蓝牙技术,如今越来越多的出现在人们生活中的方方面面。从形状各异的蓝牙耳机,到各种蓝牙连接的智能手表、手环,从花样繁多的蓝牙鼠标、键盘、游戏手柄,再到家里体脂秤、智能蓝牙音箱,对了,还有街边的各种共享单车,感觉蓝牙连接无处不在。为什么在众多的无线连接技术中,蓝牙能脱颖而出?这和蓝牙技术不断的进步,是分不开的。
1994年,瑞典电信巨头爱立信公司提出了蓝牙技术的概念,并于1998年联合诺基亚、IBM、东芝和英特尔成立了蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG),正式启动了蓝牙技术的标准化进程。到1999年,首个蓝牙标准1.0发布,标志着蓝牙技术正式进入商用。最初的版本,最大传输速度为721 kbps,通信距离最大100米,但存在一些兼容性问题。后来,经过10年左右的发展,到了2010年,蓝牙4.0带来了低功耗(LE)技术,大幅降低能耗,使其适用于低功耗设备。以此为分界点,蓝牙4.0之前的蓝牙技术称之为“经典蓝牙”,4.0版本以后的技术称之为“低功耗蓝牙”,简称 BLE。与经典蓝牙相比,低功耗蓝牙有如下的特点。
低功耗:与经典蓝牙相比,BLE显著降低了能耗,例如,遵循蓝牙5.2标准的Nordic nRF5340,3V供电条件夏,0dBm的发射功率仅为3.4mA,休眠功耗仅为1.3μA,这使得它非常适用于电池供电的小型设备,如健身追踪器、智能手表等。
稳定性、安全性和可靠性:众所周知,蓝牙使用的是2.4G的公共频段,与WiFi等无线通信技术同属一个频段,但有赖于蓝牙技术采用的自适应跳频(AFH)技术,从而确保低功耗蓝牙可以在住宅、工业和医疗应用的“嘈杂”RF环境中保持稳定的传输。又因为低功耗蓝牙使用了安全连接(Security Connection)协议,提供加密和身份验证功能,能最大限度的保护数据传输安全。
快速连接:低功耗蓝牙支持安全简单配对(Secure Simple Pairing,SSP)可以迅速建立连接,通常在3毫秒以内,这使得设备之间的交互更为快捷和高效。让人再也不愿意想起之前的蓝牙外设如果需要建立连接,还需要手动输入配对码。
广播模式:BLE支持广播模式,在这种模式下,设备不需要建立连接就可以发送信息。这对于信标(beacon)应用特别有用,比如商场内的位置服务。
多种工作模式:低功耗蓝牙通常基于连接到多个从属设备的主设备,并且一个设备可以同时进行扫描和广播。同时,它可以连接到中央或外围设备,并且可以同时广播。从设备可以通知它需要将数据发送到主设备,广播消息还包括活动或度量。
数据传输速率和传输距离的提升:虽然BLE主要用于传输少量数据,但它的数据传输速率也在不断提升,在蓝牙5.0版本后,理论最大传输速度已经由经典蓝牙3.0的24Mbp翻倍到48Mbps,且最大通信距离也达到了让人吃惊的300米(就算是实验室数据,我也服!)。
兼容性:尽管BLE和经典蓝牙在协议上有所不同,但是许多现代的蓝牙芯片都支持两者,这意味着它们可以在同一设备中共存并根据需要进行切换。
芯片集成度高:BLE芯片集成了射频前端、基带处理器、协议栈等组件,简化了设计并降低了成本,使其能被更广泛的应用于物联网(IoT)、医疗设备、智能家居、健身追踪等领域。
基于蓝牙低功耗技术的蓝牙模块可以应用于多种场景,像移动扩展设备、汽车电子设备、保健和医疗用品(如心跳带、血压计等)、定位应用(如室内定位、地下定位等)、近距离数据收集(如无线复制仪表、无线遥测、温度和湿度传感器等)、数据传输(如智能家居控制、蓝牙调光、打印机等)等。随着技术的不断发展和完善,它将在更多领域发挥重要作用。