Android 經典藍牙與 BLE 藍牙基礎

1. 藍牙規範簡介

藍牙是一種無線技術標準，用來讓固定與移動設備，在短距離間交換數據，以形成個人局域網（PAN）。其使用短波特高頻（UHF）無線電波，由 2.4 至 2.485 GHz 的 ISM 頻段通信。

藍牙技術最初由愛立信創制。技術始於愛立信公司的 1994 方案，它是研究在移動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。發明者希望爲設備間的通訊創造一組統一規則（標準化協議），以解決用戶間互不兼容的移動電子設備。1997 年前愛立信公司以此概念接觸了移動設備製造商，討論其項目合作發展，結果獲得支持。

1998 年 5 月 20 日，愛立信、 IBM 、英特爾、諾基亞、摩托羅拉、東芝創立“特別興趣小組”（Special Interest Group，SIG），目標是開發一個成本低、效益高、可以在短距離範圍內隨意無線連接的藍牙技術標準。這就是後來的藍牙技術聯盟。

藍牙 2.0 開始支持增強數據速率 EDR，可達 2Mbps。增強功能有簡單安全配對（SSP），這改善了藍牙設備的配對體驗，提升了使用和安全強度。

藍牙 3.0 支持更高的數據傳輸速率，集成 802.11PAL 最高速度可達 24Mbps。是 2.0 速度的 8 倍多。

藍牙 4.0 的關鍵特性是功耗設計考慮。於 2010 年 7 月 7 日推出。Bluetooth 4.0 有“低功耗藍牙”、“傳統藍牙”和“高速藍牙”三種模式。高速藍牙主要用於高速數據交換與傳輸；傳統藍牙則以信息溝通、設備連接爲重點；低功耗藍牙，以不需佔用太多帶寬的設備連接爲主，更加適用於物聯網等對功耗要求高的場景。

Bluetooth 4.0 還把藍牙的傳輸距離提升到 100 米以上（低功耗模式條件下）。藍牙 4.0 有 Single mode 與 Dual mode 兩種模式。Single mode 只能與 BT4.0 互相傳輸無法向下兼容（與 3.0/2.1/2.0 無法相通）;Dual mode 可以向下兼容可與 BT4.0 傳輸也可以與 3.0/2.1/2.0 相通。最短可在 3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數據。使用 AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和認證。

拓撲組網方面：每個數據包的每次接收都使用 32 位尋址，理論上可連接數十億設備；針對一對一連接最優化，並支持星形拓撲的一對多連接；使用快速連接和斷開，數據可以在網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網絡。

藍牙 5.0，於 2016 年 6 月發佈。傳輸距離理論上可達 300 米，傳輸速度上限達 24Mbps。支持室內定位導航功能，允許無需配對接受信標的數據（比如廣告、Beacon、位置信息等，傳輸率提高了 8 倍），更加適合物聯網。

2. 應用場景

藍牙應用在手機上
藍牙應用在PC上，現在很多PC都帶有藍牙模塊
藍牙應用於其它數字設備，如數字照相機、數字攝像機等
籃牙技術構成的電子錢包和電子鎖，這方面現在慢慢被主流的NFC所替代
籃牙技術在嵌入式設備上的應用如藍牙音箱，藍牙耳機，微波爐、洗衣機、電冰箱、空調機等

3. 版本特點與分類

3.1 不同藍牙版本區別

隨着藍牙技術由手機、遊戲、耳機、便攜電腦和汽車等傳統應用領域向物聯網、醫療等新領域的擴展，對低功耗的要求會越來越高。

3.2 藍牙 v4.x 的特點

藍牙4.0有諸如低成本、跨廠商互操作性、3毫秒低延時、100米以上超長距離、AES-128加密等特點外，有效傳輸距離有所提升。
藍牙4.0 主打的是省電，藍牙V4.1主打的是IOT(物聯網)。
藍牙V4.1 以“internet of things”爲目標對V4.0進行軟件升級，在連接性進行提升(在硬件層面V4.0無需任何改動即可使用V4.1)。

表現在:

V4.1標準下藍牙設備可以同時作爲發射方(bt smart，v4.0上貼着的)和接收方(bt smart Ready),並且可以連接到多個設備上。 (主從一體，如智能手環作爲主和防丟器連接，同時也可以作爲從和智能手機相連)
長期睡眠下的自動喚醒功能(離開則斷開，回來則直接連上)；
通過IPV6建立網絡連接？？？？ ----- 即藍牙芯片設備可以取得互聯網上的唯一標記，與其他的聯網設備進行通信，即藍牙V4.1連上可上網的設備後，就可以直接利用IPV6連接網絡了，實現和WIFI模塊相同的功能，但在兼容性上還在做改進，加油吧，騷年。

藍牙V4.2改善了數據傳輸速度和隱私保護程度，並接入了該設備將可直接通過IPv6和6LoWPAN接入互聯網。速度提高2.5，數據包容量相當於之前的10倍。低功耗從260kbps—》650Kbps，全功耗仍爲2.1Mbps。新標準爲固件升級提供了支持。

V4.1 和V4.2都在規格書上添加對無線共存項的測試，因此在4G共存上確保與其的共存性。
當前藍牙協議包括BR/EDR、AMP、LE三種技術。

批量數據的傳輸速度
其中Bluetooth Smart Ready設備指的是PC、平板、手機這樣的連接中心設備，而Bluetooth Smart設備指的是藍牙耳機、鍵鼠等擴展設備。之前這些設備之間的角色是早就安排好了的，並不能進行角色互換，只能進行1對1連接。而在藍牙4.1技術中，就允許設備同時充當“Bluetooth Smart” 和“Bluetooth Smart Ready”兩個角色的功能，這就意味着能夠讓多款設備連接到一個藍牙設備上。
通過IPV6連接到網絡
除此之外，可穿戴設備上網不易的問題，也可以通過藍牙4.1進行解決。新標準加入了專用通道允許設備通過 IPv6 聯機使用。舉例來說，如果有藍牙設備無法上網，那麼通過藍牙4.1連接到可以上網的設備之後，該設備就可以直接利用IPv6連接到網絡，實現與WiFi相同的功能。

3.3 藍牙模塊分類

3.3.1 按支持的藍牙協議分

單模藍牙模塊：支持藍牙某一種協議的模塊；
雙模藍牙模塊：同時支持經典藍牙(BT)和低功耗藍牙(BLE)協議的模塊。

3.3.2 按應用分

藍牙數據模塊：一般多使用BLE低功耗藍牙模塊

藍牙音頻模塊：音頻需要大碼流的數據傳輸更適合使用BT經典藍牙模塊。

低功耗藍牙和傳統藍牙實際上有很大的不同，低功耗藍牙是nokia的wibree標準上發展起來的。在功耗上，傳統藍牙有3個級別的功耗，class1、class2、class3分別支持100m、10m、1m的傳輸距離；低功耗藍牙沒有功耗級別，一般發送功率在7dbm。

3.3.3 按照應用和支持協議劃分

主要分爲兩種：

經典藍牙模塊（BT）
泛指支持藍牙協議在4.0以下的模塊，一般用於數據量比較大的傳輸，如：語音、音樂等較高數據量傳輸。經典藍牙模塊可再細分爲：傳統藍牙模塊和高速藍牙模塊。傳統藍牙模塊在2004年推出，主要代表是支持藍牙2.1協議的模塊，在智能手機爆發的時期得到廣泛支持。高速藍牙模塊在2009年推出，速率提高到約24Mbps，是傳統藍牙模塊的八倍，可以輕鬆用於錄像機至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機之間的資料傳輸。
低功耗藍牙模塊（BLE）
是指支持藍牙協議4.0或更高的模塊，也稱爲BLE模塊，最大的特點是成本和功耗的降低，應用於實時性要求比較高的產品中，比如：智能家居類（藍牙鎖、藍牙燈）、傳感設備的數據發送（血壓計、溫度傳感器）、消費類電子（電子煙、遙控玩具）等。