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蓝牙4.1的前世今生

2014-03-04乐乐《微型计算机》2014年2月上

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不用多说，你肯定非常了解蓝牙技术，因为你整天挂着个蓝牙耳机接打电话，没事还会连接一个蓝牙音箱听听音乐。此外，你的平板电脑也可能是通过蓝牙连接键盘和鼠标，游戏机通过蓝牙连接手柄。对了，近智能穿戴设备挺火，也是通过蓝牙来连接。另外在办公、医疗等方面，蓝牙的用途也不小。虽然它不像Wi-Fi那样是许多人的第一需求，但生活中没有蓝牙也会很不方便。将来，蓝牙或许也会变得不可或缺，因为去年12月，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布了新的蓝牙4.1，诸多新特性集都指向一个词：Internet Of Things，即物联网。

蓝牙技术介绍

在解释蓝牙4.1的新特性之前，我们还是需要了解一下蓝牙技术的工作原理。爱立信公司早在1994年就开始研发这种支持设备短距离（一般是10米内）无线通讯的技术，目的是为了在移动电话和其他配件之间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。爱立信希望为设备间的通讯创造一个标准化协议，以解决用户间互不兼容的移动电子设备的连接。1998年，爱立信、I BM、英特尔、诺基亚及东芝公司组成“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG，蓝牙技术联盟的前身），着手开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。

1998年，蓝牙0.7问世；1999年7月蓝牙1.0版确定使用2.4GHz频段，使用IEEE802.15协议，高资料传输速度1Mb/s。比当时流行的红外传输技术速度更快，而且只要在有效范围内就能通讯，不像红外传输那样需要接口对接口的连接。因此红外传输很快被蓝牙取代。蓝牙工作的频段属于全球通用的ISM(工业、科学、医学）频段，ISM频段对所有无线电系统都开放，因此必然会遇到不可预测的干扰源，例如某些家电、无线电话、微波炉等等。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保连接稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（Hop Channel）。在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道。只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律跳频，也就无法进行干扰。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，被干扰的可能也就很小。

与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。蓝牙支持点对点和点对多点的通信方式，其大发射功率分为3级：100mw（20dB/m）、2.5mw（4dB/m）、l mw（0dB/m），可根据信号强弱自动调整发射功率。当发射功率提高到10mw时，其传输距离可以扩大到100m。蓝牙标准中规定了在设备连接状态下有保持模式（Hold Mode）、呼吸模式（Sniff Mode）和休眠模式（Park Mode）3种电源节能模式以及正常的活动模式（Active Mode）。一个可进行电源管理的蓝牙设备可以处于这4种状态并进行切换，其中休眠模式节能效率高。蓝牙为各种移动设备和围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了有效途径，而去掉各种麻烦的线缆。

蓝牙技术的优点：蓝牙技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，易于安装和设置。由于采用了“配置文件”这一独特概念，蓝牙产品无需安装驱动程序，它是在两个设备间进行无线短距离通信的简单、便捷的方法。它功耗低、成本低、体积小、对人体影响小，而且有着全球统一的标准，因而在世界各地都可以使用。

蓝牙采用AFH（Adaptive Frequency Hopping）避免频段干扰和冲突。如果不使用AFH，将有可能与Wi-Fi常用信道重叠，造成干扰。

无线频谱利用分布

来自英飞凌的Blue Moon-Single-Chip蓝牙模块，就这体积装在任何设备上都不会占地方。

大统——蓝牙4.0标准

2010年7月，蓝牙技术联盟推出蓝牙4.0规范。其前身是诺基亚开发的Wibree技术，本是一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术，在被蓝牙技术联盟SIG接纳并规范化之后重命名为Blue tooth Low Energy，这也符合蓝牙要更省电和更快速的发展目标。作为蓝牙3.0+HS规范的升级版，蓝牙4.0专门面向对成本和功耗

都有较高要求的无线方案，其主打特性就是省电、省电、省电。它有低功耗、经典、高速三种协议模式。其中：高速蓝牙主攻数据交换与传输；经典蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点；低功耗蓝牙以不需占用太多带宽的设备连接为主。这三种协议规范能够互相组合搭配，从而适应更广泛的应用模式。低功耗模式下，传输距离能提升到100米以上。

正因为有了三种可以互相组合搭配的协议，蓝牙4.0因此成为唯一一个综合协议规范。它有着极低的运行和待机功耗，一粒纽扣电池可以连续工作数年之久，这就使得蓝牙技术可以延伸到采用纽扣电池供电的设备上。此外，结合低成本、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等特性，可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域，大大扩展蓝牙技术的应用范围。

蓝牙4.1之前，设备配对是个麻烦事情。如果经常轮换使用不同的蓝牙设备，那就更麻烦。