牙1.1定義的profile有13個。SIG認為藍牙裝置有4個最基本的Profile:

  • General Access Profile(GAP)
  • Service Discovery Application Profile(SDAP)
  • Serial Port Profile(SPP)
  • General Object Exchange Profile(GOEP)

缺點[编辑]

早期[编辑]

早期的1.0和1.0B版本存在多個問題,多家廠商指出他們的產品互不兼容。同時,在兩個裝置「連結」(handshaking)的過程中,藍牙硬件的位址(BD_ADDR)會被傳送出去,在協定的層面上不能做到匿名,造成洩漏資料的危險,令一些使用者卻步。

干擾[编辑]

Bluetooth在2.4GHz的電波干擾問題一直為大家所詬病,特別和無線區域網路間的互相干擾問題。有干擾發生時,就以重新傳送封包的方法來解決干擾。

低耗電藍牙BLE(Bluetooth Low Energy)[编辑]

技術規範 典型藍牙 低耗電藍牙
無線電頻率 2.4 GHz 2.4 GHz
距離 10米/100米 30米
空中數據速率 1-3 Mb/s 1 Mb/s
應用吞吐量 0.7-2.1 Mb/s 0.2 Mb/s
節點/單元 7-16,777,184 未定義(理論最大值為2^32)
安全 64/128-bit及用戶自定義的應用層 128-bit AES及用戶自定義的應用層
強健性 自動適應快速跳頻FEC,快速ACK 自動適應快速跳頻
延遲(非連接狀態)
發送數據的總時間 100 ms <6 ms
政府監管 全球 全球
認證機構 藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG) 藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)
語音能力 沒有
網絡拓撲 分散網 Star-bus
耗電量 1(作為參考) 0.01至0.5(視使用情況)
最大操作電流 <30 mA <15 mA(最高運行時為15 mA)
服務探索
簡介概念
主要用途 手機遊戲機耳機,立體聲音頻串流,
汽車PC
手機,遊戲機,PC,體育健身醫療保健
汽車,家用電子自動化工業

參見[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Bluetooth Module for microphones. [2014-01-20]. 
  2. ^ Real Time Location Systems. Clarinox. [2010-8-5]. 
  3. ^ 简单配对白皮书 (PDF). Version V10r00. Bluetooth SIG. 2006-08-03 [2007-02-01]. (原始内容存档于2006年10月18日). 

外部連結[编辑]

網際網路接入
網路型態 有線 無線
光纖 同軸電纜 乙太網路 電話線 電力線 地表無線電
(免執照)
地表無線電
(要執照)
人造衛星
LAN 1000BASE-X G.hn英语G.hn Ethernet HomePNA英语HomePNA  · G.hn英语G.hn G.hn英语G.hn Wi-Fi · Bluetooth · DECT · Wireless USB
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