蓝牙4.0无线通信技术前瞻和历代蓝牙技术对比

fmadmin

蓝牙的创始和名称的由来
      1994年，爱立信率先开始研发蓝牙技术，1997年，爱立信联合诺基亚、IBM、东芝和Intel组成了一个特殊兴趣小组(SIG)，合作开发这项极具发展潜力的短距离通信技术。

                                    

                               
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      蓝牙这个名字源于十世纪的一位丹麦国王Harald Blatand,他口齿伶俐、善于交际，将挪威、瑞典和丹麦统一了起来，由于他喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色的，所以有蓝牙国王之称。当特殊兴趣小组准备推广蓝牙这个技术的时候，他们在研究了欧洲历史并经过讨论后觉得“蓝牙”这个名字极具表现力，而且Blatand国王的个性很符合这项技术的特征，因此“蓝牙”这个名字被确定了下来。


      蓝牙的应用范围
      蓝牙技术是一种支持点对点或点对多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。它支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

         

                               
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                                                       蓝牙v2.0适配器


      蓝牙技术的版本
      蓝牙技术在标准上先后推出了Bluetooth 1.0、1.0B、1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0共8个版本，其规范的技术和功能也逐渐完善。Bluetooth 1.2技术可谓蓝牙技术的里程碑，从这一代蓝牙技术开始，蓝牙通信在传输速度、抗干扰、安全性等方面都很很大的提高。依据其发射输出电频有3种距离等级，Class1 约为100m 左右、Class2 约为10m 、Class3 约为2-3m。一般情况下，其正常的工作范围是10m 半径之内。

      蓝牙技术几乎伴随着现在绝大多数的手机玩家一起成长起来的应用，当蓝牙规范确定之后，这项技术快速淘汰了受限严重的红外线传输功能。从V1.1/1.2/2.0/2.1，到随后出现的蓝牙3.0和4.0，手机也从当年的功能手机进入到了智能时代。

         

                               
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                                         蓝牙1.2版本的管理界面

      不过随着WIFI的不断普及，蓝牙这个功能正在逐渐被遗忘。现在基本上所有的智能手机都是蓝牙2.1+EDR无线技术（2004年发布，2007年正式商用，距今已经有7年时间，几乎伴随着整个智能手机的发展），并且功能也从当年的传输文件转变为今天的使用蓝牙耳机、键盘等。蓝牙2.1版本最大的改进就是加入了“Sniff Subratin”技术，对于需要持续传输数据流的设备来说扫描间隔从0.1s扩大到0.5s，因此功耗相比前几个版本更低一些。同时蓝牙2.1简化到了配对过程，启动时间缩短为6秒钟时间。

         

                               
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      蓝牙4.0技术发布
      2010年7月7日，SIG在北京正式推出蓝牙4.0标准，以低能耗、高速度作为新版本技术的主要特点，蓝牙将迈入4.0时代。

                                

                               
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      iphone 4S上不为人知的蓝牙4.0
      从iPhone 4S的技术参数可以看到，蜂窝网络方面4S成为全球首款搭载蓝牙4.0技术的手机，而与此同时在最新的Macbook Air系列产品上蓝牙4.0也开始正式列装。对于这个现在并不常用的功能很多的用户也许一眼带过，但是今天我们就一起来刨根问底的了解一下这个“蓝牙4.0”。

               

                               
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                            IP 4S是全球首款支持蓝牙4.0技术的智能手机


                                      

                               
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                                     蓝牙4.0是比wifi连接更为方便的方式


      如果说蓝牙2.1是普通的“功能手机”只能按照它的规范使用的话那么最新的蓝牙4.0就是一个“智能手机”，它可以根据你的需求进行转换。蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术，它将传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术融合在一起，这三个规格可以组合或者单独使用。


                    

                               
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                                   用IP与MB air蓝牙连接后拖拽air上网

                  

                               
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      在SIG发布的蓝牙4.0标准规范当中，蓝牙4.0低功耗模式有双模和单模两种应用。双模应用中在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此可以保证成本的低廉。同时蓝牙4.0 加入了低能耗(Bluetooth Low Energy，BLE)技术，其峰值能耗仅为传统蓝牙设备的一半。同时在待机状态下蓝牙模块将会自动进入休眠模式，功耗几乎可以忽略不计（之前的蓝牙不关闭情况下仍然会消耗电量）。

                                       

                               
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                                            实测的蓝牙连接网络传输率


      诺基亚基于蓝牙4.0的室内3D定位技术
      使用GPS定位服务的同学都知道，户外定位的精度尚可，但是在室内则完全无法使用，这样在类似mall或者大型娱乐场所逛街，定位就成了问题，那么，EETimes报道正在研发一种使用蓝牙4.0规范的用户室内定位服务，诺基亚预备在2013年将这项服务植入手机产品中，如果这个愿望届时能够实现，这意味着蓝牙4.0将迎来一个新的位置扩展协议，它使用蓝牙低功耗天线阵列三角定位跟踪蓝牙设备标记来实现，它比Wi-Fi三角定位的效率更高，成本更低，使用普通的蓝牙手机即可实现定位。

      与此同时Google也宣布推出针对Android设备的室内地图服务，包括美国多家机场和购物中心成为首批提供室内地图的地点，但这种技术依赖GPS和手机信号塔德三角定位，相信不久安卓用户也能够实现室内蓝牙定位。
         
         

                               
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      蓝牙4.0新特性之瞬间连接
      此前蓝牙版本为人诟病的地方就在于启动速度方面，蓝牙2.1版本的启动速度需要6秒钟时间，而现在的4.0版本仅仅需要3毫秒即可完成，几乎是瞬间连接。

               

                               
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                                                蓝牙4.0之底层结构


      蓝牙4.0新特性之能耗超低
      蓝牙4.0最重要的特性是省电科技，极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久。

      蓝牙4.0新特性之加密与覆盖范围
      蓝牙4.0将会启用128-bit AES完全加密，为数据封包提供高度加密性及认证度。并且最高功率下蓝牙4.0的范围将会扩充到200米范围，有效的加大的设备使用的距离。

                  

                               
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      蓝牙4.0的野心
      从前面可以看到此次蓝牙4.0最为核心的两大改进就是“低功耗”以及“高速启动”方面。在蓝牙4.0的支持下即使不关闭蓝牙手机的续航能力也得到了大大的增强，同时瞬连技术的加入让蓝牙4.0成为设备之间互联的最好桥梁。蓝牙技术的野心远远不止与消费电子和一般通信领域，低成本和跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色，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。

               

                               
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   “Bluetooth Smart Ready”版本拥有出色的兼容性，适用于任何蓝牙4.0设备，同时它具有搜索其他设备的能力。
   “Bluetooth Smart”版本则是应用在计步器或者心率测试仪等单一信息的设备，进一步地降低了功耗。
   “标准Bluetooth”版本则与以前蓝牙版本差别很小，仅是传输速度和功耗的改善。


               

                               
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          使用了蓝牙4.0技术的听诊器，信号可实时更新到体征检测器，实现实时更新记录


      虽然在收集数据和专用通信设备等方面还有部分技术限制，但随着蓝牙4.0版本的蓝牙体温计、心率监测器、血压器、听诊器等相继推出。它已经开启了新一代在医疗和健身领域无线监测设备的一扇大门。未来蓝牙产品或许将在不同领域的新兴市场掀起一连串热潮。此外，更加成熟的蓝牙4.0技术也将使其向NFC无线通信技术和WIFI发起挑战。


      Wi-FiDirect与蓝牙4.0技术的对决
      Wi-Fi Direct传输速率为250Mbps，而蓝牙4.0和蓝牙3.0一样都为25Mbps。Wi-Fi Direct和蓝牙4.0都采用802.11网络标准来实现最高传输速率。不过Wi-Fi Direct和蓝牙4.0最高传输速率仅仅是理论值，它们都会受外界各种因素影响。
      蓝牙4.0使用AES 128位加密算法，而Wi-Fi Direct依靠WPA2安全性能使用AES 256位加密算法。二者都采用基于密钥的加密算法和验证方式，都能满足消费者安全性能要求。
蓝牙技术联盟和Wi-Fi联盟都表示它们的规范针对电池供电设备都使用了省电技术，蓝牙技术联盟表示，新的低能耗技术(PDF)意味着蓝牙4.0芯片得到了优化，即使由一个纽扣电池供电，使用时间也可以长达一年，或甚至更长。Wi-Fi联盟表示，Wi-Fi直连设备可以支持WMM省电程序，可以将设备的供电时间延长15-40%。

                              

                               
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      历代蓝牙技术特性对比

              

                               
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      蓝牙v1.0和v1.0B
      作为早期的蓝牙标准，这两者问题较多. 早期的1.0和1.0B版本存在多个问题，多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时，在两个设备“握手”（handshaking）的过程中，蓝牙硬件的地址（BD_ADDR）会被传提交去，在协定的层面上不能做到匿名，造成泄漏数据的危险，令一些用户却步。
      蓝牙v2.0
      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蓝牙服务概要同时广播到巨量的蓝牙器件。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72KB/s=576Kbps)
      支持多个速度水平
      蓝牙v3.0
      更高的数据传输速率，集成802.11PAL 最高速度可达24Mbps。是2.0速度的8倍。
      引入了增强电源控制，实际空闲功耗明显降低。
      蓝牙v4.0
      与蓝牙v3.0设备相兼容
      超低的峰值、平均和待机模式功耗，覆盖范围增强, 最大范围可达200米（跟设备有关）。
      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2.4GHz ISM频段无线技术的串扰。
      智能控制：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。
      抗干扰：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，数据可以再网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。