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藍牙

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藍牙標誌

藍牙Bluetooth),是一種無線個人局域網Wireless PAN),最初由易利信創製,後來由藍牙技術聯盟訂定技術標準。這個詞的來源是10世紀丹麥和挪威國王藍牙哈拉爾丹麥語Harald Blåtand Gormsen),借國王的綽號「Blåtand」當名稱,直接翻譯成中文爲「藍牙」(blå=藍,tand=牙)。藍牙是一種通用的射頻頻率是2.40GHZ的無線電介面,它使帶有電子埠的裝置能夠在小範圍內進行無線通訊。

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藍牙Bluetooth)一詞是古北歐語 Blåtand / Blåtann 的一個英語化變體,藍牙的標誌是 Runic letter ior.svgHagall,ᚼ)和 Runic letter berkanan.svgBjarkan,ᛒ)的組合,也就是 Harald Blåtand 的首字母 HB 的合寫。

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

歷史[編輯]

藍牙技術最初由易利信創製。技術始於易利信公司的1994方案,它是研究在行動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通訊連線的方法。發明者希望為裝置間的通訊創造一組統一規則(標準化協定),以解決用戶間互不相容的移動電子裝置。1997年前易利信公司此概念接觸了行動裝置製造商,討論其專案合作發展,結果獲得支援。

1999年5月20日,索尼易立信國際商業機器英特爾諾基亞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、可以在短距離範圍內隨意無線連線的藍牙技術標準。

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年時藍牙推出0.7規格,支援Baseband與LMP(Link Manager Protocol)通訊協定兩部份。1999年推出先後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,藍牙有著更高的傳輸速度,而且不需要像紅外線那樣進行介面對介面的連線,所有藍牙裝置基本上只要在有效通訊範圍內使用,就可以進行隨時連線。

當1.0規格推出以後,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裝置種類少,藍牙裝置也十分昂貴。2001年的1.1版正式列入IEEE標準,Bluetooth 1.1即為IEEE 802.15.1。同年,SIG成員公司超過2000家。過了幾年之後,採用藍牙技術的電子裝置如雨後春筍般增加,售價也大幅回落。為了擴寬藍牙的應用層面和傳輸速度,SIG先後推出了1.2、2.0版,以及其他附加新功能,例如EDR(Enhanced Data Rate,配合2.0的技術標準,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)。

應用[編輯]

  • 行動電話和免提裝置之間的無線通訊,這也是最初流行的應用。
  • 特定距離內電腦間的無線網路
  • 電腦與外設的無線連線,如:滑鼠耳機印表機等。
  • 藍牙裝置之間的檔案傳輸。
  • 傳統有線裝置的無線化,如:醫用器材、GPS條形碼掃描器、交管裝置、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]
  • 數個乙太網之間的無線橋架。
  • 7代家用遊戲機的手柄,PS3PSP GoNintendo Wii
  • 依靠藍牙支援,使PC或PDA能透過手機數據機實作撥號上網。
  • 即時定位系統(RTLS),應用"節點"或"標籤"嵌入被跟蹤物品中讀卡器從標籤接收並處理無線訊號以確定物品位置。[2]

藍牙在汽車領域的應用[編輯]

目前許多汽車的車載多媒體資訊系統都支援藍牙接入功能,比如凱迪拉克XTS豪華轎車上所搭載的CUE移動互聯體驗系統的藍牙接入功能,最多可支援10組藍牙配對,包括智慧型手機平板電腦多媒體播放器等。車主可以透過藍牙配對,將這些便攜裝置中的資訊與CUE系統實作共享。比如,可以讀取手機中的通訊錄,透過CUE系統的人聲識別功能直接進行語音撥叫;可以讀取手機或多媒體播放器中的音樂檔案,透過CUE系統在車內音響中播放,並在CUE系統的顯示器上顯示曲目名、歌詞和專輯封面影像等。

版本[編輯]

顏色 含義
紅色 舊版本
綠色 目前版本
藍色 未來版本
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

最近發展[編輯]

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

藍牙用於在不同的裝置之間進行無線連線,例如連線電腦外圍裝置,如:印表機鍵盤等,又或讓個人數位助理(PDA)與其它附近的PDA或電腦進行通訊。具備藍牙技術的手機可以連線到電腦、PDA甚至連線到免持聽筒

事實上,根據已訂立的標準,藍牙可以支援功能更強的長距離通訊,用以構成無線區域網路。每個Bluetooth裝置可同時維護8個連線。可以將每個裝置配置為不斷向附近的裝置宣告其存在以便建立連線。另外也可以對二個裝置之間的連線進行密碼保護,以防止被其他裝置接收。

藍牙的標準是IEEE 802.15.1,藍牙協定工作在無需許可的ISM(Industrial Scientific Medical)頻段的2.45GHz。最高速度可達723.1kb/s。為了避免干擾可能使用2.45GHz的其它協定,藍牙協定將該頻段劃分成79頻道,(頻寬為1MHZ)每秒的頻道轉換可達1600次。

規格和功能[編輯]

藍牙1.0[編輯]

藍牙1.0B[編輯]

藍牙1.1[編輯]

藍牙1.2[編輯]

這個版本向下相容1.1版,其主要改進包括:

  • 匿名方式:遮蔽裝置的硬體位址(BD_ADDR),保護用戶免受身分嗅探攻擊和跟蹤。從1.1版開始已經可以實作硬體匿名,但未被實施,因此對普通消費者來說還是沒有此功能。
  • 自適應頻率跳躍(AFH,Adaptive Frequency Hopping):透過避免使用跳躍序列中的擁擠頻率,從而改善對無線電干涉抵抗
  • 更高的實際傳輸速度,實際測試約為24KB/S(192Kbps)左右。
  • L2CAP層引入了流量控制和錯誤糾正機制

藍牙2.0+EDR[編輯]

藍牙2.0介面卡的內部結構(此產品廠商:高銳(CELL)電子)

2.0版的內容還沒有什麼明確的資訊,但易利信的研究者公布了一些內容:

  • 加入了「非跳躍窄頻通道」(Non-hopping narrowband channel)。
    • 因為不需要與每個裝置交換應答訊號,這種通道可以用來將各種器件的藍牙服務概要同時廣播到巨量的藍牙器件。應答訊號交換過程當前需要大約一秒。
    • 即時公共運輸時刻表、基本的交通暢通性資訊和高階交通指向指示等未加密資訊可以以高速度傳送給裝置。
  • 更高的連線速度(實際測試速度為280KB/s=2240Kbps[來源請求]
  • 支援多個速度水平

藍牙2.1+EDR[編輯]

藍牙核心規範2.1+EDR向下對1.2版本完全相容,藍牙技術聯盟於2007年7月26日透過。

藍牙2.1,增加了Sniff省電功能,使得介面卡與裝置的聯繫時間延長到0.5秒,能節約不小電量;增強功能有簡單安全配對(SSP),這改善了藍牙裝置的配對經驗,同時提升了使用和安全強度。詳細請參閱配對一節1234。[3][查證請求]

藍牙3.0+HS[編輯]

  • 更高的資料傳輸速率,整合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[編輯]

  • 藍牙4.0是Bluetooth SIG於2010年7月7日推出的新的規範。其最重要的特性是支援省電;
  • Bluetooth 4.0,協定組成和當前主流的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定規範,
  • 還提出了「低功耗藍牙」、「傳統藍牙」和「高速藍牙」三種模式。
  • 其中:高速藍牙主攻資料交換與傳輸;傳統藍牙則以資訊溝通、裝置連線為重點;藍牙低功耗顧名思義,以不需佔用太多頻寬的裝置連線為主。前身其實是NOKIA開發的Wibree技術,本是作為一項專為行動裝置開發的極低功耗的移動無線通訊技術,在被SIG接納並規範化之後重新命名為Bluetooth Low Energy(後簡稱低功耗藍牙)。這三種協定規範還能夠互相組合搭配、從而實作更廣泛的應用模式,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、平均和待機模式功耗,覆蓋範圍增強,最大範圍可超過100米。
  • 速度:支援1Mbps資料傳輸率下的超短封包,最少8個八組位,最多27個。所有連線都使用藍牙2.1加入的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作迴圈。
  • 跳頻:使用所有藍牙規範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毫秒內完成連線設定並開始傳輸資料。
  • 健壯性:所有封包都使用24-bit CRC校驗,確保最大程度抵禦干擾。
  • 安全:使用AES-128 CCM加密演算法進行封包加密和認證。
  • 拓撲:每個封包的每次接收都使用32位元定址,理論上可連線數十億裝置;針對一對一連線最佳化,並支援星形拓撲的一對多連線;使用快速連線和斷開,資料可以在網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網路。

藍牙4.1[編輯]

  • 藍牙4.1是藍牙技術聯盟於2013年底推出的新的規範,其目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術最終成為物聯網(Internet of Everything)發展的核心動力。
  • 此版本為藍牙4.0的軟體更新版本,搭載藍牙4.0裝置的終端可通過軟體更新獲得此版本。
  • 對於開發人員而言,該更新是藍牙技術發展史上一項重要的進步。該更新提供了更高的靈活性和掌控度,讓開發人員能創造更具創新並催化物聯網(IOT)發展的產品。
  • 支援多裝置連接。
  • 智能連接:增加設置裝置間連接頻率的支援。製造商可以對裝置設置連接進行設置,使得裝置可以更加智能的控制裝置電量。

藍牙4.2[編輯]

藍牙協議堆疊[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

早期[編輯]

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相容。同時,在兩個裝置「連結」(handshaking)的過程中,藍牙硬體的位址(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[編輯]

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)[編輯]

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
空中資料速率 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)
發送資料的總時間 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
網路拓撲 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[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Bluetooth Module for microphones. [2014-01-20]. 
  2. ^ Real Time Location Systems. Clarinox. [2010-08-05]. 
  3. ^ 簡單配對白皮書 (PDF). Version V10r00. Bluetooth SIG. 2006-08-03 [2007-02-01]. (原始內容存檔於2006年10月18日). 

外部連結[編輯]

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英語G.hn Ethernet HomePNA英語HomePNA  · G.hn英語G.hn G.hn英語G.hn Wi-Fi · Bluetooth · DECT · Wireless USB
WAN PON DOCSIS 電話撥接上網 · ISDN · DSL BPL · PLC Muni Wi-Fi GPRS · iBurst英語iBurst · WiBro/WiMAX · UMTS-TDD · HSPA · HSDPA · EV-DO · LTE 衛星上網英語Satellite Internet access