尽管蓝牙（Bluetooth）3.0都还没有彻底遍及，Bluetooth SIG（蓝牙技能联盟，Bluetooth Special InterestGroup，后文简称BluetoothSIG）却又再次推出了蓝牙4.0标准，并表明这又是蓝牙开展史上一次严重的改造。值蓝牙4.0 推出之时，咱们特别采访了BluetoothSIG的相关技能工程师，并请他们就蓝牙4.0的技能特性做了较为具体的解说。
本文中，咱们将一面领会低功耗蓝牙带来的全新运用形式，一面再次回忆Bluetooth的开展进程，你会发现蓝牙技能在从前的一度迷失之后，再次找回了自己的方位和庄严。
当时的家庭客厅体系，点对点架构现已带来牵扯不清的线缆和紊乱，假如咱们还想把游戏机、数码相机、DV、耳机、麦克风还有移动电话都衔接起来，或许还得考虑添加USB、1394、SPDIF以及各种充电器和电源插座线缆。
图1：点对点结构带来线缆衔接问题
有没有一种通用的、不需求用户干涉的简洁办法把各种电子设备衔接在一同，而又不至于被线缆吞没呢？在Wi-Fi之外，咱们现在现已比较了解的“蓝牙”正是这样一种衔接技能，它被规划为面向个人和家庭的无线式主动衔接，其三大中心特色便是无线、低本钱和主动化。
图2：蓝牙的无线衔接形式
你是经过什么途径来了解并了解蓝牙技能的？我想关于绝大部分用户而言，无非是两个途径—蓝牙耳机或许手机的蓝牙功用。或许你知道怎么用蓝牙功用，可是你 了解蓝牙技能吗？未必！尤其是在洗尽浮华而转注重有用层面的蓝牙4.0技能发布之后，蓝牙的运用面又得到了极大的扩展。从1.0的失利到4.0的改造变 迁，蓝牙技能阅历了哪些改动和进化？蓝牙技能的根本原理是什么？当然还有咱们最关怀的蓝牙4.0究竟能给咱们带来什么？咱们即将为您逐个回答。
Bluetooth 4.0 协议组成
和当时干流的Bluetooth2.x+EDR、还未遍及的Bluetooth3.0+HS不同，Bluetooth 4.0是Bluetooth从诞生至今仅有的一个归纳协议标准，还提出了低功耗蓝牙、经典蓝牙和高速蓝牙三种形式。其间高速蓝牙主攻数据交换与传输，经典 蓝牙则以信息沟通、设备衔接为要点，蓝牙低功耗望文生义，以不需占用太多带宽的设备衔接为主。这三种协议标准还可以彼此组合调配、然后完结更广泛的运用模 式，此外，Bluetooth 4.0还把蓝牙的传输距离提高到100米以上（低功耗形式条件下）。
Bluetooth SIG表明，正式推出Bluetooth 4.0的意图便是期望可以经过单一的接口，让运用体系自己挑选技能运用，而不是让顾客进行设备互连时，还要手动挑选各项设备的衔接形式，这一人性化的功 能取向明显沿用了蓝牙重视可用性和实践体会的规划思路，三种运用形式中，由于经典蓝牙和高速蓝牙都仅仅对旧有蓝牙版别的连续和强化，下面咱们将要点论述将全新的低功耗蓝牙技能。
Bluetooth 4.0 低耗电形式在运用形式上的改动和提高
低功耗蓝牙的前身其实是 NOKIA开发的Wibree技能，本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无 线通讯技能，在被SIG接收并标准化之后从头命名为Bluetooth Low Energy（后简称低功耗蓝牙）。由于该技能专为极低电池量的设备而规划，仅经过一般扣子电池供电便可保证长达一年的正常运用，因而在包含医疗、工业控 制、无线键盘、鼠标、乃至单音耳机、无线遥控器等设备范畴都可得到广泛运用。比如装有记步器的运动鞋、装有脉息量测的运动手环等，就可以经过低功耗蓝牙低 功耗技能将监控信息传送到记录器（能是手表或是PDA）上，而不需像标准蓝牙设备一般需求常常充电。它易于与其它蓝牙技能整合，既可补足蓝牙技能在无线个 人区域网络（PAN）的运用，也能加强该技能为小型设备供给无线衔接的才能。
假如说Wibree的超低功耗奠定了一个技能上的 根底，那么该协议被更名为Bluetooth Low Energy并归入Bluetooth 4.0之后，便拓宽成为一种全新的运用形式，如图6。由于低功耗蓝牙供给了耐久的无线衔接且有用扩展相关运用产品的射程，在各种传感器和终端设备上收集到 的信息被经过低功耗蓝牙收集到电脑、手表、移动电话等具有核算和处理才能的主机设备中，再经过GPRS、3G、经典/高速形式蓝牙或WLAN等传统无线网 络运用与相应的Web服务相关，然后从根本上处理当时传统网络运用在形式上的局限性和交互手法匮乏、数据来历少、实时性差等问题，真实让网络步入日子。
图3： 低耗电蓝牙带来的运用形式的改动
有必要指出，由于低功耗蓝牙在运用形式上的革命性提高，将催生的运用形式彻底无法进行预估，因而它将拓宽出的运用商场绝不会是一个老练的利基商场，而将是一片真实意义上的新范畴，只需有对运用的精确掌握和合理的理念，谁都或许在这个范畴里掘得第一桶金。
Bluetooth 4.0 双形式组合运用
依据Bluetooth SIG发布的Bluetooth 4.0中心标准白皮书，Bluetooth 4.0低耗电形式有双形式和单形式两种运用。低功耗蓝牙的单形式蓝牙的技能特色技能总述蓝牙（Bluetooth）经过低功率无线电波传输数据，其本质是 一种支撑设备短距离通讯（一般是10m之内）的无线电技能。其标准是IEEE 802.15，作业在2.402～2.480GHz频率带之间，根底带宽为1Mb/s。和Wi-Fi、WiMAX等用于局域、城域的无线网络标准不同的 是，Bluetooth所界说的运用规模更小一些，它将运用确定在一个以个人为单位的人域网（PAN）范畴，也便是个人起居活动规模的方圆10米之内，却 包容了包含音频、互联网、移动通讯、文件传输等在内的十分多样化的运用取向，加上着重主动化和易操作性，因而在这一范畴里很快就得到了遍及，尽管在蓝牙的 开展进程中一度曾偏离了这一宗旨，但Bluetooth 4.0的呈现无疑提醒了Bluetooth对本身中心价值的反思和回归。
调理性跳频与轻轻网（Piconet）的原理
由于蓝牙所用的频带仍处于运用繁复的2.4G无线电频率规模邻近，为到达最大极限地防止设备间的彼此搅扰的意图，蓝牙从实践的运用动身，将信号功率规划 得十分弱小，仅为手机信号的数千分之一，这样设备间的距离就只能保持在约10米规模内，然后防止了和移动电话、电视机等设备间的彼此搅扰。
蓝牙协议被规划为一同答应最多八个蓝牙设备互连，因而协议需求处理的另一个问题便是怎么处理同在有用传输规模内的这些蓝牙设备之间的彼此搅扰，这一问题 的处理催生了蓝牙协议最具独创性的通讯办法—调理性跳频技能。它界说了79个独立且可随机挑选的有用通讯频率，每个蓝牙设备都能运用其间任何一个频率，且 能有规则地随时跳往另一个频率，按协议标准，这样的频率跳转每秒钟会产生1600次，因而不太或许呈现两个发射器运用相同频率的情况，即便在特定频率下有 任何搅扰，其持续时刻也仅不到千分之一秒，因而该技能一同还将外界搅扰对蓝牙设备间通讯的影响下降到最小。
让咱们想象一下两个蓝牙设备 间通讯的进程，当两个蓝牙设备彼此接近时，它们之间会产生电子会话以沟通需求，这一会话进程无需用户参加，而一旦需求承认，设备间便会主动承认地址并组成 一个被称为轻轻网（Piconet）的微型网络，此网络一旦构成，组成网络的设备便可洽谈好调和地随机跳频，以保证彼此间的联络，但又不会对其它信号构成 搅扰，所以蓝牙—杂技演员手里的一个钢球就这样构成了。
蓝牙的协议组成 蓝牙标准从拟定之初便界说成为个人区域内的无线通讯拟定的协议，它包含两部分：第一部分为协议中心（Core）部分，用来规则比如射频、基带、链路管理、 服务发现、传输层以及与其他通讯协议间的互用、互操作性等根本组件及办法；第二部分为协议子集（Profile）部分，用来以规则不同蓝牙运用（也称运用 形式）所需的协议和进程。
图4： 同享射频层和独立射频层的双形式低耗电蓝牙规划
如图5，蓝牙标准的规划仍选用从下至上的分层式结构，以人机接口（Host Controller Interface，HCI）为界分为低层和高层协议，其间底层的基带（Baseband）、射频（BluetoothRadio）和链路管理层 （LMP）协议界说了完结数据流的过滤和功用组件是一个高度集成的设备，具有轻量的链路层（Link Layer），能在最低本钱的前提下，支撑低功耗的待机形式、简易的设备发现、牢靠的点对多点的数据传输、安全的加密链接等；坐落上述操控器中的链路层， 适用于网络衔接传感器，并保证在无线传输中，都能经过低功耗蓝牙传输。在双形式运用中，蓝牙低功耗的功用会整合至现有的传统蓝牙操控器中，同享传统蓝牙技 术已有的射频和功用，相较于传统的蓝牙技能，添加的本钱更小；除此之外，制造商可使用晋级版蓝牙低功耗技能的功用模块，集成现在的蓝牙3.0高速版别、或 2.1+EDR等传统蓝牙功用组件，然后改进传统蓝牙设备的数据传输效能。图4即为蓝牙低功耗技能的双形式运用功用逻辑拓扑图，图4右边所示即为经过整合原有蓝牙技能的射频下降了晋级本钱。
图5： 蓝牙标准模块构成
低功耗蓝牙为何如此省电？依据SIG官方发布会的材料，它和经典蓝牙技能比较，首要的改动会集体现在待机功耗的削减、高速衔接的完结 和峰值功率的下降三个方面。待机功耗的下降 传统蓝牙设备的待机耗电量大一直是为人所诟病的缺点之一，这与传统蓝牙技能动辄选用16～32个频道进行播送不无关系，而低功耗蓝牙仅运用了3个播送通 道，且每次播送时射频的敞开时刻也由传统的22.5ms削减到0.6～1.2ms，这两个协议标准上的改动明显大大下降了由于播送数据导致的待机功耗；此 外低功耗蓝牙规划了用深度睡觉情况来替换传统蓝牙的闲暇情况，在深度睡觉情况下，主机长时刻处于超低的负载循环（DutyCycle）情况，只在需求运作 时由操控器来发动，因主机较操控器耗费更多的动力，因而这样的规划也节省了最多的动力；在深度睡觉情况下，协议也针对此通讯形式进行了优化，数据发送距离 时刻也添加到0.5～4s，传感器类运用程序发送的数据量较往常要少许多，并且一切衔接均选用先进的嗅探性次额外（Sn i f f-Subrating）功用形式，因而此刻的射频能耗简直可以忽略不计，归纳以上要素，低功耗蓝牙的待机功耗较传统蓝牙大大削减。
高速衔接的完结 要理解这一进程，咱们有必要先介绍一下蓝牙设备和主机设备的衔接进程。
第一步：经过扫描，企图发现新设备
第二步：承认发现的设备没有罢了软件，也没有处于确定情况
第三步：发送IP地址
第四步：收到并解读待配对设备发送过来的数据
第五步：树立并保存衔接
依照传统的蓝牙协议的标准，若某一蓝牙设备正在进行播送，则它不会呼应当时正在进行的设备扫描，而低功耗蓝牙协议标准答应正在进行播送的设备衔接到正在 扫描的设备上，这就有用防止了重复扫描，而经过对衔接机制的改进，低功耗蓝牙下的设备衔接树立进程已可操控在3ms内完结，一同能以运用程序敏捷发动链接 器，并以数毫秒的传输速度完结经认可的数据传递后并当即封闭衔接，而传统蓝牙协议下即便仅仅树立链路层衔接都需求花费100ms，树立L2CAP（逻辑链 路操控与习惯协议）层的衔接树立时刻则更长。
蓝牙低功耗协议还对拓扑结构进行了优化，经过在每个从设备及每个数据包上运用32位的存取 地址，可以让数十亿个设备能被一同衔接。此技能不光将传统蓝牙1对1的衔接优化，一同也使用星状拓扑来完结一对多点的衔接。在衔接和断线切换敏捷的运用场 景下，数据可以在网状拓扑之间移动，但不至于为了保持此网络而显得过于杂乱，这也有用减轻了衔接杂乱性，削减了衔接树立时刻。下降峰值功率 低功耗蓝牙对数据包长度进行了愈加严厉的界说，支撑超短（8～27Byte）数据封包，并运用了随机射频参数和添加了GSFK调制索引，这些办法最大极限 地削减了数据收发的杂乱性；此外低功耗蓝牙还经过添加调变指数，并选用24位的CRC（循环冗余查看）保证封包在受搅扰时具有更大的安稳度，低功耗蓝牙的 射程添加至100m以上，以上办法结合蓝牙传统的跳频原理，有用下降了峰值功率。
总结与展望
笔者以为Bluetooth的魂灵在于运用而非速度，怎么让运用的门槛更低，让上手更简单，让设备主动化程度更高，需求用户介入的进程越少，运用者的感 受越好，数据的牢靠程度越高，移动的便利性越强，那么它便是Bluetooth该尽力的方向，让咱们一同祝愿Bluetooth有一个更好的将来吧。
