蓝牙 5.0 是蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group)于 2016 年 6 月 16 日发布的新一代蓝牙标准。新标准将比蓝牙 4.2 有全面的提升,无论是通信速度、通信距离还是通信容量都有大幅度的改善。

 

官方表示,全新蓝牙 5.0 标准在性能上将远超目前的版本,也就是蓝牙 4.2LE 版本,包括在有效传输距离上将是 4.2LE 版本的 4 倍,也就是说,理论上,蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达 300 米。 而传输速度是 4.2LE 版本的 2 倍,速度上限为 24Mbps。

 

蓝牙技术联盟执行总监 Mark Powell 表示:“目前全球已有多达 82 亿个蓝牙产品正在被使用中,而 Bluetooth 5 的性能提升与未来蓝牙的发展规划让我们有理由相信,到 2020 年,超过三分之一的物联网设备都将采用蓝牙技术。蓝牙的驱动力和的创新能力将确保它是所有开发者在创建物联网解决方案时的最佳选择。”

 


什么是蓝牙

蓝牙技术是一种尖端的开放式无线通讯标准,能够在短距离范围内无线连接桌上型电脑与笔记本电脑、便携设备、PDA、移动电话、拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠标。

 

利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够简化设备与因特网 Internet 之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的 2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为 1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

 

蓝牙协议堆栈依照其功能可分四层:核心协议层(HCI、LMP、L2CAP、SDP)、线缆替换协议层(RFCOMM)、电话控制协议层(TCS-BIN)和选用协议层(PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE)

 

简言之,蓝牙技术让各种数码设备之间能够无线沟通,让散落各种连线的桌面成为历史。有了蓝牙无线技术,你就可以轻松连接你的电脑和便携设备、移动电话以及其它外围设备――在 9 米(30 英尺)距离之内以无线方式彼此连接。

 

相比于其他无线技术:红外、无线 2.4G、WiFi 来说,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。尤其是在授权门槛逐渐降低的今天,蓝牙技术开始真正普及到所有的数码设备。不过,蓝牙这一路走来也并非完美,从 1.0 到 4.2,再到现在的 5.0,是一个不平凡的过程。

 


蓝牙 5.0 的 7 大主要特点介绍:

1、更快的传输速度

蓝牙 5.0 的开发人员称,新版本的蓝牙传输速度上限为 2Mbps,是之前 4.2LE 版本的两倍。当然,你在实际生活中是不太可能达到这个极限速度的,但是仍然可以体验到显著的速度提升。

 

2、更远的有效距离

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。 也就是说,理论上,蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达 300 米。当然,实际的有效距离还取决于你使用的电子设备。

 

3、导航功能

此外,蓝牙 5.0 将添加更多的导航功能,因此该技术可以作为室内导航信标或类似定位设备使用,结合 wifi 可以实现精度小于 1 米的室内定位。举个例子,如果你和小编一样是路痴的话,你可以使用蓝牙技术,在诺大的商业中心找到路。

 

4、物联网功能

物联网还在持续火爆,因此,蓝牙 5.0 针对物联网进行了很多底层优化,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

 

5、升级硬件

此前的一些蓝牙版本更新只要求升级软件,但蓝牙 5.0 很可能要求升级到新的芯片。不过,旧的硬件仍可以兼容蓝牙 5.0,你就无法享用其新的性能了。搭载蓝牙 5.0 芯片的旗舰级手机将于 2017 年问世,相信中低端手机也将陆陆续续内置蓝牙 5 芯片。苹果将为成为第一批使用该项技术的厂商之一。

 

6、更多的传输功能

全新的蓝牙 5.0 能够增加更多的数据传输功能,硬件厂商可以通过蓝牙 5.0 创建更复杂的连接系统,比如 Beacon 或位置服务。因此通过蓝牙设备发送的广告数据可以发送少量信息到目标设备中,甚至无需配对。

 

7、更低的功耗

众所周知,蓝牙是智能手机的必备功能,随着智能设备和移动支付等越来越多需要打开蓝牙,才能享受便利功能逐渐融入人们的生活之中,蓝牙的功耗成为了智能手机 待机时间的一大杀手。为此蓝牙 5.0 将大大降低了蓝牙的功耗,使人们在使用蓝牙的过程中再也不必担心待机时间短的问题。

 

这要源于一个小故事。

公元 940-985 年,哈洛德。布美塔特(Harald Blatand),后人称 Harald Bluetooth,统一了整个丹麦。他的名字“Blatand”可能取自两个古老的丹麦词语。“bla”意思是黑皮肤的,而“tan”是伟人的含义。和许多君王一样 ,哈洛德四 处扩张,为政治、经济和荣誉而征战。公元 960 年哈洛德到达了他权力的最高点,征服了整个丹麦和挪威。而蓝牙是这个丹麦国王 Viking 的“绰号”,因为他爱吃蓝梅,牙齿被染蓝,因此而得这一“绰号”。

 

在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员,在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后,有些人认为用 Blatand 国王的名字命名再合适不过了。Blatand 国王将挪威,瑞典和丹麦统一起来;他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术,技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作,保持着各个系统领域之间的良好交流,例如计算机,手机和汽车行业之间的工作。
为什么要推出蓝牙?

 

蓝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。

 

研究的目的是要找到一种方法,能够除掉连接移动电话和 PC 卡、耳机、台式电脑及其他设备之间的电缆。此项研究是一个大项目的一部分,该项目是要研究如何将各种不同的通信设备通过移动电话接入到蜂窝网上。公司得出结论,这种连接的最后一段应该是短距离的无线连接。随着项目的进展,日益明朗化的是短距离无线通信的应用范围几乎无限广阔。

 

1997 年,爱立信公司借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。

 

1998 年 5 月,爱立信、诺基亚、东芝、IBM 和英特尔公司等五家著名厂商,在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术。

 

1999 年 5 月 20 日,这五家厂商成立了蓝牙“特别兴趣组”(Special Interest Group,SIG),即蓝牙技术联盟的前身,以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主 Intel 公司负责半导体芯片和传输软件的开发,爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发,IBM 和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。

 

1999 年下半年,著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织,从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品,使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景,并预示着 21 世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

 

到 2000 年 4 月,SIG 的成员数已超过 1500,其成长速度超过任何其他的无线联盟。这些公司联合开发了蓝牙 1.0 标准,并于 1999 年 7 月公布。蓝牙标准包括两个文件:

 

基础核心协议——提供设计标准;

 

基础应用规范——提供互操作性准则。

 

核心协议文件描述了射频、基带、链路管理器、业务发现协议、传输层以及与其他协议的互操作性等内容;应用规范文件描述了各种不同类型的蓝牙应用所要求的协议和过程。

 

2006 年 10 月 13 日,Bluetooth SIG(蓝牙技术联盟)宣布联想公司取代 IBM 在该组织中的创始成员位置,并立即生效。通过成为创始成员,联想将与其他业界领导厂商杰尔系统公司、爱立信公司、英特尔公司、微软公司、摩托罗拉公司、诺基亚公司和东芝公司一样拥有蓝牙技术联盟董事会中的一席,并积极推动蓝牙标准的发展。

 

除了创始成员以外,Bluetooth SIG 还包括 200 多家联盟成员公司以及约 6000 家应用成员企业。而企业只要使用“蓝牙(Bluetooth)”相关商标在市场上销售产品,都必须向蓝牙技术联盟交纳商标使用费和产品认证费。

 

2008 年,蓝牙技术联盟准备新设立一个“初级应用成员公司”的会员级别,如果是年营业额小于 300 万美元的中小企业,入会费为零,认证两款蓝牙产品的费用降至 2500 美元。

 


蓝牙的版本演进

在 5.0 之前,蓝牙经过了多个版本的演进,主要为为 1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1 和 4.2,下文我们将就每一个不同的版本技术特点进行详细介绍:

 

 

上表中:

EDR:全称为 Enhanced Data Rate。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。

 

HS:全称为 High Speed。HS 使得 Bluetooth 能利用 WiFi 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。

 

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。

 

Single mode 只能与 BT4.0 互相传输无法向下兼容(与 3.0/2.1/2.0 无法相通);Dual mode 可以向下兼容可与 BT4.0 传输也可以跟 3.0/2.1/2.0 传输超低的峰值、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。所有连接都使用蓝牙 2.1 加入的减速呼吸模式(sniff subraTIng)来达到超低工作循环。

 

跳频:使用所有蓝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;针对一对一连接最优化,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。

 

除了物联网以及用于连接装置等应用外,蓝牙技术也在近年有更多的的应用,尤其是 Beacon 技术正在改变定位与服务,藉由 Beacon 技术取代条码,使用者可轻松的获取相关资讯,且同时也能藉由蓝牙技术进行室内的定位服务,能用于百货或是车站的室内导航,百货商品业者的找寻柜位等应用;另外就是透过距离的拓展以及即将导入的 Mesh ,蓝牙也预期可为自动化解决方案带来更多的变化以及弹性。

 

在上述的新发展目标之外,蓝牙联盟也在三月公布了一项新的技术 TDS ( Transport Discovery Service ),这项技术中文称为传输发现技术,透过蓝芽搜寻与启动范围内的可用无线链路,借此侦测附近无线装置与服务,并且使使用者可以关闭装置中功耗较高的技术,并于需要时再开启,蓝牙联盟希望借此技术能够在物联网的环境中使能源管理更好。


总结:

调研机构 ABI Research 首席分析师 Patric Connolly 介绍,至 2020 年,基于蓝牙的 Beacon 出货量预计将超过 3.71 亿。凭借广播数据传输量八倍的提升,Bluetooth 5 将进一步推进 Beacon 和定位服务在智能家居、商业和工业市场中的应用和部署。蓝牙 5 的发布是革命性的,虽然它不像 5G 技术那样广受瞩目,并不是每个人都关注到它,但它的技术迭代却深深影响到智能家居行业的发展方向以及所能达到的智能化程度。