蓝牙技术的形成背景发展历程及现状报告精选.docx

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蓝牙技术的形成背景发展历程及现状报告精选

蓝牙技术的形成背景、发展历程及现状（报告精选）

北京先略投资咨询有限公司

蓝牙技术的形成背景、发展历程及现状

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蓝牙技术的形成背景、发展历程及现状

第一节形成背景

“蓝牙”的形成背景是这样的：

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，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，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。

关于蓝牙这个名字的由来还有一个小故事。

“蓝牙”这名称来自10世纪的丹麦国王哈拉尔德（HaraldGormsson）的外号。

出身海盗家庭的哈拉尔德统一了北欧四分五裂的国家，成为维京王国的国王。

由于他喜欢吃蓝莓，牙齿常常被染成蓝色，而获得“蓝牙”的绰号，当时蓝莓因为颜色怪异的缘故被认为是不适合食用的东西，因此这位爱尝新的国王也成为创新与勇于尝试的象征。

1998年，爱立信公司希望无线通信技术能统一标准而取名“蓝牙”。

随着蓝牙技术由手机、游戏、耳机、便捷式电能和汽车等传统应用领域向物联网、医疗等新领域扩展，市场对低功耗的要求越来越高。

蓝牙4.0协议版本是蓝牙3.0高速版本基础上增加了低能消耗协议部分。

嵌入式设备在很多应用场景要求能耗非常低，传输速率要求也不高，对于这类设备，可以仅实现4.0协议中低耗能蓝牙部分，通过与支持双模的主机设备进行通信或者跟同类设备通信。

由于蓝牙4.0协议拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可持续工作数年之久；同时还有低成本、跨厂商互操互作性、2毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特色，可以广泛应用于计步器、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。

所以，目前很多蓝牙厂商也都推出了符合蓝牙4.0版本的低功耗协议的蓝牙芯片。

第二节发展历程

1、蓝牙技术最初由爱立信创制

1999年5月20日，索尼爱立信、IB英特尔、诺基亚及东芝等业界龙头创立蓝牙特别兴趣组，制订蓝牙技术标准。

2、蓝牙1.0版本及1.0B版本早期的1.0和1.0B版本存在很多问题，不同厂商的产品也互不兼容。

同时，在两个装置“握手”的过程中，蓝牙硬件的位址会被传送出去，在协定的层面上不能做到匿名，有泄漏资料的危险。

“蓝牙的标准时IEEE802.15，蓝牙协议工作在无需许可的ISM频段2.45GHz。

最高速度可达723.1kb/s。

为了避免干扰可能使用2.45Hz的其他协议，蓝牙协议将该频段划分为79条渠道，并且最多每秒可更换渠道1600次。

3、蓝牙1.1版本2000年11月，SIG通过了蓝牙1.1版本，这是一个成功的操作蓝牙版本，更正了先前版本中出现的问题。

此版本中涉及的改变有以下几个方面：

在无线电方面，1.1版本升级了对无线电波的选择范围；在IA方面，其改变主要包括主从关系分类和关键字互换链接备用，这解决了由CVSD编码器中混乱字符产生的互通性问题；在链接管理方面，链接管理部分在所有内容中修改最多，共有25处修改，这些修改包括对其他设备附属传送及相互电文鉴别的阻止路径。

4、蓝牙1.2版本蓝牙1.2版本的发表，被SIG视为能够让蓝牙产品更易于使用的具有里程碑意义的技术，其相较于1.1版本而言，主要加入了4项新增功能：

1）自适应跳频；2）加入延伸同步连接导向信道技术；3）FasterConnection，加入FirstFHS与Interlacedscan技术；4）向后兼容，确保其能兼容1.1版本

5、蓝牙2.0+EDR版本该版本是蓝牙1.2版本的改良版，主要有五大改进：

3倍于蓝牙1.2版本的数据传输速率；通过减少工作负载循环达到较低电力消耗；增加带宽简化了多连接模式；向后兼容早期蓝牙设备；降低了比特误差率BE.

6、蓝牙2.1+EDR版本该版本是针对蓝牙2.0版本提出的改良版的技术标准。

主要修改包括2个方面：

改善装置配对流程；具有更佳的省电效果

7、蓝牙3.0＋HS版本2009年4月蓝3.0版本标准正式发布，其名称为Bluetooth3.0＋HS。

BT3.0使用了AMP（genericalternatemAC/PHY）技术，其速度可以比得上Wi-Fi无线网络，同时透过与802.11通讯协议的整合，安装有蓝牙3.0模块的终端不仅可以被用在手持装置间传输一些小档案，而且连接DV、HDTV、PC多媒体随身播放器、UPMC打印机等不同的组合，都是BT3.0＋HS有可能被应用的范围。

8、蓝牙4.0版本2010年4月20日，SIG表示，蓝牙4.0技术规范已经基本成型，蓝牙4.0包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。

蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。

目前应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。

虽然Bluetooth2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。

为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG组织（SpecialInterestGroup）推出了Bluetooth2.1+EDR版本的蓝牙技术。

首先：

改善装置配对流程：

由于有许多使用者在进行硬件之间的蓝牙配对时，会遭遇到许多问题，不管是单次配对，或者是永久配对，在配对的过程与必要操作过于繁杂，以往在连接过程中，需要利用个人识别码来确保连接的安全性，而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接，举例来说，只要在手机选项中选择连接特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连结。

而短距离的配对方面，也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（NearFieldCoMMunication）机制。

NFC是短距离的无线RFID技术，在针对1~2公尺的短距离联机应用上，以电磁波为基础，取代传统无线电传输。

由于NFC机制掌控了配对的起始侦测，当范围内的2台装置要进行配对传输时，只要简单的在手机屏幕上点选是否接受联机即可。

不过要应用NFC功能，系统必须要内建NFC芯片或者是具备相关硬件功能。

然后是更佳的省电效果：

蓝牙2.1版加入了SniffSubrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。

一般来说，当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之后，蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态，当然，也因为这样，蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态，即使手机的其它组件都已经进入休眠模式。

为了改善了这样这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低，也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。

根据官方的报告，采用此技术之后，蓝牙装置在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。

第三节基本原理和特点

1、主从关系

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。

理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。

一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。

一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。

2、呼叫过程

蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备。

主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，也有设备不需要输入PIN码。

配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。

已配对的设备，做为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求，但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。

链路建立成功后，主从两端之间即可进行双向的数据或语音通讯。

在通信状态下，主端和从端设备都可以发起断链，断开蓝牙链路。

3、数据传输

蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的PIN码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。

一对一应用中从端设备可以设为两种类型，一是静默状态，即只能与指定的主端通信，不被别的蓝牙设备查找；二是开发状态，既可被指定主端查找，也可以被别的蓝牙设备查找建链。

4、蓝牙解决的问题

如果任意两个设备需要相互“对话”，则在开始“对话”之前，它们需要在很多方面达成“协议”。

首先是物理层：

它们是通过线缆，还是通过某种形式的无线信号进行“对话”？

如果使用线缆，那么需要多少条，1条、2条、8条，还是25条？

确定好物理特性后，还会出现以下问题：

（1）一次要发送多少数据？

例如，串行端口一次可发送1比特的数据，而并行端一次可发送若干比特的数据。

（2）它们将如何进行“对话”？

参与电子“讨论”的各方需要知道比特数据的含义，以及接收到的信息与发送的信息是否相同。

这意味着需要开发一组命令和响应，称为“协议”。

5、蓝牙的解决方案

蓝牙主要应用于以下两个层上：

它促成物理层达成协议，蓝牙属于无线电频率标准。

它不需要用户干预，且始终保持极低的传输功率。

它促成协议层达成协议，产品必须就何时发送比特、一次发送多少比特，以及如何让对话各方确信接收信息与发送信息相同达成协议。

低耗能蓝牙的协议即是LE协议，底层与基础蓝牙协议底层基本相似，但在主机端，针对传感器网络应用推出了属性协议ATT以及通用属性剖面GATT，其中基于逻辑链路与适配协议即L2CAP以上的部分可在主机端实现，这一部分可称为主机端部分，HCI层以下部分可称为芯片控制器层也可简称底层协议。

6、特点

（1）适用设备多

蓝牙技术最大的优点是使众多电信和计算机设备无须电缆就能联网。

例如，如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉连接电缆而通过无线使其建立通信。

打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其他的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。

（2）工作频段全球通用

蓝牙技术以无线局域网的IEEE802.11标准技术为基础，工作在2.4GHzISM

频段，该频段用户不必经过允许，在世界范围内都可以自由使用，这就消除了国界的障碍。

（3）使用方便

蓝牙技术规范中采用了一种Plonkandplay的概念，它有点类似即插即用。

这样，用户不必再需要学习如何安装和设置，凡是潜入蓝牙技术的设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，利用相关的控制软件，无需用户干预即可传输数据。

（4）安全加密、抗干扰性强

为了避免干扰，蓝牙技术特别设计了快速确认和调频方案，每隔一段时间就从一个频率跳到另一个频率，不断搜寻干扰比较小的信道。

（5）多路多方向链接

蓝牙无线收发器的链接距离可达10m，不限制在直线范围内，甚至设备不在同一间房内也可以相互连接，并且可以连接多个设备，最多可达7个，这就可以把用户身边的设备都连接起来，形成一个个人领域的网络。

（6）更低碳

低耗能4.0版本蓝牙的功耗较老版本降低了90%，更省电，4.0版本强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能。

蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。

在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial，ScientificandMedical，ISM）频段。

从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。

蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：

1）全球范围适用：

蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。

2）同时可传输语音和数据：

蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。

每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。

当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。

蓝牙有两种链路类型：

异步无连接（AsynchronousConnection-Less，ACL）链路和同步面向连接（SynchronousConnection-Oriented，SCO）链路。

3）可以建立临时性的对等连接（Ad-hocConnection）：

根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。

主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。

皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。

通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网。

4）具有很好的抗干扰能力：

工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱（SpreadSpectrum），将2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。

蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μｓ。

5）蓝牙模块体积很小、便于集成：

由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。

6）低功耗：

蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式——激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。

Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。

7）开放的接口标准：

SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。

8）成本低：

随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降