藍牙是一種基于2.4GHz ISM頻段的短距離無線通信技術，具有低功耗、低成本、方便快捷的特點，被廣泛應用于智能手機、電腦、無線遙控等場景，是實現無線通信的主流技術之一。自1999年Bluetooth Special Interest Group (SIG)發布的第一個藍牙版本，藍牙技術已經發展了20余年，從藍牙1.0到藍牙5.4，每個版本都有迭代更新不同特性，藍牙1.0~3.0版本主要是與經典藍牙相關，本文重點關注低功耗藍牙（即藍牙4.0及以后的版本）各版本的迭代特性。

Bluetooth Special Interest Group (SIG)成立于1998年，是推動藍牙技術的非營利性組織，全球超過36000名會員

藍牙SIG主要關注以下活動

- 創建藍牙規格

- 通過認證程序驅動藍牙互操作性

- 提高藍牙知名度

藍牙標準的發展歷程

1藍牙4.0主要特性

藍牙4.0是第一個引入LE標準的版本，主要的優勢是低功耗。定義了一個點對點連接的微網結構，Peripheral端通過Advertising和Central端建立數據連接，Advertising和Peripheral Connection在數據收發任務時間以外可以進入低功耗睡眠狀態；Central端通過Scan和Peripheral端建立數據連接，Scan和Central Connection在數據收發任務時間以外可以進入低功耗睡眠狀態。

主要有基本的功能，以實現點對點連接。

增加LE PHY

增加LE Link Layer

增加 LE test mode

ATT/GATT

AES encryption and Security Manager (SM)

Enhancements to L2CAP, GAP, and HCI for LE

2藍牙4.1主要特性演進

藍牙4.1特性變更較小，主要兼容了BR/EDR和BLE同時存在，同時底層鏈路可以支持不同的角色，以及引入LE Privacy特性， 藍牙地址可以隱藏，用戶不必擔心藍牙設備被追蹤，實現了設備的隱私保護。

01LE dual mode topology and

Dualmode Addressing

相對上個版本擴充了拓撲結構，允許雙模BR/EDR和BLE，鏈路層可以同時存在多個不同角色。

02LE L2CAP connection oriented channel

在兩個藍牙低功耗設備間提供了更有效的數據傳輸，允許同一時間的多個邏輯通道存在。

03Low duty cycle directed adv

直連廣播增加低占比模式，可被連接的持續時間更長，瞬時廣播功耗更低。

04LE Privacy1.1

定義了Privacy基本概念，以實現設備的地址隱私保護。

05LE Ping

設備可以通過Ping Command定期檢查對端設備是否在線、以及加密管理的數據序列號是否正確。

3藍牙4.2主要特性演進

藍牙4.2的主要變更增加了單個PDU數據收發長度，改善了數據傳輸速率，用戶數據交互時體驗感增加，另外LE secure connection增加了隱私保護度，使能LE secure connection后外圍設備或者sniffer無法解密數據。

01LE Data Packet Length Extension

允許PDU最大數據長度為257bytes，之前版本的PDU最大數據長度為33bytes，可以提高鏈路的數據吞吐率。

02LE Secure Connection

使用ECDH進行密鑰交換和LTK產生，針對竊聽和MITM提供更高一層的保護。

03Link layer Privacy

RPA解析功能從之前的host端完成改到鏈路層完成，能夠更快速的識別到對端設備，提高操作的靈活性。

04Link layer extended scanner filter

policies

Scan白名單過濾增加的一種特殊機制。

4藍牙5.0主要特性演進

藍牙5.0變更較為顯著，支持2MPHY，傳輸速率是之前的2倍，用戶可以體驗到明顯的速度提升，同時Long Rang的添加實現了更遠的傳輸距離，LE Advertising Extensions更是擴展了廣播的使用范圍，不管是在通道，PHY, 數據長度，以及廣播功能上都有較大的改進。

01增加2Mbps LE PHY

2M PHY為可選支持PHY，速率為2Mkbps，相對1M PHY數據帶寬提高了1倍。

02增加LE Long range, S2 (500kbps),

S8 (125Kbps)

可以實現更遠的傳輸距離。

03增加High duty cycle non-connectable

ADV

最小廣播間隔從100ms減小到20ms，能夠讓對端設備更快掃描到。

04LE ADV Extensions

Extend ADV 使用40個信道而不是之前的3個信道

允許更大的ADV PDU(31bytes -> 254bytes)

增加了周期性廣播

允許多個廣播集同時存在（最多16個）

05LE Channel Selection Algorithm #2

跳頻算法只有12個不同的跳頻序列，新的跳頻算法2更隨機。

06Higher output power

將最大的發送功率，從4.0/4.1/4.2中的10mW增大到100mW。

5藍牙5.1主要特性演進

藍牙5.1主要加入了測向功能，為室內定位服務提供了技術支撐。

01Angle of Arrival (AoA) and

Angle of Departure (AoD)

新增AOA/AOD技術原理來確定設備方向，提供位置服務功能。

02Advertising Channel Index

允許廣播事件以任意順序在3個或其中的幾個primary channel上遞增，之前的版本只允許在3個primary channel上順序遞增。

03GATT Caching

每當client端設備連接時，它都會執行“服務發現”以查看服務器設備支持的功能這需要消耗時間和功耗。藍牙5.1增加GATT Caching功能后，在server端沒有任何更改的情況下，客戶端可以跳過服務發現流程，這意味著連接速度更快，并且消耗的能耗更少。

04Periodic Advertising Sync Transfer

增加將掃描到的周期性廣播同步信息通過ACL連接發送給另一個設備。

6藍牙5.2主要特性演進

藍牙5.2的變更相對其他變更更為明顯，主要是針對音頻應用的擴展，它允許將有時間限制的數據傳輸到一個或多個設備以進行時間同步處理，主要的應用場景為私人音頻分享，公共音頻廣播，輔助接收助聽器等。

01LE Isochronous Channel

定義了一個有時間依賴的數據傳輸通道和傳輸策略，用于低延時音頻數據傳輸，新增連接通道（CIS）和無連接通道（BIS）。

02LE Power Control

允許對端設備根據收到的信號強度和自身的接收靈敏度，發起修改對端設備發射功率的請求，以達到節省功耗的目的。

03Enhanced Attribute Protocol (EATT)

EATT可以多路數據并行，互相之間不影響，在有多個應用程序使用低功耗藍牙設備時，降低阻塞的情況，從而減少應用程序端到端延遲，提供更好的用戶體驗。

7藍牙5.3主要特性演進

藍牙5.3的主要變更方向為降低功耗，減少設備延遲，提高抗干擾能力以及安全性能提升。

01AdvDataInfo in Periodic ADV

在周期性廣播字域中增加advDataInfo字段，可以通過ADI字段設別當前數據是否曾經被接收到，如果是重復的數據可以舍棄掉，以節省數據處理時間。

02LE Enhanced Connection Update

能夠快速有效的從較低的帶通速率切換到較高的帶通速率，以應對突發的大數據收發，在大數據交互完成后可以迅速降低當前帶寬，以節省能耗。

03LE Channel Classification

新增Peripheral可以根據自身的收包質量，周圍信道干擾情況等信息，向central發送建議的信道請求，central可以做出適當的決定，以獲取最佳的信道，以避開干擾較大的信道，在之前的版本peripheral設備無法發送信道信息到central設備。

04Host to controller encryption

key control enhancements

增加加密密鑰長度可以通過協商獲取功能，并且規定了最小密鑰長度，提高鏈路安全性。

8藍牙5.4主要特性演進

藍牙5.4變更相對較少，主要為周期性廣播響應（PAwR）特性，為快速增長的電子貨架標簽(ESL)市場提供了標準的協議框架，進一步擴展了藍牙市場的應用范圍。

01Advertising Coding Selection

當發送擴展廣播時，Host可以指定在LE PHY上使用哪種codec編碼方式。

02Encrypted Advertising Data

允許使用預共享的會話密鑰對ADV數據進行加密，以避免基于ADV數據跟蹤設備，當與私有地址結合使用時，可以防止竊聽和攻擊，實現了更好的隱私保護。

03LE GATT Security Levels

Characteristics

增加安全級別特性(SLC) ，SLC 特性允許客戶端確定GATT服務器安全條件，如果要授予對端設備所有GATT功能的訪問權限，則必須滿足這些條件。

04Periodic Advertising with Response

之前版本的周期性廣播只能從廣播者到觀察者單向通訊，而PAwR是一種雙向交互的無連接通訊，實現單個接入點與數千個終端節點進行雙向通信。

9藍牙5.4+ 可能的主要特性演進（預判）

01High Accuracy Distance Measurement,

AKA, Channel Sounding

主要用于距離定位的場景。

藍牙版本向下兼容，藍牙版本越高功能越強大。藍牙版本迭代更新很快，覆蓋的應用領域也越來越多，泰凌深耕低功耗藍牙市場十多年，緊跟技術最新前沿，及時推出了一系列強有競爭力的芯片和應用方案，方便客戶開發具有競爭力的產品。目前泰凌在量產的芯片以及即將量產的芯片分別支持的對應藍牙版本的功能如下：

TLSR8208: 1Mbps, 2Mbps

TLSR825x: 增加S2，S8模式，EXTADV，CSA#2， MeshSupport

TLSR827x: 增加AoA/AoD

TLSR921x: 增加CIS，BIS，IAL，PCL，PAST， Subrate, PAwR等

TLSR922x: 增加ChannelSounding

其中TLSR921x和922x均可以軟件升級支持5.4中的PAwR等功能。

關 于 泰 凌

泰凌微電子致力于為客戶提供一站式的低功耗高性能無線連接SoC芯片解決方案，包括經典藍牙，藍牙低功耗，藍牙Mesh，Zigbee，Thread，Matter，Apple HomeKit，Apple“查找（Find My）”，和私有協議等低功耗2.4GHz多協議無線連接系統級芯片和豐富的固件協議棧。公司產品廣泛應用于智能照明，智能家居/樓宇，智能遙控，無線外設，智能零售，穿戴設備，無線音頻，智能玩具，物流追蹤，智慧城市等各類消費和商業應用場景中。

審核編輯：湯梓紅