藍牙
藍牙（英語：Bluetooth），一種無線通訊技術標準，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，經由2.4至2.485 GHz的ISM頻段來進行通信[1]。1994年由電信商愛立信（Ericsson）發展出這個技術[2]。它最初的設計，是希望創建一個RS-232數據線的無線通信替代版本。它能夠鏈接多個設備，克服同步的問題。
藍牙技術當前由藍牙技術聯盟（SIG）來負責維護其技術標準，其成員已超過三萬，分布在電信、計算機、網絡與消費性電子產品等領域[3]。IEEE曾經將藍牙技術標準化為IEEE 802.15.1，但是這個標準已經不再繼續使用。
目錄
發展
藍牙用於在不同的設備之間進行無線連接，例如連接計算機和外圍設備，如：打印機、鍵盤等，又或讓個人數碼助理（PDA）與其它附近的PDA或計算機進行通信。具備藍牙技術的手機可以連接到計算機、PDA甚至連接到免持聽筒。
事實上，根據已訂立的標準，藍牙可以支持功能更強的長距離通訊，用以構成無線局域網。每個Bluetooth設備可同時維護8個連接。可以將每個設備配置為不斷向附近的設備聲明其存在以便創建連接。另外也可以對二個設備之間的連接進行密碼保護，以防止被其他設備接收。
藍牙的標準是IEEE 802.15.1，藍牙協議工作在無需許可的ISM（Industrial Scientific Medical）頻段的2.45GHz。最高速度可達723.1kb/s。為了避免干擾可能使用2.45GHz的其它協議，藍牙協議將該頻段劃分成79個頻道，（帶寬為1MHz）每秒的頻道轉換可達1600次。
原理和應用
工作方式
藍牙技術分為基礎率/增強數據率（BR/EDR）和低耗能（LE）兩種技術類型。其中BR/EDR型是以點對點網絡拓撲結構建立一對一設備通信；LE型則使用點對點（一對一）、廣播（一對多）和網格（多對多）等多種網絡拓撲結構。<ref>Template:Cite web</ref>
規格和功能
| 藍牙版本 | 發布時間 | 最大傳輸速度 | 傳輸距離 |
|---|---|---|---|
| 藍牙5.1 | 2019 | 48 Mbit/s | 300米 |
| 藍牙5.0 | 2016 | 48 Mbit/s | 300米 |
| 藍牙4.2 | 2014 | 24 Mbit/s | 50米 |
| 藍牙4.1 | 2013 | 24 Mbit/s | 50米 |
| 藍牙4.0 | 2010 | 24 Mbit/s | 50米 |
| 藍牙3.0+HS | 2009 | 24 Mbit/s | 10米 |
| 藍牙2.1+EDR | 2007 | 3 Mbit/s | 10米 |
| 藍牙2.0+EDR | 2004 | 2.1 Mbit/s | 10米 |
| 藍牙1.2 | 2003 | 1 Mbit/s | 10米 |
| 藍牙1.1 | 2002 | 810 Kbit/s | 10米 |
| 藍牙1.0 | 1998 | 723.1 Kbit/s | 10米 |
第一代
早期的1.0和1.0B版本存在多個問題，多家廠商指出他們的產品互不兼容。同時，在兩個裝置「連結」（handshaking）的過程中，藍牙硬件的位址（BD_ADDR）會被傳送出去，在協定的層面上不能做到匿名，造成洩漏資料的危險，令一些使用者卻步。
藍牙1.2版本可以向下兼容1.1版，其主要改進包括：
- 匿名方式：屏蔽設備的硬件地址（BD_ADDR），保護用戶免受身分嗅探攻擊和跟蹤。從1.1版開始已經可以實現硬件匿名，但未被實施，因此對普通消費者來說還是沒有此功能。
- 自適應頻率跳躍（AFH,Adaptive Frequency Hopping）：通過避免使用跳躍序列中的擁擠頻率，從而改善對無線電干涉的抵抗。
- 更高的實際傳輸速度，實際測試約為90KB/S（721Kbps）左右。
- L2CAP層引入了流量控制和錯誤糾正機制
第二代
藍牙2.0+EDR版加入了“非跳躍窄頻通道”（Non-hopping narrowband channel）。因為不需要與每個設備交換應答信號，這種通道可以用來將各種器件的藍牙服務概要同時廣播到巨量的藍牙器件。應答信號交換過程當前需要大約一秒。實時公共交通時刻表、基本的交通暢通性信息和高級交通指向指示等未加密信息可以以高速度發送給設備。更高的連接速度，支持多個速度水平。
2007年7月26日，藍牙技術聯盟通過了藍牙核心規範2.1+EDR，向下對1.2版本完全兼容，並增加了Sniff省電功能，使得適配器與設備的聯繫時間延長到0.5秒，能節約不小電量；增強功能有簡單安全配對（SSP），這改善了藍牙設備的配對經驗，同時提升了使用和安全強度。詳細請參閱配對一節1234。
第三代
2009年4月21日，藍牙技術聯盟頒布了藍牙核心規範3.0版（3.0+HS），是一種全新的交替射頻技術。藍牙3.0+HS提高了數據傳輸速率，集成802.11PAL最高速度可達24Mbps。是藍牙2.0速度的8倍。此外，引入了增強電源控制，實際空閑功耗明顯降低。
第四代
| 技術規範 | 典型藍牙 | 低耗電藍牙 |
|---|---|---|
| 無線電頻率 | 2.4 GHz | 2.4 GHz |
| 距離 | 10米/100米 | 30米 |
| 空中數據速率 | 1-3 Mb/s | 1 Mb/s |
| 應用吞吐量 | 0.7-2.1 Mb/s | 0.2 Mb/s |
| 節點／單元 | 7-16,777,184 | 未定義（理論最大值為2^32） |
| 安全 | 64/128-bit及用戶自定義的應用層 | 128-bit AES及用戶自定義的應用層 |
| 強健性 | 自動適應快速跳頻，FEC，快速ACK | 自動適應快速跳頻 |
| 延遲（非連接狀態） | 100 ms | <6 ms |
| 發送數據的總時間 | 0.625 ms | 3 ms |
| 政府監管 | 全球 | 全球 |
| 認證機構 | 藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG） | 藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG） |
| 語音能力 | 有 | 沒有 |
| 網絡拓撲 | 分散網 | 星狀拓撲（Star） 匯流排拓撲（Bus） 網狀拓撲（Mesh） |
| 耗電量 | 1（作為參考） | 0.01至0.5（視使用情況） |
| 最大操作電流 | <30 mA | <15 mA（最高運行時為15 mA） |
| 服務探索 | 有 | 有 |
| 簡介概念 | 有 | 有 |
| 主要用途 | 手機，遊戲機，耳機，立體聲音頻串流， 汽車和PC等 |
手機，遊戲機，PC，錶，體育和健身，醫療保健， 汽車，家用電子，自動化和工業等 |
2010年7月7日，藍牙技術聯盟推出了藍牙4.0規範。其最重要的特性是支持省電。
- Bluetooth 4.0，協議組成和當前主流的Bluetooth h2.x+EDR、還未普及的Bluetooth h3.0+HS不同，Bluetooth 4.0是Bluetooth從誕生至今唯一的一個綜合協議規範，
- 還提出了“低功耗藍牙”、“傳統藍牙”和“高速藍牙”三種模式。
- 其中：高速藍牙主攻數據交換與傳輸；傳統藍牙則以信息溝通、設備連接為重點；藍牙低功耗顧名思義，以不需佔用太多帶寬的設備連接為主。前身其實是NOKIA開發的Wibree技術，本是作為一項專為移動設備開發的極低功耗的移動無線通信技術，在被SIG接納並規範化之後重新命名為Bluetooth Low Energy（後簡稱低功耗藍牙）。這三種協議規範還能夠互相組合搭配、從而實現更廣泛的應用模式，此外，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）。
- 分Single mode與Dual mode。
- Single mode只能與BT4.0互相傳輸無法向下相容（與3.0/2.1/2.0無法相通）;Dual mode可以向下相容，可與BT4.0傳輸也可以跟3.0/2.1/2.0傳輸
- 超低的峰值、平均和待機模式功耗，覆蓋範圍增強，最大範圍可超過100米。
- 速度：支持1Mbps數據傳輸率下的超短數據包，最少8個八組位，最多27個。所有連接都使用藍牙2.1加入的減速呼吸模式（sniff subrating）來達到超低工作循環。
- 跳頻：使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻，最大程度地減少和其他2.4 GHz ISM頻段無線技術的串擾。
- 主控制：可以休眠更長時間，只在需要執行動作的時候才喚醒。
- 延遲：最短可在3毫秒內完成連接設置並開始傳輸數據。
- 健壯性：所有數據包都使用24-bit CRC校驗，確保最大程度抵禦干擾。
- 安全：使用AES-128 CCM加密算法進行數據包加密和認證。
- 拓撲：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。
2013年底，藍牙技術聯盟推出了藍牙4.1規範，其目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術最終成為物聯網(Internet of Things)發展的核心動力。
- 此版本為藍牙4.0的軟件更新版本，搭載藍牙4.0設備的終端可通過軟件更新獲得此版本。
- 對於開發人員而言，該更新是藍牙技術發展史上一項重要的進步。該更新提供了更高的靈活性和掌控度，讓開發人員能創造更具創新並催化物聯網（IOT）發展的產品。
- 支持多設備連接。
- 智能連接：增加設置設備間連接頻率的支持。製造商可以對設備設置連接進行設置，使得設備可以更加智能的控制設備電量。
2014年12月，藍牙技術聯盟推出了藍牙4.2規範。
第五代
- 藍牙5.0在2016年6月發布。在有效傳輸距離上將是4.2LE版本的4倍（理論上可達300米），傳輸速度將是4.2LE版本的2倍（速度上限為24Mbps）。藍牙5.0還支持室內定位導航功能（結合WiFi可以實現精度小於1米的室內定位），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），針對物聯網進行了很多底層優化。
藍牙技術聯盟
藍牙技術聯盟（英語：Bluetooth Special Interest Group，縮寫為SIG）擁有藍牙的商標，負責制定藍牙規範、認證製造廠商，授權他們使用藍牙技術與藍牙標誌，但本身不負責藍牙設備的設計、生產及販售。
藍牙協議堆棧
藍牙協議堆棧依照其功能可分四層：
- 核心協議層（HCI、LMP、L2CAP、SDP）
- 線纜替換協議層（RFCOMM）
- 電話控制協議層（TCS-BIN）
- 選用協議層（PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）
藍牙規範
藍牙規範（Profile）是指藍牙通信在那一種用途下應該使用的通信協議和相關的規範。藍牙1.1定義的profile有13個。SIG認為藍牙設備有4個最基本的Profile：
- General Access Profile（GAP）
- Service Discovery Application Profile（SDAP）
- Serial Port Profile（SPP）
- General Object Exchange Profile（GOEP）
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外部連結
- 藍牙技術聯盟官方網站
