蓝牙4.1的前世今生

不用多说，你肯定非常了解蓝牙技术，因为你整天挂着个蓝牙耳机接打电话，没事还会连接一个蓝牙音箱听听音乐。此外，你的平板电脑也可能是通过蓝牙连接键盘和鼠标，游戏机通过蓝牙连接手柄。对了，近智能穿戴设备挺火，也是通过蓝牙来连接。另外在办公、医疗等方面，蓝牙的用途也不小。虽然它不像Wi-Fi那样是许多人的第一需求，但生活中没有蓝牙也会很不方便。将来，蓝牙或许也会变得不可或缺，因为去年12月，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布了新的蓝牙4.1，诸多新特性集都指向一个词：Internet Of Things，即物联网。

蓝牙技术介绍

在解释蓝牙4.1的新特性之前，我们还是需要了解一下蓝牙技术的工作原理。爱立信公司早在1994年就开始研发这种支持设备短距离（一般是10米内）无线通讯的技术，目的是为了在移动电话和其他配件之间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。爱立信希望为设备间的通讯创造一个标准化协议，以解决用户间互不兼容的移动电子设备的连接。1998年，爱立信、I BM、英特尔、诺基亚及东芝公司组成“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG，蓝牙技术联盟的前身），着手开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。

1998年，蓝牙0.7问世；1999年7月蓝牙1.0版确定使用2.4GHz频段，使用IEEE802.15协议，高资料传输速度1Mb/s。比当时流行的红外传输技术速度更快，而且只要在有效范围内就能通讯，不像红外传输那样需要接口对接口的连接。因此红外传输很快被蓝牙取代。蓝牙工作的频段属于全球通用的ISM(工业、科学、医学）频段，ISM频段对所有无线电系统都开放，因此必然会遇到不可预测的干扰源，例如某些家电、无线电话、微波炉等等。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保连接稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（Hop Channel）。在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道。只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律跳频，也就无法进行干扰。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，被干扰的可能也就很小。

与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。蓝牙支持点对点和点对多点的通信方式，其大发射功率分为3级：100mw（20dB/m）、2.5mw（4dB/m）、l mw（0dB/m），可根据信号强弱自动调整发射功率。当发射功率提高到10mw时，其传输距离可以扩大到100m。蓝牙标准中规定了在设备连接状态下有保持模式（Hold Mode）、呼吸模式（Sniff Mode）和休眠模式（Park Mode）3种电源节能模式以及正常的活动模式（Active Mode）。一个可进行电源管理的蓝牙设备可以处于这4种状态并进行切换，其中休眠模式节能效率高。蓝牙为各种移动设备和围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了有效途径，而去掉各种麻烦的线缆。

蓝牙技术的优点：蓝牙技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，易于安装和设置。由于采用了“配置文件”这一独特概念，蓝牙产品无需安装驱动程序，它是在两个设备间进行无线短距离通信的简单、便捷的方法。它功耗低、成本低、体积小、对人体影响小，而且有着全球统一的标准，因而在世界各地都可以使用。

蓝牙采用AFH（Adaptive Frequency Hopping）避免频段干扰和冲突。如果不使用AFH，将有可能与Wi-Fi常用信道重叠，造成干扰。

无线频谱利用分布

来自英飞凌的Blue Moon-Single-Chip蓝牙模块，就这体积装在任何设备上都不会占地方。

大统——蓝牙4.0标准

2010年7月，蓝牙技术联盟推出蓝牙4.0规范。其前身是诺基亚开发的Wibree技术，本是一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术，在被蓝牙技术联盟SIG接纳并规范化之后重命名为Blue tooth Low Energy，这也符合蓝牙要更省电和更快速的发展目标。作为蓝牙3.0+HS规范的升级版，蓝牙4.0专门面向对成本和功耗

都有较高要求的无线方案，其主打特性就是省电、省电、省电。它有低功耗、经典、高速三种协议模式。其中：高速蓝牙主攻数据交换与传输；经典蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点；低功耗蓝牙以不需占用太多带宽的设备连接为主。这三种协议规范能够互相组合搭配，从而适应更广泛的应用模式。低功耗模式下，传输距离能提升到100米以上。

正因为有了三种可以互相组合搭配的协议，蓝牙4.0因此成为唯一一个综合协议规范。它有着极低的运行和待机功耗，一粒纽扣电池可以连续工作数年之久，这就使得蓝牙技术可以延伸到采用纽扣电池供电的设备上。此外，结合低成本、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等特性，可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域，大大扩展蓝牙技术的应用范围。

蓝牙4.1之前，设备配对是个麻烦事情。如果经常轮换使用不同的蓝牙设备，那就更麻烦。

今后的蓝牙设备将分为三种：Bluetooth Smart Ready、Bluetooth Smart以及传统的Bluetooth设备。它们之间可以自由配对

蓝牙4.1让设备不再局限于只能是连接中心或是扩展设备，角色可以互换。

2013年，智能可穿戴设备火了，蓝牙4.0功不可没。

蓝牙4.1改进——站在前辈的肩上

我们絮絮叨叨说了这么多关于蓝牙以及蓝牙4.0的事儿，也是为了能更好地介绍目前新的蓝牙4.1标准。毕竟罗马不是一天建成的，蓝牙4.1也是站在前辈规范的肩膀上制定的。蓝牙技术联盟SIG表示，蓝牙4.1有三个重要的改进：与LTE并存、简化设备连接、改善数据传输。我们就来一项一项了解。

与4G“友好”共存

在移动通信领域，4G LTE已经是一个不可逆转的发展趋势。蓝牙4.1专门针对4G作了优化，确保可以和4G LTE信号并存。这项改进看起来挺奇怪，因为以前也没见过蓝牙和2G或3G信号打起来。其实不然，你去试一下就能知道，两者如果同时传输数据，蓝牙通信有可能会受到手机网络信号的干扰，导致传输速度下降。而蓝牙4.1会自动协调和4G LTE的传输信息，确保它俩能协同传输，也减少了其他信号源对蓝牙的干扰。

简化了多设备连接配对

对不少人来说，蓝牙配对依然很繁琐。目前几乎各种移动设备以及笔记本电脑都配置了蓝牙模块，这样一来麻烦就来了。比如你有副蓝牙耳机或蓝牙音箱，平时可能连接到手机上听歌或者打电话，也有可能连接到笔记本电脑上看看电影什么的。这样一来，每次断开设备通讯之后，下次连接时都必须在设备列表里手动选择才能重新连接。之前有厂商在两个蓝牙设备中加入NFC芯片，以近场通讯的方式简化重新配对连接的烦恼。想法是美好的，但现实就是，搭载NFC功能的产品太少，太小众化。有鉴于此，蓝牙4.1对设备间的连接也进行了改进，为厂商提供更多的设计权限，包括设定频段创建或保持蓝牙连接等。这就极大提高了蓝牙设备连接的灵活性。两款蓝牙4.1的设备如果之前已经成功配对，则重新连接时，只要让两款设备靠近，就能自动连接，无需任何手动操作。那么假如你的蓝牙4.1手机之前配对了很多设备呢？很简单，它就会去寻找你后一次连接的设备。

传输速度的进一步提升

连接简化了，也能和4G LTE和平共处了，那么接下来重要的自然就是改进数据传输速度了。大家都知道蓝牙的传输速度非常糟糕。尽管蓝牙一直在努力改进，但仍和Wi-Fi毫无可比性。所以这一次，蓝牙4.1进行了升级，使得批量数据可以以更高的速度传输。当然这并不是说它已经快到可以传输流媒体视频了。近端时间可穿戴设备例如智能手环之类的非常火爆，大概是因为各种雾霾各种污染让每个人都开始关注自己的健康了，蓝牙4.1的提速也主要是针对这些可穿戴设备。智能手环每次传输的数据量很小，但它需要更快的速度，以便能够及时准确地将用户跑步、骑车、行走时的各种数据反馈到手机等设备上，让用户更好地实时监控自己的运动情况。

在蓝牙4.0时代，PC、平板电脑、手机等是作为连接中心设备，通常带有“Bluetooth Smart Ready”的标识；蓝牙耳机、键鼠、手柄等是作为扩展设备，带有“Bluetooth Smart”的标识。它们等级分明，不能进行角色互换，而且只能一对一连接。但在蓝牙4.1时代，同一设备可以同时充当连接中心设备或扩展设备。比如智能眼镜可作为中心设备，接收来自智能手环的用户运动信息，又能作为显示设备显示来自智能手机的邮件、短信等。三星计划在今年MWC上推出Gear 2和智能手环，这个Gear 2多半也会有这样的作用。

支持下一代互联网接入

除此之外，可穿戴设备还可以通过蓝牙4.1接入互联网。新标准加入了专用通道，允许不能上网的设备连接到另一个可上网设备之后，通过IPv6连接到网络，实现与Wi-Fi相同的功能。当然，咱们不能指望它有多快的速度，但同步资料、收发邮件什么的是足够了。这个改进让传感器、嵌入式设备等上网困难户只需通过蓝牙4.1，以手机为中介连接到互联网，这在物联网中将起到举足轻重的作用。加之连接过程的简化、传输速度的提升，蓝牙4.1才能提出“IOT”的口号，让万物皆可联网。不过，蓝牙完全适应IPv6还需要时间，厂商需要考虑让蓝牙设备能够兼容IPv6。不然的话，像现在的蓝牙耳机，你即使让它联网了它也干不了啥事儿。

总之，新的蓝牙4.1标准是个很有前途的技术，其智能、低功耗、高传输速度、连接简单的特性将适合用在许多新兴设备上。在未来，你家里所有的东西也许都能通过蓝牙4.1联网，实现真正的智能化家居。

蓝牙4.1设备连接到可上网设备，便可通过IPv6连网。这是组建物联网的关键步骤。

蓝牙4.1是物联网必须的中介

写在后——蓝牙4.1 FAQ

1.蓝牙4.1是不是要取代蓝牙4.0？

答：当然不是。蓝牙4.1是在蓝牙4.0基础上的一个功能集扩展。

2.我啥时候能用上支持蓝牙

4.1的设备？

答：按照以往经验，蓝牙新标准发布之后，没个一年半载是很难有产品出现的。比如蓝牙4.0，2010年7月就发布了标准，但直到2011年9月才首次由iPhone 4S应用到智能手机上。

不过蓝牙4.1应该不会出现这样的问题，因为4.1可以向下兼容4.0。作为一个扩展标准，也就意味着现有的蓝牙4.0设备无序进行硬件改进，只需升级固件就能支持4.1，享受各种便利。无论对于厂商还是用户，这都是一个好消息。

3.蓝牙4.1能支持IPv6吗？

答：答案是肯定的，但现在还不行。当然蓝牙技术联盟SIG并没有闲着，他们正在研究相关的IPv6规范。蓝牙4.1包括了L2CAP专用信道。SIG希望今后IPv6设备能与蓝牙4.1产品通过L2CAP专用信道进行通讯，确保蓝牙产品成为物联网的一部分。