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藍牙發展簡史:原來還跟海盜有關係

騰訊數碼訊(文心)據Android Authority網站報道,隨著智能手機的普及,藍牙技術目前也成為許多人生活中不可或缺的一部分。它的應用可謂無所不在:利用無線耳機和揚聲器收聽音樂,把手柄連接到遊戲機,把滑鼠、鍵盤連接到主機,共享互聯網連接,甚至還會被用來無線傳輸文件。藍牙的用途逐年增加,考慮到逾20年前剛被開發出來時相對有限的用途,它的發展真的讓人刮目相看。

藍牙標準最初是由在愛立信工作的傑普o哈特森(Jaap Haartsen)博士在1994年提出的。它是根據一位著名的北歐國王命名的,他就是哈拉爾(Harald Blatand),不過它的另一個身份有點尷尬:海盜 ,曾在10世紀統一了挪威和丹麥。當時,藍牙技術的目的就是取代RS-232連線——1960年代問世的一種更古老的標準,它利用頻率為2.4至2.485 Ghz、傳輸距離較短的無線電波傳輸信號。雖然使用與WiFi相似的頻率,藍牙一直被設計為一種傳輸距離更短、功耗更低的無線傳輸技術。

1988年,藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group )成立,任務是發布和推廣藍牙標準及其後續版本。藍牙技術聯盟成員最初只包括愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝,成立第一年年底時成員達到4000家,目前該組織成員企業超過3萬家不同影響力的公司。

第一款消費類藍牙產品1999年上市銷售。它是一款採用免提設計的手機耳機,在COMDEX(計算機經銷商博覽會)上贏得一項大獎。藍牙1.0規範也於當年正式發布,為首批支持藍牙技術的晶元組、適配器、滑鼠、無線PC卡板和手機在2000年的問世奠定了基礎。第一款支持藍牙技術的手機是索尼愛立信T36,但這款手機是修訂版T39,這使得它實際上2001年才開始上市銷售。這款手機配置定製的101 X 54像素單色LCD顯示屏,支持三頻GSM連接、WAP互聯網訪問協議,配置的內存容量能存儲多達1000個聯繫人的信息。

早期標準

剛一問世,藍牙1.0就被用於大量各種用途。RS-232標準被廣泛用於計算機串列介面,用在數據機、印表機、滑鼠、數據存儲設備和諸多其他外設中。作為RS-232標準的替代產品,藍牙被設計成一種靈活的基於分組的協議,並具有多種選擇的配置文件以適應這些應用和更多其他應用。對於物理連接,RS-232能耗也相當高,因為藍牙的開發目標就是低得多的能耗。

第一個藍牙規範版本存在各種小問題。由於強制性的地址廣播,匿名成為一個問題。連接方面也存在諸多問題。1.0版規範的峰值數據傳輸速率僅為721kbps,數據傳輸距離不超過10米。一旦考慮實際應用性能、更長傳輸距離的連接質量、相對較大的頭數據包,留給應用的實際數據傳輸速率要慢得多。藍牙標準最初帶有用於無線語音和耳機、撥號網路、傳真和文件傳輸的配置文件,但之後的配置文件有了大幅擴展。

Android Authority表示,現代產品中藍牙最常見的用途可能是音頻,但最初標準從未被設想會用於任何近乎全帶寬音樂的設備。721Kbps的數據傳輸速率足夠用於經過壓縮的語音信號,即使忽略頭數據包開銷,遠距離傳輸造成的實際數據傳輸速度降低,這一有限的帶寬還是無法滿足目前接近Hi Res音質的音頻,或甚至當時CD質量音頻的需求。

A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)強制使用SBC音頻編碼,而非強制支持mp3、mwa和aac等音頻文件的直接傳輸,雖然這些標準也得到支持。因此,藍牙設備的音質很差,而且沒有對規範進行修訂來解決這一長期存在的問題。

即使是數據傳輸速率高達3 Mbps的Enhanced Data Rate(增強數據速率)的引入也沒有能解決這一問題,因為它是藍牙規範的可選組件。像aptX和LDAC這樣的第三方編解碼器,使用更高的比特率和更好的壓縮方法,但藍牙仍然是高質量無線音頻的瓶頸,雖然它在日益普及。

不同版本的比較

藍牙技術不僅僅只用於音頻,自1999年以來,藍牙技術規範已經進行了多次修訂,以提升其數據速度和連接質量,改進功能集,並幫助它適應新的使用場景和市場。最近,藍牙技術聯盟一直專註於網狀網路、能耗更低的配置以及傳輸距離更遠的物聯網。總之,藍牙標準比以往數據傳輸速度更快、更安全,功能也更多了。

為了保持儘可能地向後兼容,即便如此,藍牙的核心功能從來沒有得到完全、徹底的改變。每個版本都為藍牙規範增添很多特性,並作出大量改進,其中包括新的協議和傳輸模式,但核心數據速率依舊保持在1Mbps,大多數以往的配置文件都得到保留。

在藍牙規範中增加的最值得關注的(可選)特性,包括2.0版中數據傳輸速率高達3 Mbps的「增強數據速率」(Enhanced Data Rate),3.0版本中利用藍牙配對在WiFi上高速傳輸數據的「High Speed」,以及4.0版中的「Low Energy」。下表顯示了這些主要特性的加入時間、典型應用場景下速度和傳輸距離隨時間改變的情況。

說老實話,以這種方式考察藍牙標準,不能真正揭示過去數年藍牙的發展方向。藍牙標準不再只沿著一條路徑演化,實現更快的數據速度和更長的傳輸距離,自4.0版本以來,它越來越多地分化為Low Energy和Classic兩大類。Low Energy版針對突髮式通信,例如健身追蹤器和物聯網產品使用的藍牙技術。Classic版繼續為需要恆定連接的產品提供更高的數據傳輸速率。

Android Authority稱,最新的藍牙5.0仍然延續了這一進化路徑,針對Classic版和Low Energy版進行了不同改進。藍牙5著重強調的是Low Energy版的傳輸距離和數據傳輸速率,而非改進耳機等產品使用的經典協議。

無線信號的功率同樣有多種選擇,傳輸距離從非常短直至超過100米,這些不局限於某一特定標準。

結論

過去的二十年中,藍牙已經從古老的RS-232連線的無線替代品,發展成為一種完全成熟、影響深遠的標準。它適用於從文件共享和設備配對到無線音樂和配件在內的各種產品和應用。目前,藍牙標準可能正面臨其最大的「岔口」,一方面致力於保持向後兼容性,同時也應用于越來越多低能耗的物聯網設備和網狀網路。這絕對是最初的藍牙規範所沒有想到的。

儘管有其局限性,但靈活性一直是這一特定無線標準最重要的優勢。據估計,到2018年底,全球藍牙設備出貨量將多達100億,配備Low Energy版藍牙技Low Energy個技術市場的主要推動因素。對於一項20年前問世的技術,這真心了不起。

來源:Android Authority


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