蓝牙

蓝牙（Bluetooth）是一种无线通讯技术标准，用来让固定与移动设备，在短距离间交换资料，以形成个人局域网络（PAN）。其使用短波特高频（UHF）无线电波，经由2.4至2.485 GHz的ISM频段来进行通信。1994年由电信商爱立信（Ericsson）发展出这个技术。它最初的设计是希望建立一个RS-232数据线的无线通讯替代版本。它能够连结多个装置，以克服同步的亦被干扰等问题。

蓝牙技术目前由蓝牙技术联盟（SIG）负责维护其技术标准，其成员已超过三万，分布在电信、电脑、网络与消费性电子产品等领域。IEEE曾经将蓝牙技术标准化为IEEE 802.15.1，但是这个标准已经不再继续使用。

## 名称与标识

“Bluetooth”一词是斯堪的纳维亚语言词汇Blåtand/Blåtann的英语化。这个词的来源是10世纪丹麦和挪威国王蓝牙哈拉尔（Harald Blåtand Gormsen），借国王的绰号“Blåtand”当名称，直接翻译成中文为“蓝牙”（blå＝蓝，tand＝牙）。原本台湾翻译为“蓝牙”，但2006年时，蓝牙技术联盟组织已将全球中文译名统一改采直译为“蓝牙”，并注册为该组织的注册商标。

蓝牙哈拉尔曾统一了因宗教战争和领土争议而分裂的挪威和丹麦，因此蓝牙技术的研发小组以其名号期许新技术能整合各大资通品牌的标准。蓝牙的标志是卢恩字母

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（Haglaz，ᚼ）和

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（Berkanan，ᛒ）的组合，也就是Harald Blåtand的首字母HB的合写。

## 历史

### 创制

蓝牙技术最初由爱立信创制。技术始于爱立信公司的1994方案，它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则（标准化协议），以解决用户间互不兼容的移动电子设备。1997年前爱立信公司以此概念接触了移动设备制造商，讨论其项目合作发展，结果获得支持。

1998年5月20日，爱立信、国际商业机器、英特尔、诺基亚及东芝公司等业界龙头创立“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG），即蓝牙技术联盟的前身，目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。

1998年时蓝牙推出0.7规格，支援Baseband与LMP（Link Manager Protocol）通讯协定两部分。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）协定、TCS（Telephony Control Specification）协定。1999年7月26日正式公布1.0版，确定使用2.4GHz频谱，最高资料传输速度1Mbps，同时开始了大规模宣传。和当时流行的红外线技术相比，蓝牙有着更高的传输速度，而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接，所有蓝牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用，就可以进行随时连接。

当1.0规格推出以后，蓝牙并未立即受到广泛的应用，除了当时对应蓝牙功能的电子设备种类少，蓝牙装置也十分昂贵。2001年的1.1版正式列入IEEE标准，Bluetooth 1.1即为IEEE 802.15.1。同年，SIG成员公司超过2000家。过了几年之后，采用蓝牙技术的电子装置如雨后春笋般增加，售价也大幅下降。为了扩宽蓝牙的应用层面和传输速度，SIG先后推出了1.2、2.0版，以及其他附加新功能，例如EDR（Enhanced Data Rate，配合2.0的技术标准，将最大传输速度提高到3Mbps）、A2DP（Advanced Audio Distribution Profile，一个控音轨分配技术，主要应用于立体声耳机）、AVRCP（A/V Remote Control Profile）等。Bluetooth 2.0将传输率提升至2Mbps、3Mbps，远大于1.x版的1Mbps（实际约723.2kbps）。

### 发展

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蓝牙用于在不同的设备之间进行无线连接，例如连接计算机和外围设备，如：打印机、键盘等，又或让个人数码助理（PDA）与其它附近的PDA或计算机进行通信。具备蓝牙技术的手机可以连接到计算机、PDA甚至连接到免持听筒。

事实上，根据已订立的标准，蓝牙可以支持功能更强的长距离通讯，用以构成无线局域网。可以将每个设备配置为不断向附近的设备声明其存在以便建立连接。另外也可以对二个设备之间的连接进行密码保护，以防止被其他设备接收。

蓝牙的标准是IEEE 802.15.1，蓝牙协议工作在无需许可的ISM（Industrial Scientific Medical）频段的2.45GHz。最高速度可达723.1kb/s。为了避免干扰可能使用2.45GHz的其它协议，蓝牙协议将该频段划分成79个频道，（带宽为1MHz）每秒的频道转换可达1600次。

## 原理和应用

### 工作方式

蓝牙技术分为基础率/增强数据率（BR/EDR）和低耗能（LE）两种技术类型。其中BR/EDR型是以点对点网络拓扑结构建立一对一设备通信；LE型则使用点对点（一对一）、广播（一对多）和网格（多对多）等多种网络拓扑结构。

### 应用

蓝牙技术已经应用到超过3万个联盟技术成员的82亿件产品之中。依靠蓝牙支持，电脑或PDA能通过手机的调制解调器实现拨号上网。可以在一定距离内架设电脑间的无线网络或数个以太网之间的无线桥架。蓝牙设备之间可以传输文件。

汽车蓝牙免提呼叫系统；车载音频娱乐系统；监测和诊断机电系统｜消费类电子产品电视和游戏系统，家用游戏机的手柄，包括PS4、PSP Go、 Wii、Switch。｜家居自动化智能家居，室内的照明、温度、家用电器、窗户和门锁等安全系统以及牙刷、鞋垫等日常用品。

医疗和保健血糖监测仪、脉搏血氧仪、心率监视器、哮喘吸入器等产品｜手机移动电话和免提设备之间的无线通讯，这也是最初流行的应用。｜电脑与外设鼠标、键盘、耳机、打印机等

可穿戴设备智能眼镜、耳机、活动监测仪、儿童和宠物监视器、医疗救助、头部和手部安装终端以及摄像机｜运动和健身健身跟踪手环和智能手表，瑜伽垫、棒球棍等｜零售和位置导向式服务实时定位系统（RTLS），应用"节点"或"标签"嵌入受跟踪物品中读卡器从标签接收并处理无线信号以确定物品位置。

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其它的例子还有：

- 传统有线设备的无线化，如：医用器材、GPS、条形码扫描仪、交管设备、蓝牙无线麦克风收发机：具有发送端与接收端，发送端提供3-pin XLR接头，可连接麦克风发射讯号，接收端提供3.5mm接头/6.3mm接头，可直接插在扬声器或扩大机上，彼此之间使用蓝牙传输。
- 凯迪拉克XTS豪华轿车上所搭载的CUE移动互联体验系统的蓝牙接入功能，最多可支持10组蓝牙配对，包括智能手机、平板电脑和多媒体播放器等。车主可以通过蓝牙配对，将这些便携设备中的信息与CUE系统实现共享。比如，可以读取手机中的通讯录，通过CUE系统的人声识别功能直接进行语音拨叫；可以读取手机或多媒体播放器中的音乐文件，通过CUE系统在车内音响中播放，并在CUE系统的显示屏上显示曲目名、歌词和专辑封面图像等。

## 规格和功能

蓝牙版本｜发布时间｜最大传输速度｜传输距离｜LMP版本

代｜版本号｜典型｜低耗电

6｜6.2｜2025｜？｜？｜？｜？

6.1｜？｜？｜？｜？

6.0｜2024｜？｜3 Mbit/s｜300米｜LMP 13

5｜5.4｜2023｜50 Mbit/s｜2 Mbit/s｜240米

5.3｜2021｜LMP 12

5.2｜2020｜LMP 11

5.1｜2019｜LMP 10

5.0｜2016｜LMP 9

4｜4.2｜2014｜3 Mbit/s｜1 Mbit/s｜60米｜LMP 8

4.1｜2013｜LMP 7

4.0｜2009｜LMP 6

3｜3.0+HS｜2009｜24 Mbit/s｜不适用｜10米｜LMP 5

2｜2.1+EDR｜2007｜3 Mbit/s｜LMP 4

2.0+EDR｜2004｜2.1 Mbit/s｜LMP 3

1｜1.2｜2003｜1 Mbit/s｜LMP 2

1.1｜2001｜732.2 kbit/s｜LMP 1

1.0｜1999｜LMP 0

### 第一代

早期的1.0和1.0B版本存在多个问题，多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时，在两个装置“连结”（handshaking）的过程中，蓝牙硬件的位址（BD_ADDR）会给传送出去，在协定的层面上不能做到匿名，造成泄漏资料的危险，令一些使用者却步。

蓝牙1.2版本可以向下兼容1.1版，其主要改进包括：

- 匿名方式：屏蔽设备的硬件地址（BD_ADDR），保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪。从1.1版开始已经可以实现硬件匿名，但未实施，因此对普通消费者来说还是没有此功能。
- 自适应频率跳跃（AFH,Adaptive Frequency Hopping）：通过避免使用跳跃序列中的拥挤频率，从而改善对无线电干涉的抵抗。
- 更高的实际传输速度，实际测试约为90KB/S（721Kbps）左右。
- L2CAP层引入了流量控制和错误纠正机制

### 第二代

蓝牙2.0+EDR版加入了“非跳跃窄频通道”（Non-hopping narrowband channel）。因为不需要与每个设备交换应答信号，这种通道可以用来将各种器件的蓝牙服务概要同时广播到巨量的蓝牙器件。应答信号交换过程当前需要大约一秒。实时公共交通时刻表、基本的交通畅通性信息和高级交通指向指示等未加密信息可以以高速度发送给设备。更高的连接速度，支持多个速度水平。

2007年7月26日，蓝牙技术联盟通过了蓝牙核心规范2.1+EDR，向下对1.2版本完全兼容，并增加了Sniff省电功能，使得适配器与设备的联系时间延长到0.5秒，能节约不小电量；增强功能有简单安全配对（SSP），这改善了蓝牙设备的配对经验，同时提升了使用和安全强度。

### 第三代

2009年4月21日，蓝牙技术联盟颁布了蓝牙核心规范3.0版（3.0+HS），是一种全新的交替射频技术。蓝牙3.0+HS提高了资料传输速率，集成802.11PAL最高速度可达24Mbps。是蓝牙2.0速度的8倍。此外，引入了增强电源控制，实际空闲功耗明显降低。

### 第四代

技术规范｜典型蓝牙｜低耗电蓝牙

无线电频率｜2.4 GHz｜2.4 GHz

距离｜10米/100米｜30米

空中数据速率｜1-3 Mb/s｜1 Mb/s

应用吞吐量｜0.7-2.1 Mb/s｜0.2 Mb/s

节点／单元｜7-16,777,184｜未定义（理论最大值为2^32）

安全｜64/128-bit及用户自定义的应用层｜128-bit AES及用户自定义的应用层

强健性｜自动适应快速跳频，FEC，快速ACK｜自动适应快速跳频

延迟（非连接状态）｜100 ms｜<6 ms

发送数据的总时间｜0.625 ms｜3 ms

政府监管｜全球｜全球

认证机构｜蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）｜蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）

语音能力｜有｜没有

网络拓扑｜分散网｜星状拓扑（Star）总线拓扑（Bus）网状拓扑（Mesh）

耗电量｜1（作为参考）｜0.01至0.5（视使用情况）

最大操作电流｜<30 mA｜<15 mA（最高运行时为15 mA）

服务探索｜有｜有

简介概念｜有｜有

主要用途｜手机，游戏机，耳机，立体声音频串流，汽车和PC等｜手机，游戏机，PC，表，体育和健身，医疗保健，汽车，家用电子，自动化和工业等

2010年7月7日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙4.0规范。其最重要的特性是支持省电。

- Bluetooth 4.0，协议组成和当前主流的Bluetooth h2.x+EDR、还未普及的Bluetooth h3.0+HS不同，Bluetooth 4.0是Bluetooth从诞生至今唯一的一个综合协议规范。
- 还提出了“低功耗蓝牙”、“传统蓝牙”和“高速蓝牙”三种模式。
- 其中：高速蓝牙主攻数据交换与传输；传统蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点；低功耗蓝牙顾名思义，以不需占用太多带宽的设备连接为主。前身其实是NOKIA开发的Wibree技术，本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术，在获SIG接纳并规范化之后重新命名为Bluetooth Low Energy（后简称低功耗蓝牙）。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式，此外，Bluetooth 4.0还把蓝牙的传输距离提升到100米以上（低功耗模式条件下）。
- 分Single mode与Dual mode。
- Single mode只能与BT4.0互相传输无法向下相容（与3.0/2.1/2.0无法相通）;Dual mode可以向下相容，可与BT4.0传输也可以跟3.0/2.1/2.0传输
- 超低的峰值、平均和待机模式功耗，覆盖范围增强，最大范围可超过100米。
- 速度：支持1Mbps数据传输率下的超短数据包，最少8个八组位，最多27个。所有连接都使用蓝牙2.1加入的减速呼吸模式（sniff subrating）来达到超低工作循环。
- 跳频：使用所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频，最大程度地减少和其他2.4 GHz ISM频段无线技术的串扰。
- 主控制：可以休眠更长时间，只在需要执行动作的时候才唤醒。
- 延迟：最短可在3毫秒内完成连接设置并开始传输数据。
- 健壮性：所有数据包都使用24-bit CRC校验，确保最大程度抵御干扰。
- 安全：使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。
- 拓扑：每个数据包的每次接收都使用32位寻址，理论上可连接数十亿设备；针对一对一连接最佳化，并支持星形拓扑的一对多连接；使用快速连接和断开，数据可以在网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。

2013年12月4日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙4.1规范，其目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。

- 此版本为蓝牙4.0的软件更新版本，搭载蓝牙4.0设备的终端可通过软件更新获得此版本。
- 对于开发人员而言，该更新是蓝牙技术发展史上一项重要的进步。该更新提供了更高的灵活性和掌控度，让开发人员能创造更具创新并催化物联网（IOT）发展的产品。
- 支持多设备连接。
- 智能连接：增加设置设备间连接频率的支持。制造商可以对设备设置连接进行设置，使得设备可以更加智能的控制设备电量。

2014年12月2日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙4.2规范。

### 第五代

2016年12月6日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.0规范。在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍，传输速度将是4.2LE版本的2倍（速度上限为24Mbps）。蓝牙5.0还支持室内定位导航功能（结合WiFi可以实现精度小于1米的室内定位），允许无需配对接受信标的数据（比如广告、Beacon、位置信息等，传输率提高了8倍），针对物联网进行了很多底层优化。

2019年1月21日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.1规范。

2019年12月31日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.2规范。新增蓝牙低功耗音讯（Bluetooth LE Audio），支援发射器与接收器之间一对多和多对一的传输方式，称为 Auracast。

2021年7月13日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.3规范。其功能增强包括：连接子分级、周期广播间隔、信道分类增强、加密密钥长度控制增强。本版本规范中移除了以下功能：替代MAC和PHY（AMP）扩展。

2023年2月7日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.4规范，新增功能包括：带响应的周期广播、加密广播数据、LE GATT安全级别特征、广播编码选择。

### 第六代

2024年8月27日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙6.0规范，新增功能包括：蓝牙信道测距、基于决策的广播过滤、广播者监控、ISOAL增强、链路层扩展功能集、帧间隔更新。

2025年5月7日，蓝牙技术联盟推出了蓝牙6.1规范，新增功能包括：增强的设备隐私、改进的能效。

## 蓝牙技术联盟

蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，缩写为SIG）拥有蓝牙的商标，负责制定蓝牙规范、认证制造厂商，授权他们使用蓝牙技术与蓝牙标志，但本身不负责蓝牙装置的设计、生产及贩售。

### 蓝牙协议堆叠

蓝牙协议堆叠依照其功能可分四层：

- 核心协议层（HCI、LMP、L2CAP、SDP）
- 线缆替换协定层（RFCOMM）
- 电话控制协定层（TCS-BIN）
- 选用协议层（PPP、TCP、IP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）

### 蓝牙规范

蓝牙规范（Profile）是指蓝牙通讯在那一种用途下应该使用的通讯协定和相关的规范。蓝牙1.1定义的profile有13个。SIG认为蓝牙装置有4个最基本的Profile：

- General Access Profile（GAP）
- Service Discovery Application Profile（SDAP）
- Serial Port Profile（SPP）
- General Object Exchange Profile（GOEP）

## 缺点

### 干扰

Bluetooth在2.4GHz的电波干扰问题一直为大家所诟病，特别和无线局域网络(Wi-Fi)间的互相干扰问题。有干扰发生时，就以重新传送封包的方法来解决干扰。

### 安全性

在JAVA和Symbian60平台上，使用“蓝牙黑客”或“蓝牙间谍”软件，对方同意配对就可以控制打开蓝牙的手机。此种软件可以实现的功能有：查看对方手机中的电话簿、短信、电量、序列号；更改对方手机的情景模式和界面语言、打开对方手机内置的JAVA软件、控制手机多媒体播放器、遥控对方手机打电话、发短信等。

2023年11月，来自Eurecom的研究人员揭示了一类新的攻击方式，称为BLUFFS（低能耗蓝牙前向与未来保密攻击）。这6种新攻击是在之前已知的KNOB和BIAS（蓝牙冒充攻击）的基础上进行扩展和协作的。之前的KNOB和BIAS攻击允许攻击者在会话中解密和伪造蓝牙数据包，而BLUFFS将这一能力扩展到由设备生成的所有会话（包括过去、现在和未来）。所有运行蓝牙版本4.2到5.4的设备都受到影响。

### 健康风险

2024年一项研究发现，每日蓝牙耳机使用时长，与患甲状腺结节的风险具有正相关性。

## 基本资料

- 开发者：蓝牙技术联盟
- 产业：个人局域网
- 规范发布：1998年
- 相容的硬件：个人电脑、智能手机、游戏控制器、音频设备、智能电视
- 范围：典型值低于 10m，高达100m、Bluetooth 5.0: 40-400m