1、藍(lán)牙技術(shù)的誕生

藍(lán)牙的歷史實(shí)際上要追溯到第二次世界大戰(zhàn)。藍(lán)牙的核心是短距離無線電通訊，它的基礎(chǔ)來自于跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 George Antheil 在 1942 年 8 月申請(qǐng)的專利上提出。他們從鋼琴的按鍵數(shù)量上得到啟發(fā)，通過使用 88 種不同載波頻率的無線電控制魚雷，由于傳輸頻率是不斷跳變的，因此具有一定的保密能力和抗干擾能力。

起初該項(xiàng)技術(shù)并沒有引起美國(guó)軍方的重視，直到 20 世紀(jì) 80 年代才被軍方用于戰(zhàn)場(chǎng)上的無線通訊系統(tǒng)，跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)后來在解決包括藍(lán)牙、WiFi、3G 移動(dòng)通訊系統(tǒng)在無線數(shù)據(jù)收發(fā)問題上發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

藍(lán)牙技術(shù)開始于愛立信在 1994 年創(chuàng)制的方案，該方案旨在研究移動(dòng)電話和其他配件間進(jìn)行低功耗、低成本無線通信連接的方法。發(fā)明者希望為設(shè)備間的無線通訊創(chuàng)造一組統(tǒng)一規(guī)則（標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議），以解決用戶間互不兼容的移動(dòng)電子設(shè)備的通信問題，用于替代 RS-232 串口通訊標(biāo)準(zhǔn)。

1997年前愛立信公司以此概念接觸了移動(dòng)設(shè)備制造商，討論其項(xiàng)目合作發(fā)展，結(jié)果獲得支持。

1998 年 5 月 20 日，愛立信聯(lián)合 IBM、英特爾、諾基亞及東芝公司等 5 家著名廠商成立「特別興趣小組」（Special Interest Group，SIG），即藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的前身，目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)成本低、效益高、可以在短距離范圍內(nèi)隨意無線連接的藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)年藍(lán)牙推出 0.7 規(guī)格，支持 Baseband 與 LMP（Link Manager Protocol）通訊協(xié)定兩部分。

1999年推出先后0.8版，0.9版、1.0 Draft版，1.0a版、1.0B版。1.0 Draft版，完成SDP（Service Discovery Protocol）協(xié)定、TCS（Telephony Control Specification）協(xié)定。1999年7月26日正式公布1.0版，確定使用2.4GHz頻譜，最高資料傳輸速度1Mbps，同時(shí)開始了大規(guī)模宣傳。和當(dāng)時(shí)流行的紅外線技術(shù)相比，藍(lán)牙有著更高的傳輸速度，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行接口對(duì)接口的連接，所有藍(lán)牙設(shè)備基本上只要在有效通訊范圍內(nèi)使用，就可以進(jìn)行隨時(shí)連接。

2、藍(lán)牙歷代版本的規(guī)格和功能

第一代藍(lán)牙：關(guān)于短距離通訊早期的探索

1999 年：藍(lán)牙 1.0 ,早期的藍(lán)牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多個(gè)問題，有多家廠商指出他們的產(chǎn)品互不兼容。同時(shí)，在兩個(gè)設(shè)備「鏈接」（Handshaking）的過程中，藍(lán)牙硬件的地址（BD_ADDR）會(huì)被發(fā)送出去，在協(xié)議的層面上不能做到匿名，造成泄漏數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)。令一些用戶卻步。

2001 年：藍(lán)牙 1.1 ,藍(lán)牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層（PHY）和媒體訪問控制（MAC）規(guī)范，用于設(shè)備間的無線連接，傳輸率為 0.7Mbps。但因?yàn)槭窃缙谠O(shè)計(jì)，容易受到同頻率之間產(chǎn)品干擾，影響通訊質(zhì)量。

2003 年：藍(lán)牙 1.2 ,藍(lán)牙 1.2 版可以向下兼容1.1版,針對(duì) 1.0 版本暴露出的安全性問題，完善了匿名方式，新增屏蔽設(shè)備的硬件地址（BD_ADDR）功能，保護(hù)用戶免受身份嗅探攻擊和跟蹤。此外，還增加了四項(xiàng)新功能：

· AFH（Adaptive Frequency Hopping）適應(yīng)性跳頻技術(shù)，減少了藍(lán)牙產(chǎn)品與其它無線通訊裝置之間所產(chǎn)生的干擾問題；

· eSCO（Extended Synchronous Connection-Oriented links）延伸同步連結(jié)導(dǎo)向信道技術(shù)，用于提供 QoS 的音頻傳輸，進(jìn)一步滿足高階語音與音頻產(chǎn)品的需求；

· Faster Connection 快速連接功能，可以縮短重新搜索與再連接的時(shí)間，使連接過程更為穩(wěn)定快速；

· 支持 Stereo 音效的傳輸要求，但只能以單工方式工作。

第二代藍(lán)牙：發(fā)力傳輸速率的 EDR 時(shí)代

2004 年：藍(lán)牙 2.0 ,藍(lán)牙 2.0 是 1.2 版本的改良版，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)通過提高多任務(wù)處理和多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力，使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸率可達(dá) 3Mbps。

藍(lán)牙 2.0 支持雙工模式：可以一邊進(jìn)行語音通訊，一邊傳輸文檔/高質(zhì)素圖片。 同時(shí)， EDR 技術(shù)通過減少工作負(fù)債循環(huán)來降低功耗，由于帶寬的增加，藍(lán)牙 2.0 增加了連接設(shè)備的數(shù)量。

2007 年：藍(lán)牙 2.1 ,藍(lán)牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省電功能，將設(shè)備間相互確認(rèn)的訊號(hào)發(fā)送時(shí)間間隔從舊版的 0.1 秒延長(zhǎng)到 0.5 秒左右，從而讓藍(lán)牙芯片的工作負(fù)載大幅降低。

另外，新增 SSP 簡(jiǎn)易安全配對(duì)功能，改善了藍(lán)牙設(shè)備的配對(duì)體驗(yàn)，同時(shí)提升了使用和安全強(qiáng)度。 支持 NFC 近場(chǎng)通信，只要將兩個(gè)內(nèi)置有 NFC 芯片的藍(lán)牙設(shè)備相互靠近，配對(duì)密碼將通過 NFC 進(jìn)行傳輸，無需手動(dòng)輸入。

第三代藍(lán)牙：High Speed，傳輸速率高達(dá)24Mbps

2009 年：藍(lán)牙 3.0 藍(lán)牙 3.0 新增了可選技術(shù) High Speed，High Speed 可以使藍(lán)牙調(diào)用 802.11 WiFi 用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸率高達(dá) 24Mbps，是藍(lán)牙 2.0 的 8 倍，輕松實(shí)現(xiàn)錄像機(jī)至高清電視、PC 至 PMP、UMPC 至打印機(jī)之間的資料傳輸。

藍(lán)牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），這是一種全新的交替射頻技術(shù)，允許藍(lán)牙協(xié)議棧針對(duì)任一任務(wù)動(dòng)態(tài)地選擇正確射頻。

功耗方面，藍(lán)牙 3.0 引入了 EPC 增強(qiáng)電源控制技術(shù)，再輔以 802.11，實(shí)際空閑功耗明顯降低。

此外，新的規(guī)范還加入 UCD 單向廣播無連接數(shù)據(jù)技術(shù)，提高了藍(lán)牙設(shè)備的相應(yīng)能力。

第四代藍(lán)牙：主推「 Low Energy」低功耗

2010 年：藍(lán)牙 4.0 ,2010年7月7日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟推出了藍(lán)牙4.0規(guī)范。其最重要的特性是支持省電。藍(lán)牙 4.0 是迄今為止第一個(gè)藍(lán)牙綜合協(xié)議規(guī)范，將三種規(guī)格集成在一起。還提出了低功耗藍(lán)牙、傳統(tǒng)藍(lán)牙和高速藍(lán)牙三種模式：

高速藍(lán)牙主攻數(shù)據(jù)交換與傳輸；傳統(tǒng)藍(lán)牙則以信息溝通、設(shè)備連接為重點(diǎn)；「低功耗藍(lán)牙」以不需占用太多帶寬的設(shè)備連接為主，功耗較老版本降低了 90%。

BLE 前身是 NOKIA 開發(fā)的 Wibree 技術(shù)，本是作為一項(xiàng)專為移動(dòng)設(shè)備開發(fā)的極低功耗的移動(dòng)無線通信技術(shù)，在被 SIG 接納并規(guī)范化之后重命名為 Bluetooth Low Energy（后簡(jiǎn)稱低功耗藍(lán)牙）。這三種協(xié)議規(guī)范還能夠互相組合搭配、從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用模式。

藍(lán)牙 4.0 的芯片模式分為 Single mode 與 Dual mode。Single mode 只能與藍(lán)牙 4.0 互相傳輸無法向下與 3.0/2.1/2.0 版本兼容；Dual mode 可以向下兼容 3.0/2.1/2.0 版本。前者應(yīng)用于使用紐扣電池的傳感器設(shè)備，例如對(duì)功耗要求較高的心率檢測(cè)器和溫度計(jì)；后者應(yīng)用于傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備，同時(shí)兼顧低功耗的需求。

此外，藍(lán)牙 4.0 還把藍(lán)牙的傳輸距離提升到100米以上（低功耗模式條件下）。擁有更快的響應(yīng)速度，最短可在 3 毫秒內(nèi)完成連接設(shè)置并開始傳輸數(shù)據(jù)。更安全的技術(shù)，使用 AES-128 CCM 加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)包加密和認(rèn)證。

2013 年：藍(lán)牙 4.1 ,藍(lán)牙 4.1 在傳輸速度和傳輸范圍上變化很小，但在軟件方面有著明顯的改進(jìn)。此次更新目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術(shù)最終成為物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）發(fā)展的核心動(dòng)力。

支持與 LTE 無縫協(xié)作。當(dāng)藍(lán)牙與 LTE 無線電信號(hào)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，那么藍(lán)牙 4.1 可以自動(dòng)協(xié)調(diào)兩者的傳輸信息，以確保協(xié)同傳輸，降低相互干擾。 ,允許開發(fā)人員和制造商自定義藍(lán)牙 4.1 設(shè)備的重新連接間隔，為開發(fā)人員提供了更高的靈活性和掌控度。

支持云同步。藍(lán)牙 4.1 加入了專用的 IPv6 通道，藍(lán)牙 4.1 設(shè)備只需要連接到可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備（如手機(jī)），就可以通過 IPv6 與云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，滿足物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。

支持?jǐn)U展設(shè)備與中心設(shè)備角色互換。支持藍(lán)牙 4.1 標(biāo)準(zhǔn)的耳機(jī)、手表、鍵鼠，可以不用通過 PC、平板、手機(jī)等數(shù)據(jù)樞紐，實(shí)現(xiàn)自主收發(fā)數(shù)據(jù)。例如智能手表和計(jì)步器可以繞過智能手機(jī)，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)話。

2014 年：藍(lán)牙 4.2 ,藍(lán)牙 4.2 的傳輸速度更加快速，比上代提高了 2.5 倍，因?yàn)樗{(lán)牙智能（Bluetooth Smart）數(shù)據(jù)包的容量提高，其可容納的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于此前的10倍左右。

改善了傳輸速率和隱私保護(hù)程度，藍(lán)牙信號(hào)想要連接或者追蹤用戶設(shè)備，必須經(jīng)過用戶許可。用戶可以放心使用可穿戴設(shè)備而不用擔(dān)心被跟蹤。

支持 6LoWPAN，6LoWPAN 是一種基于 IPv6 的低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙 4.2 設(shè)備可以直接通過 IPv6 和 6LoWPAN 接入互聯(lián)網(wǎng)。這一技術(shù)允許多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備通過一個(gè)終端接入互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)，這樣，大部分智能家居產(chǎn)品可以拋棄相對(duì)復(fù)雜的WiFi 連接，改用藍(lán)牙傳輸，讓個(gè)人傳感器和家庭間的互聯(lián)更加便捷快速。

第五代藍(lán)牙：開啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大門

2016 年：藍(lán)牙 5.0 ,藍(lán)牙 5.0 在低功耗模式下具備更快更遠(yuǎn)的傳輸能力，傳輸速率是藍(lán)牙 4.2 的兩倍（速度上限為 2Mbps），有效傳輸距離是藍(lán)牙 4.2 的四倍（理論上可達(dá) 300 米），數(shù)據(jù)包容量是藍(lán)牙 4.2 的八倍。

支持室內(nèi)定位導(dǎo)航功能，結(jié)合 WiFi 可以實(shí)現(xiàn)精度小于 1 米的室內(nèi)定位。

針對(duì) IoT 物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行底層優(yōu)化，力求以更低的功耗和更高的性能為智能家居服務(wù)。

Mesh 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵鑰匙 ,Mesh 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)獨(dú)立研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它能夠?qū)⑺{(lán)牙設(shè)備作為信號(hào)中繼站，將數(shù)據(jù)覆蓋到非常大的物理區(qū)域，兼容藍(lán)牙 4 和 5 系列的協(xié)議。

傳統(tǒng)的藍(lán)牙連接是通過一臺(tái)設(shè)備到另一臺(tái)設(shè)備的「配對(duì)」實(shí)現(xiàn)的，建立「一對(duì)一」或「一對(duì)多」的微型網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。 而 Mesh 網(wǎng)絡(luò)能夠使設(shè)備實(shí)現(xiàn)「多對(duì)多」的關(guān)系。Mesh 網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)都能發(fā)送和接收信息，只要有一個(gè)設(shè)備連上網(wǎng)關(guān)，信息就能夠在節(jié)點(diǎn)之間被中繼，從而讓消息傳輸至比無線電波正常傳輸距離更遠(yuǎn)的位置。

這樣，Mesh 網(wǎng)絡(luò)就可以分布在制造工廠、辦公樓、購物中心、商業(yè)園區(qū)以及更廣的場(chǎng)景中，為照明設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、安防攝像機(jī)、煙霧探測(cè)器和環(huán)境傳感器提供更穩(wěn)定的控制方案。

2019年：藍(lán)牙5.1 ,藍(lán)牙 5.1 技術(shù)規(guī)范利用測(cè)向功能檢測(cè)藍(lán)牙信號(hào)方向，進(jìn)而提升位置服務(wù)。借助藍(lán)牙測(cè)向功能，開發(fā)者能夠?qū)⒖商綔y(cè)設(shè)備方向及實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 Bluetooth local services用RSSI來測(cè)量?jī)蓚€(gè)設(shè)備的距離，在RTLS和IPS場(chǎng)景中，用三遍測(cè)距和加上測(cè)向技術(shù)就可以達(dá)到厘米級(jí)別的定位，測(cè)向技術(shù)依賴兩種天線陣列技術(shù)來決定Blooth 的signal：Angle of arrival（AOA）技術(shù)和Angle of departure（AOD）技術(shù)，如下圖：

1、Direction Finding之AOA技術(shù)：

當(dāng)傳輸信號(hào)穿過接收機(jī)的天線陣列的時(shí)候，接收機(jī)的天線陣列從不同的角度和方向接受到這個(gè)傳輸信號(hào)，每個(gè)方向可以看作是這個(gè)傳輸信號(hào)的矢量相位，接受機(jī)會(huì)在天線陣列中提取活躍的天線的IQ樣本，根據(jù)IQ樣本，接收機(jī)可以算出信號(hào)的方向。AOA測(cè)向可以應(yīng)用在RTLS、item finding、POL等 Local Services之后。

2、Direction Finding之AOD技術(shù)：

AOD測(cè)向一般用在IPS場(chǎng)景中用來尋路導(dǎo)航，定位器locator采用天線陣列，接收機(jī)是一般的手機(jī)就可以（當(dāng)然要有相應(yīng)的app），只需一個(gè)天線就可以。當(dāng)信號(hào)從當(dāng)locator的多個(gè)信號(hào)發(fā)出時(shí)，這些信號(hào)會(huì)穿越手機(jī)的天線，手機(jī)會(huì)提取IQ樣本，根據(jù)IQ樣本，就可以計(jì)算出信號(hào)的方向。