蓝牙技术快速发展概览
核心要点
- 蓝牙 5.3 引入了连接子速率，加速了模式切换，强化了加密控制，并提高了网络效率。
- 蓝牙 5.0 提升了数据传输速度和覆盖范围，而蓝牙 5.1 则改善了基于位置的服务和音频质量。
- 蓝牙 5.4 包含定期广告、加密数据、GATT 安全级别以及优化性能等功能。
设备所采用的蓝牙版本直接影响其数据传输速度、能耗以及连接的稳定性。然而，由于蓝牙版本众多，用户很难判断自己使用的版本是否为最优选择。
蓝牙 5.3 正在迅速成为新型设备的标准配置。那么，我们是否有必要为了跟上最新的蓝牙标准而升级硬件呢？
深入了解蓝牙 5.3
蓝牙 5.3 于 2021 年面世，为消费者和开发者带来了诸多增强功能。
其中一项显著的改进是连接子速率。通常，设备在低占空比连接下运行以节省电能。然而，当需要高带宽支持时，连接参数应能即时调整。否则，便会出现延迟现象。
连接子速率能够加速低功耗模式和高功耗模式之间的切换，从而消除延迟，并提供更佳的用户体验。例如，使用子速率连接的耳机与不使用该连接的耳机相比，音频延迟更低，尤其是在耳机远离主机设备时。
蓝牙 5.3 还增强了蓝牙 BR/EDR 功能，该控制器负责在建立蓝牙连接时协商加密密钥的大小。此项改进使得主机设备能够定义可接受的最小密钥大小，从而为加密过程提供更出色的控制和灵活性。这允许主机根据所交换数据的敏感性或安全标准合规性来确定所需的安全性级别。
蓝牙 5.3 更新的另外两个重要特性包括信道分类和定期广告增强。前者允许外围蓝牙设备基于自身的射频状况与中央设备进行通信，从而避免干扰并提高连接可靠性。
后者则简化了设备间的信息共享方式。通常，蓝牙设备会重复发送相同的数据以确保其可靠传输。现在，采用蓝牙 5.3 的设备可以仅检查一次重复项，并跳过不必要的重复，从而节省能量，并有望延长设备电池的续航时间。
蓝牙 5.0 与 5.1、5.2 和 5.3 的对比
| 蓝牙版本 | 5.0 | 5.1 | 5.2 | 5.3 |
|---|---|---|---|---|
| 发布年份 | 2016 | 2019 | 2020 | 2021 |
| 数据传输 | 2Mbps | 无显著改进 | 无显著改进 | 无显著改进 |
| 通讯范围 | 室外范围 120 英尺 | 室内定位精度提升至 1 厘米 | 无显著改进 | 无显著改进 |
| 新功能 | 255 字节消息容量 | 增强型蓝牙 LE 音频 | EATT 更高效的数据传输、LC3 编解码器提升音频质量、CTKD 增强安全性 | 信道分类减少频率干扰，定期广告增强提高网络效率 |
蓝牙 5.3 引入了许多新功能，下面我们来比较它与之前版本的蓝牙 5 有何不同之处。
蓝牙 5.0
蓝牙 5.0 于 2016 年推出，是对蓝牙 4.2 的重大升级。其消息容量提升至 255 字节，是蓝牙 4.2 的八倍（蓝牙 4.2 为 31 字节）。这使得数据传输速度翻倍，通信范围扩大四倍，同时保持较低的功耗。
数据传输速度从 1Mbps 提高到 2Mbps，室内环境中的传输范围可达 120 英尺，并且采用蓝牙 5 的设备比旧款设备能保持更长的开启时间。
蓝牙 5.1
蓝牙 5.1 升级版于 2019 年 1 月发布，使设备能够定位短距离内连接的设备并确定信号的来源。增强的位置服务提升了在室内环境中的导航和追踪能力。
其他更新包括通用属性配置文件 (GATT) 缓存，该功能改变了设备处理重复数据传输的方式，降低了功耗，增强了广告功能，并改善了与其他无线技术的共存。蓝牙低功耗 (LE) 音频也得到了增强，以提供更出色的音频质量和同步效果。
蓝牙 5.2
2020 年初发布的蓝牙 5.2 专注于提升音频质量。
引入蓝牙低能耗功率控制旨在优化低能耗设备的功耗。此外，它还引入了低复杂度通信编解码器（LC3），可以提供更高的音频质量，提升音乐流和游戏体验。这两个组件共同为蓝牙 Auracast 提供支持，从而实现从一台设备同时传输音频。
蓝牙 5.2 还引入了增强属性协议（EATT）。过去，蓝牙设备无法有效地交换属性数据来传递其状态和功能信息。EATT 简化了数据交换过程，使其更加直接、资源高效，并优化了通信信道。
蓝牙 5.2 还引入了跨传输密钥派生，这一协议简化了跨多传输设备的加密密钥管理，从而增强了安全性。
认识蓝牙 5.4
蓝牙 5.4 是最新版本，于 2023 年初正式发布。它进行了一些更新，通过实现低功耗设备之间的双向安全通信，从而提升了蓝牙的功能。这些功能包括：
- 定期广告与响应 (PAwR)。通过在子事件中发送的小数据包广播数据，观察者可以同步并响应。这使得观察者仅在特定时间扫描数据，从而更加节能。
- 加密的广告数据。提供了广告数据加密的标准方法，允许对共享数据进行部分或全部加密。这意味着任何支持蓝牙的设备都可以从主机接收广告数据，但只有那些拥有解密密钥的设备（授权设备）才能访问加密数据。
- 低能耗 GATT 安全级别特征。允许设备在尝试访问特定属性之前传递访问所需的安全级别。如果设备不符合安全级别，客户端会提示他们升级并获得访问权限。该系统可防止应用转换中断，提供更流畅、更安全的用户体验。
- 广告编码选择。使得主机设备能够确定向控制器传输广告数据时所使用的编码系统。此增强功能可以更好地控制数据速率和范围之间的平衡，从而能够根据特定的通信需求来优化性能。
这些进步对于大规模应用尤其有价值，例如零售电子货架标签 (ESL) 应用，其中涉及到大量连接和同步的设备。与此同时，这些改进也将渗透到耳机和耳塞等消费科技产品中。