随着LE Audio 近期热闹登场,蓝牙技术联盟(SIG)同时采纳蓝牙核心规范5.2 修订版本。一旦发布完整的规范,随同修订规范而来的改变将需支持新型的蓝牙音频功能。然而,对于音频分享(Audio Sharing)等新应用,新用例所需的低功耗蓝牙同步信道(LEIsochronous Channel) 功能并不是唯一伴随蓝牙5.2 出现的重要增强功能,其他新功能还包括增强属性协议(Enhanced Attribute Protocol, EATT) 和低功耗功率控制功能(LE Power Control)。以下是这些各项新功能的内容概述。


1   低功耗蓝牙同步通道

低功耗蓝牙同步信道功能对支持LE Audio 非常重要,因为它允许将有时间限制的数据传输到一个或多个设备以进行时间同步处理。这项技术扩展了音频应用,因为它不仅可以在单对单的连接中使用,也可以通过无连接拓扑广播到多个设备。

 

高级音频分发配置文件(A2DP) 是现有的蓝牙音频配置文件,它定义了如何将蓝牙用于高质量的音频应用,例如从智能手机到一组蓝牙耳机的流音乐。A2DP 的缺点是它只可以支持单一或多个点对点配对的拓扑结构,而拓扑定义了“播放源”( 例如智能手机等播放装置) 以及“接收设备”( 例如播出声音的扬声器等设备) 之间的关系。A2DP 无法确保多个接收器精确地同时播放音频流,因此难以在一系列关联的装置上实现同步播放。实际上,使用A2DP 的蓝牙音频装置仅在连接到单一个装置时才能操作。

 

低功耗同步通道提供了一种机制来克服这项缺点,可确保从同一来源接收数据的多个接收设备( 例如左右两边的耳塞耳机) 同时播放。数据具有一个时间限制的有效期,并在此期限结束后失效。尚未发送的过期数据将被丢弃。这些机制可以确保接收设备仅接收符合等待时间及延时规则的有效数据。

 

2   同步通道实现许多新应用

借助全新低功耗同步信道功能,将会实现许多新的使用方法、新的拓扑结构以及最终许多新的产品。将低功耗蓝牙用作音频的功能称为LE Audio。一个最显而易见的LE Audio 场景示例是个人音乐分享(Personal Audio Sharing)。一群朋友可以各自利用自己的蓝牙耳机同时欣赏一台智能手机上播放的音乐。这是一个私人群体分享单一音频源的示例。这种声音情境在教学和授课环境中的应用可说是五花八门,例如在大型演讲厅或工业生产线中分组的个人和团体,可以同时收听到相同的内容、相同的解说和授课内容。

 

类似的使用示例还有“公众辅助听力”,也就是剧场演出的对话广播,可让观众中拥有低功耗蓝牙助听器的用户都可以清晰听见。举例来说,相同的技术也可以应用在健身房中的电视,所有使用低功耗蓝牙耳机或耳塞的参与者都可以藉此收听电视音频内容。同样地,当在机场以多国语言广播紧急航班消息时,飞机上的乘客可以将耳机连接到航班信息系统,指定喜好的语言,并以该语言收听航班消息。

 

3   增强属性协议

蓝牙5.2 引入了增强属性协议(EATT),这是通用属性协议(GATT) 的升级版本。EATT 的主要优势是可以支持并发的事件操作,允许来自不同应用程序与ATT 相关的数据封包进行逻辑链路控制和适配协议(L2CAP) 数据封包交错放置,并允许在连接过程中改变ATT 最大传输单元(MTU) 的大小。若一个装置上同时有多个应用程序使用低功耗蓝牙堆栈,它们或会暂时互相阻挡,而EATT 这些改进可以减少这些情况,从而减少一个或多个应用程序的点对点延迟,并且改善响应性能,提供更好的用户体验。与原始ATT 相比,增强版的EATT 具有安全性的优势,因为它只能用于加密连接。

 

为了支持EATT,修订后的核心规范定义了新的L2CAP 模式。新模式称为L2CAP 基于信用的流量控制增强模式(Enhanced Credit Based Flow Control Mode),顾名思义,此模式提供流量控制,因此允许应用将协议视为可靠的。

 

4   EATT的优势

EATT 一方面大大改善对于堆栈多重接入的流程和延迟,也良好地响应了对于消除安全漏洞的期望。配对并交换了连接签名解析密钥(CSRK) 的装置可以使用连接数据签名。这是一个将数字签名附加到Signed Write ATT PDU (Protocol Data Unit) 的过程。但是,低功耗蓝牙链路加密会将信息完整性检测字段加到所有PDU,这样一来,当以加密链路发送SignedWrite 指令的签名时便不会受到检查,因为信息完整性代码(Message Integrity Code, MIC) 被视为已提供所需的身份验证。EATT 只能在加密链路上使用,从而使得Signed Write PDU 变得多余,因此在使用增强版ATT Bearer 时不允许这么做。

 

ATT 依照一个顺序来运行,所以一次只能执行一次事件;但是EATT 可以在低功耗蓝牙的客户端和服务器之间同时执行多个事件。因此,EATT 在现实应用中的主要优势包括了便利性、灵活性,以及更快的处理速度。

 

5   低功耗功率控制功能

蓝牙5.2 第三个添加的重要功能是LE PowerControl。这项功能使得设备可以动态优化通讯时使用的传输功率以延长电池使用寿命。低功耗蓝牙接收器现在可以监控发射设备上的信号强度,并请求更改发射功率,通常是为了平衡信号质量和功率。这是一项重要的附加功能,因为特别高强度的信号可能会使得接收设备变得饱和而导致通讯失败;反之,当信号强度太低时,接收设备的错误率会增加,从而影响传输并最终导致传输失败。

 

LE Power Control 功能允许蓝牙控制器藉由使用“区域”的概念来监控路径损耗的变化,并将其报告给蓝牙主机。最后,这项功能还可让环境中其他使用2.4GHz 频率范围的无线设备改善共存。( 如要了解更多信息,请访问Bluetooth.com 上的蓝牙核心规范版本5.2功能概述。)

 

如上所述,LE Power Control 功能的主要优势是电池电力的高效利用。在使用电池供电的传感器的领域,就像存在于物联网和智能家庭中的许多应用,新的低功耗蓝牙5.2 性能允许动态优化电池寿命,同时将供电维持需求降至最低,从而大大降低成本(如图1)。

 

 

图1 蓝牙5.2版本为低功耗蓝牙堆栈带来各种改变,包括采用增强属性协议(EATT),这是通用属性协议(GATT)的升级版本;以及L2CA基于信用的流量控制增强模式