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藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展史和相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

關(guān)鍵字:藍(lán)牙 村田 作者: 來源:硬件助手 發(fā)布時(shí)間:2019-09-09  瀏覽:36


藍(lán)牙在我們手機(jī)、電腦等設(shè)備上經(jīng)常接觸到,本文主要介紹藍(lán)牙的發(fā)展歷史,相關(guān)技術(shù)等。

藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)最初于1994年由愛立信公司提出,當(dāng)時(shí)是作為RS232的替代方案。作為有線傳輸?shù)臒o(wú)線替代方案,其理念是使用無(wú)線電傳輸(亦即無(wú)線傳輸)來交換數(shù)據(jù)。藍(lán)牙這個(gè)名字來自十世紀(jì)的一名丹麥國(guó)王(Harald Blatand),英文名為哈拉爾·藍(lán)牙(Harold Bluetooth)。哈拉爾被稱為藍(lán)牙王是因?yàn)锽latand翻譯成英語(yǔ)是Bluetooth。據(jù)說,藍(lán)牙王統(tǒng)一了四分五裂的交戰(zhàn)派,亦即現(xiàn)在的挪威、瑞典和丹麥。同樣地,藍(lán)牙技術(shù)的誕生成為一種開放式標(biāo)準(zhǔn),讓離散的產(chǎn)品和行業(yè)可以建立聯(lián)系和協(xié)同工作。

從1998年Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司共同提出開發(fā)的V0.7版本到后來正式發(fā)布的Bluetooth V1.0,到最新的Bluetooth V5.1,經(jīng)歷了十幾個(gè)版本的修訂后,發(fā)展為當(dāng)前的狀況。

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  • EDR:全稱為Enhanced Data Rate。通過提高多任務(wù)處理和多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力,EDR使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸速度可達(dá)3Mbps。

  • AMP:Alternate MAC and PHY layer extension。

  • HS:全稱為High Speed。HS使得Bluetooth能利用WiFi作為傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,其支持的傳輸速度最高可達(dá)24Mbps。其核心是在802.11的基礎(chǔ)上,通過集成802.11協(xié)議適配層,使得藍(lán)牙協(xié)議棧可以根據(jù)任務(wù)和設(shè)備的不同,選擇正確的射頻。

  • BLE:全稱為Bluetooth Low Energy。藍(lán)牙規(guī)范4.0最重要的一個(gè)特性就是低功耗。BLE使得藍(lán)牙設(shè)備可通過一粒紐扣電池供電就可持續(xù)工作數(shù)年之久。很明顯,BLE使得藍(lán)牙設(shè)備在鐘表、遠(yuǎn)程控制、醫(yī)療保健及運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器等市場(chǎng)具有極光明的應(yīng)用場(chǎng)景。

藍(lán)牙協(xié)議包括兩種技術(shù):Basic Rate(簡(jiǎn)稱BR)和Low Energy(簡(jiǎn)稱LE)。這兩種技術(shù),都包括搜索(discovery)管理、連接(connection)管理等機(jī)制,但它們是不能互通的!廠商要么實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)中的一種,這時(shí)就只能和同樣實(shí)現(xiàn)了這個(gè)技術(shù)的設(shè)備互通,而不能和實(shí)現(xiàn)另外一種技術(shù)的設(shè)備互通。如果廠商要確保能和所有的藍(lán)牙設(shè)備互通,那么就只能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù),而不去管是否真的需要。

下面就針對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

Basic Rate是真正的藍(lán)牙技術(shù),可以包括可選(optional)的EDR(Enhanced DataRate)技術(shù),以及交替(Alternate)使用的MAC(Media Access Control)層和PHY層擴(kuò)展(簡(jiǎn)稱AMP)。

藍(lán)牙誕生之初,使用的是BR技術(shù),此時(shí)藍(lán)牙的理論傳輸速率,只能達(dá)到721.2Kbps。在那個(gè)年代,56Kbps的Modem就是高大上了,這個(gè)速度可以說是驚為天人了!但是科技變化太快了,BR技術(shù)轉(zhuǎn)眼就過時(shí)了。那怎么辦呢?縫縫補(bǔ)補(bǔ)一下,增強(qiáng)速度唄,Enhanced Data Rate就出現(xiàn)了。

使用EDR技術(shù)的藍(lán)牙,理論速率可以達(dá)到2.1Mbps。這一次的升級(jí)換代,還算優(yōu)雅,因?yàn)闆]有改變?nèi)魏蔚挠布軜?gòu)、軟件架構(gòu)和使用方式上的改變。

EDR又落伍了,看看人家WIFI(WLAN),幾十Mbps,上百M(fèi)bps,咱們才2.1Mbps,也太寒酸了吧!那怎么辦呢?藍(lán)牙組織想了個(gè)壞主意:哎,WIFI!把你的物理層和MAC層借我用用唄!這就是AMP(Alternate MAC and PHY layerextension)。艾瑪,終于松口氣了,我們可以達(dá)到24Mbps了。

不過呢,由于藍(lán)牙自身的物理層和AMP技術(shù)差異太明顯了,這次擴(kuò)展只能是交替使用(Alternate)的,也就是說,有我(BR/EDR)沒你(AMP)。

optional和alternate意味著,BR和EDR是可以同時(shí)存在的,但BR/EDR和AMP只能二選一。

上面的BR技術(shù)的進(jìn)化路線,就是傳輸速率的加快、加快、再加快。但能量是守恒的,你想傳的更快,代價(jià)就是消耗更多的能量。而有很多的應(yīng)用場(chǎng)景,并不關(guān)心傳輸速率,反而非常關(guān)心功耗。這就是Bluetooth LE(BLE,Low Energy稱作藍(lán)牙低功耗)產(chǎn)生的背景。

LE技術(shù)相比BR技術(shù),差異非常大,或者說就是兩種不同的技術(shù),湊巧都加一個(gè)“藍(lán)牙”的前綴而已。

  • BR/EDR技術(shù),過于側(cè)重“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”通信,以至于雖然在協(xié)議的底層(如Logical Link)有提及多播(Unidirectional)和廣播(Broadcast)的概念,但在上層的應(yīng)用場(chǎng)景中,幾乎不存在(也不可能存在)相應(yīng)的應(yīng)用。

  • 但隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,業(yè)界對(duì)簡(jiǎn)單的、不需要連接的多播或廣播通信的需求越來越迫切,因此BLE技術(shù)在RF和Baseband的協(xié)議中,就做出了修改,以適應(yīng)這種需求,即:修改原有的79個(gè)channel的跳頻方式,將channel的個(gè)數(shù)減少為40個(gè),并保留了不少于3個(gè)的固定channel,用于廣播通信。在剩下的37個(gè)data channel上跳頻。

  • 正因?yàn)檫@種改變,原有的搜索/連接/配對(duì)等概念,在BLE上就不再存在了,取而代之的是Advertisor、Initialor等概念。但在之后的數(shù)據(jù)通信的層次上,盡量保持了一致。

  • 對(duì)于AMP來說,是基于BR/EDR的controller,在完成通常的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接之后,兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備商議,是否需要將后續(xù)的數(shù)據(jù)通信,轉(zhuǎn)移至AMP controller上。這就是Bluetooth 3.0引入的AMP技術(shù)。

以上就是針對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展歷程、相關(guān)技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹。

編輯:amy  最后修改時(shí)間:2019-09-09

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