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知名蓝牙芯片原厂及其发展应用史(含蓝牙V1.0-V5.0介绍)
[ 作者:转自互联网   发布时间:2016-08-09 ]
        英国芯片商CSR被高通收购,全球最大的独立蓝牙芯片厂商将蓝牙市场拱手让出。越来越多的SoC厂商和连接芯片厂商,都推出了BT、WIFI、FM、ZigBee等多合一无线芯片,看上去独立的蓝牙芯片厂商在市场已经没有立足之地。
        “业界确实推出了很多BT与WIFI等低功耗COMBO芯片,以及面向针对物联网市场的蓝牙SoC,但是针对超低功耗应用方面的应用,例如一些配件产品,如可穿戴设备,只有BLE蓝牙芯片才能达到要求。” Paal Kastnes认为单独的蓝牙无线芯片在这个市场,不会被COMBO芯片取代。
        对于蓝牙,绝大部分人都不陌生,这是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。早在Wi-Fi传输技术出现之前,蓝牙便广泛运用于各种连接设备之间进行无线信息交换,在相当长的时间内,占据了传输市场的主导地位和主流地位。
        随着Wi-Fi等传输技术的出现,蓝牙在人们心目中的比重似乎开始逐渐下降,但可以肯定的是,蓝牙依旧是各类数码产品中不可或缺的模块。同时,不可忽略的是,蓝牙技术本身也在发展,从V1.1到V2.0再到V4.2以及最新版本V5.0,不断优化和提升。尤其是蓝牙技术联盟6月16日发布的蓝牙5.0标准,在原有的基础上进一步改善,吸引了广大用户关注。
 
什么是蓝牙?
        蓝牙技术是一种尖端的开放式无线通讯标准,能够在短距离范围内无线连接桌上型电脑与笔记本电脑、便携设备、PDA、移动电话、拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠标。
        利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效。
        蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。
        蓝牙协议堆栈依照其功能可分四层:核心协议层(HCI、LMP、L2CAP、SDP)、线缆替换协议层(RFCOMM)、电话控制协议层(TCS-BIN)和选用协议层(PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE)。
        简言之,蓝牙技术让各种数码设备之间能够无线沟通,让散落各种连线的桌面成为历史。有了蓝牙无线技术,你就可以轻松连接你的电脑和便携设备、移动电话以及其它外围设备――在 9 米(30英尺)距离之内以无线方式彼此连接。
        相比于其他无线技术:红外、无线2.4G、WiFi来说,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。尤其是在授权门槛逐渐降低的今天,蓝牙技术开始真正普及到所有的数码设备。不过,蓝牙这一路走来也并非完美,从1.0到4.2,再到现在的5.0,是一个不平凡的过程。
 
蓝牙名字的来源
        这要源于一个小故事。
        公元940-985年,哈洛德。布美塔特(Harald Blatand),后人称Harald Bluetooth,统一了整个丹麦。他的名字“Blatand”可能取自两个古老的丹麦词语。“bla”意思是黑皮肤的,而“tan”是伟人的含义。和许多君王一样 ,哈洛德四处扩张,为政治、经济和荣誉而征战。公元960年哈洛德到达了他权力的最高点,征服了整个丹麦和挪威。而蓝牙是这个丹麦国王Viking的“绰号”,因为他爱吃蓝梅,牙齿被染蓝,因此而得这一“绰号”。
        在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员,在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后,有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将挪威,瑞典和丹麦统一起来;他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术,技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作,保持着各个系统领域之间的良好交流,例如计算机,手机和汽车行业之间的工作。
 
为什么要推出蓝牙?
        蓝牙技术最初由爱立信创制。技术始于爱立信公司的1994方案,它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备。
        研究的目的是要找到一种方法,能够除掉连接移动电话和PC卡、耳机、台式电脑及其他设备之间的电缆。此项研究是一个大项目的一部分,该项目是要研究如何将各种不同的通信设备通过移动电话接入到蜂窝网上。公司得出结论,这种连接的最后一段应该是短距离的无线连接。随着项目的进展,日益明朗化的是短距离无线通信的应用范围几乎无限广阔。
        1997年,爱立信公司借此概念接触了移动设备制造商,讨论其项目合作发展,结果获得支持。
        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。
        1999年5月20日,这五家厂商成立了蓝牙“特别兴趣组”(Special Interest Group,SIG),即蓝牙技术联盟的前身,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。
        到2000年4月,SIG的成员数已超过1500,其成长速度超过任何其他的无线联盟。这些公司联合开发了蓝牙1.0标准,并于1999年7月公布。蓝牙标准包括两个文件:
        基础核心协议——提供设计标准;
        基础应用规范——提供互操作性准则。
        核心协议文件描述了射频、基带、链路管理器、业务发现协议、传输层以及与其他协议的互操作性等内容;应用规范文件描述了各种不同类型的蓝牙应用所要求的协议和过程。
        2006年10月13日,Bluetooth SIG(蓝牙技术联盟)宣布联想公司取代IBM在该组织中的创始成员位置,并立即生效。通过成为创始成员,联想将与其他业界领导厂商杰尔系统公司、爱立信公司、英特尔公司、微软公司、摩托罗拉公司、诺基亚公司和东芝公司一样拥有蓝牙技术联盟董事会中的一席,并积极推动蓝牙标准的发展。
        除了创始成员以外,Bluetooth SIG还包括200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。而企业只要使用“蓝牙(Bluetooth)”相关商标在市场上销售产品,都必须向蓝牙技术联盟交纳商标使用费和产品认证费。
        2008年,蓝牙技术联盟准备新设立一个“初级应用成员公司”的会员级别,如果是年营业额小于300万美元的中小企业,入会费为零,认证两款蓝牙产品的费用降至2500美元。
 
蓝牙的版本演进及其发展史
       在5.0之前,蓝牙经过了多个版本的演进,主要为1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1和4.2。
  • EDR:全称为Enhanced Data Rate。通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,EDR使得蓝牙设备的传输速度可达3Mbps。
  • HS:全称为High Speed。HS使得Bluetooth能利用WiFi作为传输方式进行数据传输,其支持的传输速度最高可达24Mbps。其核心是在802.11的基础上,通过集成802.11协议适配层,使得蓝牙协议栈可以根据任务和设备的不同,选择正确的射频。
  • BLE:全称为Bluetooth Low Energy。蓝牙规范4.0最重要的一个特性就是低功耗。BLE使得蓝牙设备可通过一粒纽扣电池供电以维持续工作数年之久。很明显,BLE使得蓝牙设备在钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等市场具有极光明的应用场景。

◆蓝牙1.1标准
        1.1 为最早期版本,传输率约在748~810kb/s,因是早期设计,容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

 ◆蓝牙1.2标准
        1.2 同样是只有 748~810kb/s 的传输率,但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。

◆ 蓝牙2.0标准
        2.0是1.2的改良提升版,传输率约在1.8M/s~2.1M/s,开始支持双工模式——即一面作语音通讯,同时亦可以传输档案/高质素图片,2.0版本当然也支持Stereo运作。
        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。

◆ 蓝牙2.1标准
        2007年8月2日,蓝牙技术联盟今天正式批准了蓝牙2.1版规范,即“蓝牙2.1+EDR”,可供未来的设备自由使用。和2.0版本同时代产品,目前仍然占据蓝牙市场较大份额,相对2.0版本主要是提高了待机时间2倍以上,技术标准没有根本性变化。

◆ 蓝牙3.0标准
        2009年4月21日,蓝牙技术联盟(BluetoothSIG)正式颁布了新一代标准规范"BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed"(蓝牙核心规范3.0版),蓝牙3.0的核心是"GenericAlternateMAC/PHY"(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。
        蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11WI-FI用于实现高速数据传输)。在传输速度上,蓝牙3.0是蓝牙2.0的八倍,可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输,但是需要双方都达到此标准才能实现功能。

◆ 蓝牙4.0标准
        蓝牙4.0规范于2010年7月7日正式发布,新版本的最大意义在于低功耗,同时加强不同OEM厂商之间的设备兼容性,并且降低延迟,理论最高传输速度依然为24Mbps(即3MB/s),有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)。该标准芯片被大量的手机、平板所采用,如苹果TheNewiPad平板电脑,以及苹果iPhone5、魅族MX4、HTCOneX等手机上带有蓝牙4.0功能。

◆ 蓝牙4.1标准
        蓝牙4.1于2013年12月6日发布,与LTE无线电信号之间如果同时传输数据,那么蓝牙4.1可以自动协调两者的传输信息,理论上可以减少其它信号对蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智能化,比如减少了设备之间重新连接的时间,意味着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断开连接的时间不算很长,当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接,反应时间要比蓝牙4.0更短。最后一个改进之处是提高传输效率,如果用户连接的设备非常多,比如连接了多部可穿戴设备,彼此之间的信息都能即时发送到接接收设备上。
         除此之外,蓝牙4.1也为开发人员增加了更多的灵活性,这个改变对普通用户没有很大影响,但是对于软件开发者来说是很重要的,因为为了应对逐渐兴起的可穿戴设备,那么蓝牙必须能够支持同时连接多部设备。

◆ 蓝牙4.2标准
        2014年12月4日,最新的蓝牙4.2标准颁布。蓝牙4.2标准的公布,不仅改善了数据传输速度和隐私保护程度,还接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。
        首先是速度方面变得更加快速。尽管蓝牙4.1版本已在之前的基础上提升了不少,但远远不能满足用户的需求,同Wi-Fi相比,显得优势不足。而蓝牙4.2标准通过蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右,两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了2.5倍。
        其次,隐私保护程度地加强也获得众多用户的好评。我们知道,蓝牙4.1以及其之前的版本在隐私安全上存在一定的隐患——连接一次之后便无需再确认便自动连接,容易造成隐私泄露。而在蓝牙4.2新的标准下,蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可,否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。
        当然,最令人期待的还是新版本通过IPv6和6LoWPAN接入互联网的功能。早在蓝牙4.1版本时,蓝牙技术联盟便已经开始尝试接入,但由于之前版本传输率的限制以及网络芯片的不兼容新,并未完全实现这一功能。而据蓝牙技术联盟称,蓝牙4.2新标准已可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。相信在此基础上,一旦可IPv6和6LoWPAN广泛运用,此功能将会吸引更多的关注。
        另外不得不提的是,对较老的蓝牙适配器来说,蓝牙4.2的部分功能将可通过软件升级的方式获得,但并非所有功能都可获取。蓝牙技术联盟称:“隐私功能或可通过固件升级的方式获得,但要视制造商的安装启用而定。速度提升和数据包扩大的功能则将要求硬件升级才能做到。”而到目前为止,蓝牙4.0仍是消费者设备最常用的标准,不过Android Lollipop等移动平台已经开始添加对蓝牙4.1标准和蓝牙4.2标准的原生支持。

◆ 蓝牙5.0标准
        美国时间2016年6月16日,蓝牙技术联盟(SIG)在华盛顿正式发布了第五代蓝牙技术(简称蓝牙5.0),不仅速度提升2倍、距离远4倍,还优化IoT物联网底层功能。
        性能方面,蓝牙5.0标准传输速度是之前4.2LE版本的两倍,有效距离则是上一版本的4倍,即蓝牙发射和接收设备之间的理论有效工作距离增至300米。
        另外,蓝牙5.0还允许无需配对接受信标的数据,比如广告、Beacon、位置信息等,传输率提高了8倍。同时蓝牙5.0标准还针对IoT物联网进行底层优化,更快更省电,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。
蓝牙技术联盟称,目前全球的蓝牙设备已经超过了82亿。并预计蓝牙5.0标准将于2016年年底或2017年年初正式推出,搭载蓝牙5.0芯片的旗舰级手机将于2017年问世,据称苹果将为成为第一批使用该项技术的厂商之一。
 

蓝牙技术的应用
  • 智能穿戴设备(如蓝牙手环)
  • 物联网
  • 蓝牙音箱
  • 蓝牙耳机
  • 蓝牙键鼠
  • 智能手机
  • 平板电脑
  • 高清电视
  • 笔记本电脑
  • 各种短距离无线传输应用(如打印机)
  • 其他应用
 
        总言之,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。同时也与我们的生活、工作、驾驶、娱乐、多媒体密切相关,通过使用蓝牙技术产品,人们可以免除居家办公电缆缠绕的苦恼,通过连接手机至扬声器召开免提电话会议,通过无线立体声耳机收听从家庭音响或其它类似音频设备传送的流音乐。
        蓝牙标准的每一代升级,相信对平板手机等电子产品都充满了吸引力。而搭载更高版本蓝牙标准的产品,则会提升整体效能,例如有更广泛的配对范围、更高的传输速度、更加节能、直接接入互联网等等。相信未来蓝牙的应用会更加广泛,更加贴合用户。