从1.0到5.2,你对身边的蓝牙技术究竟了解多少?

贸泽电子设计圈 2020-09-03

2020年1月,蓝牙特别兴趣小组(SIG)发布了最新一版的蓝牙5.2规范,此举也再次提醒人们——这个已经伴随了我们25年的无线技术,并没有放缓自己的脚步,还在随着市场的步伐一个劲儿地往前冲。



蓝牙技术诞生于1994年,是由爱立信公司发明的,它最初的目的是希望通过无线音频传输让无线耳机成为可能。 再后来,蓝牙成为一种允许在设备之间传输数据的无线技术,这使得数据传输更简单、更独立,而不必在更换设备或将其发送给其他人时丢失任何重要信息。

如今,蓝牙已经无处不在,扬声器、无线耳机、汽车、可穿戴设备、医疗设备,甚至我们穿的鞋子,都有蓝牙的身影。特别是随着物联网的快速发展,蓝牙的作用更是日益凸显,它已经成为了如今人们智能生活的“标配”。



蓝牙,为什么叫“蓝牙”?

当我们回望25年前蓝牙诞生时的情景,有个细节可能是很多人没有仔细去琢磨的——蓝牙的名字是怎么来的?大家都知道蓝牙是一种无线技术标准,它是由蓝牙特殊兴趣小组(SIG)进行管理的,但有意思的是他们并没有用SIG来为这个无线技术命名。这是为什么呢?

实际上,“蓝牙”是一个维京人的名字,这个名字是由Jim Kardach在1997年提出来并使用的。名字就源自Jim Kardach非常喜欢读的一本书《长船》(The Long Ships),该书中有一位统一了丹麦和挪威的国王“Harald Blåtand Gormsson”,“Harald Blåtand”的英语版就是“Harald Bluetooth”,他以联合维京人部落进入丹麦王国而闻名,Jim Kardach用国王的名字来命名了新标准,蓝牙的标志也是Harald Blåtand首字母H.B.的组合。

是不是从那时起,蓝牙就有了“成为王者”的野心,我们不得而知,不多从过去20多年蓝牙的进化之路来看,它真的可以算是众多无线技术中最努力、最活跃的那一个。



蓝牙技术的演进之路
如上文所述,经过20多年的发展,蓝牙的最新版本已扩展至“蓝牙5.2”。为了清晰起见,我们制作了一张表格。从表1中可以看出,随着技术的演进,蓝牙的性能也随之有了很大提升。


蓝牙版本

发布时间

最大传输速度

传输距离

蓝牙1.0

1998

723.1 Kbps

10米

蓝牙1.1

2002

810 Kbps

10米

蓝牙1.2

2003

1 Mbps

10米

蓝牙2.0+EDR

2004

2.1 Mbps

10米

蓝牙2.1+EDR

2007

3 Mbps

10米

蓝牙3.0+HS

2009

24 Mbps

10米

蓝牙4.0

2010

24 Mbps

50米

蓝牙4.1

2013

24 Mbps

50米

蓝牙4.2

2014

24 Mbps

50米

蓝牙5.0

2016

48 Mbps

300米

蓝牙5.1

2019

48 Mbps

300米

蓝牙5.2

2020

48 Mbps

300米

表1:蓝牙技术演进路线图


但是如果仅仅从传输速度和传输距离两个维度来观察,并不能反映出蓝牙技术演进的全貌,下面我们就随这个过程进行一次全面的梳理,为大家厘清蓝牙每次进步中最重要的关键点。
早期的蓝牙1.0和1.1版本存在多个问题,不同厂商的产品基本互不兼容。蓝牙1.2版本是商用的第一个版本,它做了一些改进,可以向下兼容1.1版。不过蓝牙真正在市场上获得应用,应该是2004年推出的蓝牙2.0。
2007年7月,蓝牙技术联盟通过了蓝牙核心规范2.1+EDR,其向下对1.2版本完全兼容,并增加了Sniff省电功能,使得功耗大幅降低。蓝牙2.1版本主要实现了3个目标,这也奠定了蓝牙未来发展的主基调:一是安全简易配对,为数据交换双方创建了加密功能;二是Sniff分级,可将蓝牙设备的电池寿命延长5倍;三是扩展查询响应,它可以防止设备与不需要的设备配对,精确性更高。
2009年推出的蓝牙3.0+HS版本,大幅提高了数据传输速率,解决了蓝牙传输大文件耗时长的问题。正是在这个版本中引入了单播无连接数据,使得该技术的响应速度更快。总的来说,蓝牙3.0+HS在很大程度上改进了原有的蓝牙技术,令其在激烈的竞争中没有掉队。
蓝牙4.0是在2010年面世的,它允许在更大范围内进行数据传输,并改善了连接性能。不过蓝牙4.0最大的一个变化还要算是低功耗蓝牙(BLE)的出现,此举有力地推动了蓝牙的应用普及,特别是搭上了彼时方兴未艾的物联网应用发展的快车,于是蓝牙的版图也从传统的IT周边和无线音频设备,扩展到了更多的智能设备领域。
可以说从蓝牙4.0开始,蓝牙的发展路径开始有了两个分支——一个被称为蓝牙经典,主要用于无线扬声器、车载信息娱乐系统和耳机;另一个就是低功耗蓝牙(BLE),BLE在功耗敏感型的应用中(如电池供电的设备),以及只需传输少量数据的应用中(比如传感器应用),表现极其突出。由于许多物联网系统涉及小型设备和传感器,因此BLE已经成为物联网中更常见的协议。市场上也因此有了蓝牙双模芯片。
2013年版的蓝牙4.1有了更显著的进步,它扩展了当设备不在彼此附近时使用蓝牙连接的能力。这个版本的另一个特性进一步激活了蓝牙市场:我们知道,蓝牙设备之间的连接一直是主设备和外围设备之间的连接,而在蓝牙4.1中,共享同一集线器的任何2台设备也可以通过蓝牙交换数据,因此蓝牙用户可以获得更佳的使用体验。
2014年的蓝牙4.2增加了安全性、速度和数据传输范围,它能保护自己的设备,以防止不必要的跟踪和设备在线跟踪,同时其速度也比上一个版本提高了2.5倍。
2016年12月,SIG发布了蓝牙5.0版,这个版本支持2倍传输速率、4倍覆盖范围、8倍广播数据长度,同时在低功耗特性上也进一步优化。为了更好地推行蓝牙5.0+协议,蓝牙联盟于2020年正式废弃蓝牙4.1及以下协议,预计在2024年后,市面上所有的笔记本、平板、手机设备都将采用蓝牙5.0 + BLE双模芯片。

在5.0之后的版本更新中,蓝牙技术也一直在为用户“送惊喜”,比如将蓝牙Mesh网络纳入了规范;在蓝牙5.1中新增了“寻向功能”,让基于蓝牙的厘米级精准定位成为可能;在最新的5.2中又增加了低功耗音频(LE Audio)……这些新技能都在将蓝牙推向更广阔的市场。



不断扩张的蓝牙应用版图

据蓝牙技术联盟最新发布的《2020年蓝牙市场最新资讯》预测,今年蓝牙设备总出货量可以达到46亿;到2024年,设备年度出货量将高达62亿。其中,三分之二的蓝牙设备将来自于非手机、平板和个人电脑,这一数据与2015年的市场相对比形成了一个大反转——2015年,非手机、平板和个人电脑的设备出货量仅仅占到33%。这也再一次地证明了市场上蓝牙设备的多样化趋势。

图2:蓝牙全球市场年度出货量(资料来源:ABI Research)

当我们仔细观察未来蓝牙市场走向时,也会发现其中有很多亮点可圈可点。

音频传输


音频传输是蓝牙技术的第一大应用领域,到2024年,该领域设备年出货量将达到15亿以上并在未来呈现持续增长趋势。真无线耳机(TWS)堪称近年来的市场大热门。这也会让蓝牙在“不忘初心”的基础上,更上层楼。

无绳桌面


有了蓝牙技 术,大部分外围设备,如鼠标、键盘、打印机、扬声器等都能以无线方式连接到电脑上。 在这个“传统”的领域一些创新的概念将成为未来市场发展的重要推手,比如虚拟键盘就是蓝牙技术的应用案例之一,它可以在用户希望的任何地方使用,并且做到像物理键盘 那样工作,实现这种便利性当然少不了蓝牙提供的无线连接。
物联网设备互连


蓝牙在数据传输方面的低功耗特性使其成为很多互联网应用的首选互连技术,比如可穿戴设备、运动健康监测设备,以及各种植入设备等。 预计到2024年,整个基于蓝牙的数据传输设 备年出货量将达到15亿以上。 随着蓝牙5.0的诞生,蓝牙将为物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)的发展提供更大的潜力。

图3:蓝牙互联设备出货量(资料来源:ABI Research)


蓝牙Mesh网络


由于蓝牙5.0集成了Mesh标准,让蓝牙设备不用借助集线器即可实现组网通信,这也使得蓝牙Mesh具备了与其他无线网络连接技术(如Thread、zigbee等)竞争的资本。这意味着除了传统的点对点的连接和通信,蓝牙也可以在智能楼宇、智能工业、智能家居及智慧城市等新兴物联网应用领域,分得一杯羹。据悉,现在蓝牙Mesh认证产品正在以每6个月翻一番的速度成长。

蓝牙位置服务


蓝牙位置服务的年出货量虽然不是最大的,但却是增长最快的解决方案领域,这主要得益于蓝牙5.1中推出的增强功能和寻向服务。根据ABI的预测,2024年蓝牙位置服务将覆盖18亿部手持设备,蓝牙个人标签设备以及库存追踪标签设备的出货量将会达到1.3亿,至2024年用于定位和位置服务的标签年出货量将增长3.4倍。

蓝牙LE Audio


这一功能被认为是蓝牙5.2送给开发者的“大礼包”,凭借多重串流音频的特性,LE Audio可以让音频信号同时到达多个设备,比如在TWS中,利用LE Audio可以同时将音频信号传输至两个耳机,而不是现在的先到一个主耳机再连接到另一个副耳机,在连接稳定性和降低延迟方面的体验都会有很大提升,会给TWS未来的产品和市场带来极大的影响。 此外,在私人音频分享、一对多的 音频教学、多语言的实时翻译等新兴应用中,LE Audio也将让用户的脑洞大开。 预计在LE Audio的推动下,至2024年蓝牙音频传输设备年出货量将达到15亿,较2019年增长40%。




面对一个20多年的“老友”,我们应该是十分熟悉的,但是面对蓝牙这个伴随了我们20多年的无线互连技术,我们却会时不时地被它的不断变化搞得有些“陌生”。而也正是这种陌生感,让蓝牙保持住了它的活力,你对它了解得越多,越是能发现它身体里蕴藏的巨大能量。所以今天,是时候好好认识一下我们这位“老朋友”了。




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