蓝牙技术在未来会有哪些应用

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所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线通信技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。
“蓝牙”的形成背景是这样的：1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

二战期间，本应该凭借美貌吃饭的好莱坞女演员 Hedy Lamarr，却偏要凭实力与钢琴家 George Antheil 联手，研究跳频扩频（FHSS）技术。据相关资料记载，这项技术于1942 年8月被申请为专利。在此后近半个世纪的岁月中，这项技术一直未被重视，直到 20 世纪 80 年代，FHSS技术才被军方用于战场上的无线通讯系统。而后，FHSS技术下沉到大众市场，也影响到了蓝牙、WiFi等无线技术的发展。

时移世易，当初以FHSS为基础的蓝牙技术也发生了巨大的变化——其标准从蓝牙10升级到了蓝牙50再到LE Audio，在这场技术变迁的过程当中，蓝牙到底改变了什么？

蓝牙技术的起源

蓝牙技术最早可以追溯至 199 4年，当初，爱立信投身于蓝牙技术的研究是将其当做是RS-232数据线的替代方案。RS-232是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定。RS-232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。RS-232采用的是点对点连接，通常一个串口只能连接一个外设。而采用蓝牙技术则可以连接多个设备，从而克服了数据同步的难题。因此，蓝牙技术被视为是移动 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。

199 7年，爱立信公司借此概念接触了移动设备制造商，讨论其项目合作发展并获得支持。 199 8年，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家企业成立了蓝牙技术联盟的前身——“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG），其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。在这当中，关于蓝牙的命名也发生了一件趣事。当时SIG的合同框架已经接近完成，但关于这项短据无线连接技术却还没有确定正式的名称，其备选名称PAN因偏向流行语，在当时的互联网搜索引擎中已经拥有很高的流量，因此，商标搜索没通过。英特尔的Jim Kardach建议使用蓝牙作为临时代号。后来有人引用Kardach的话说：“哈拉尔德国王蓝牙，以团结斯堪的纳维亚半岛而出名，正如我们打算通过短距离无线链路将PC和蜂窝产业结合在一起一样。”

07版是蓝牙的首个标准版本，其支持Baseband与LMP通讯协定两部分。 而后，SIG成立，又先后发布了蓝牙08版，09版、10 Draft版、10a版以及10B版。 199 9年下半年，微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股蓝牙热潮。

蓝牙标准的演进推动终端应用变化

在这股蓝牙的热潮之下，蓝牙标准也伴随着技术终端应用的需求发生了改变。

199 9年所推出的蓝牙10版本，因为技术上存在着数据泄露的问题，所以，蓝牙并未立即受到广泛的应用。此外，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，也是蓝牙未被大规模采用的原因之一。直到2001年，蓝牙11才做为首个正式商用的版本开始面向市场。该版蓝牙标准也被正式列入IEEE标准，也被称为IEEE 802151。同年，SIG成员公司超过2000家。

过了几年之后，蓝牙成为了电子产品的必备功能，其售价也因技术的成熟而大幅下降。为了扩宽蓝牙的应用层面和传输速度，SIG于2003和2004年先后推出了12（该版本为了解决容易受干扰的问题，加上了抗干扰跳频功能）、20版，并附加了很多新功能。据维基百科资料显示，20版本中增加了例如EDR（Enhanced Data Rate，配合20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 20将传输率提升至2Mbps、3Mbps，远大于1x版的1Mbps（实际约7232kbps）。蓝牙20版开始支持双工模式——即一面作语音通讯，同时也可以传输数据。也是从这个版本开始，蓝牙才被市场所认可。随后，在2007年中，SIG针对存在的问题进行了改进，并发布了蓝牙21版。此时，蓝牙技术的出现，让手机实现了可互相传输音视频以及等功能。但当时手机之间通过蓝牙连接的方式比较繁琐，配对双方都显示一个6位的数字，由用户来核对数字是否一致，并输入Yes/No，两端Yes表示一致即可配对。这种当时虽然繁琐，但却可以防止中间人攻击。

2009年，蓝牙 30 也开始面向市场，采用了全新的交替射频技术，并取消了UMB应用。在本年4月，蓝牙技术联盟颁布了蓝牙核心规范 30 版（ 30 +HS），是一种全新的交替射频技术。蓝牙 30 +HS提高了数据传输速率，集成80211PAL最高速度可达24Mbps，是蓝牙20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。这一特性还添加了闭环功率控制，意味着RSSI过滤可于收到回复的同时展开。此外，该版本中还增加了“直接开到最大功率（go straight to ma xi mum power）”的请求，旨在应对耳机的链路损耗，传统蓝牙耳机也逐渐流入市场。

2010年， 三位一体 蓝牙40的发布再次变革了蓝牙技术。在该版本发布之时，SIG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；蓝牙低功耗顾名思义，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，在被SIG接纳并规范化之后重命名为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 40还把蓝牙的传输距离提升到100米以上（低功耗模式条件下）。至此，通过蓝牙40的发布，也为接下来物联网的发展奠定了基础。

而后，2013年底，蓝牙技术联盟推出了蓝牙41规范，其目的是为了让 Bluetooth Smart技术最终成为物联网发展的核心动力。该版本提升了对LTE和批量数据交换率共存的支持，以及通过允许设备同时支持多重角色帮助开发者实现创新。通过蓝牙41版本，使得支持该标准的耳机、手表、键鼠，可以不用通过 PC、平板、手机等数据枢纽，实现自主收发数据。例如智能手表和计步器可以绕过智能手机，直接实现对话。2014年，SIG又更新了蓝牙标准，推出了蓝牙42，不但速度提升25倍，隐私性更高，还可以通过IPv6连接网络。这一技术允许多个蓝牙设备通过一个终端接入互联网或者局域网，这样，大部分智能家居产品可以抛弃相对复杂的 WiFi 连接，改用蓝牙传输，让个人传感器和家庭间的互联更加便捷快速。

2016年，蓝牙标准伴随着物联网应用的爆发也进行了继续演进，在此期间，SIG发布了蓝牙50版本，相比蓝牙40版本，50在传输速度提升了两倍，传输距离增加了四倍，数据传输量提升八倍，同时可以与 Wi-Fi 共存，不互相干扰。2019年，SIG又推出了蓝牙51，新增寻向功能，将蓝牙定位的精准度提升到厘米级，功耗更低、传输更快、距离更远、定位更精准。伴随着蓝牙51标准的推出，也让业界看到了将蓝牙技术应用于室内定位的前景，这也是目前蓝牙技术的未来发展前景之一。

此外，伴随着万物互联时代的来临，蓝牙技术也进行了吸收和扩展。除蓝牙1、2、3、4、5系列标准以外，蓝牙技术联盟于2017年7月正式宣布，蓝牙技术开始全面支持Mesh网状网络，据悉，蓝牙Mesh将兼容蓝牙 4 和 5 系列的协议。全新的Mesh功能提供设备间多对多传输，并特别提高构建大范围网络覆盖的通信能力，适用于楼宇自动化、无线传感器网络等需要让数以万计个设备在可靠、安全的环境下传输的物联网解决方案。伴随着蓝牙Mesh的推出，智能家居得到了极大的发展，该领域也被视为是蓝牙未来发展的又一方向。在2018年的国际消费电子展上，阿里巴巴与联发科宣布携手推动蓝牙Mesh技术，签署合作协议，打造了首款支持蓝牙Mesh技术的Smartmesh无线连接方案。

蓝牙新标准将再次对终端应用进行改革

2020年1月，蓝牙技术联盟在拉斯维加斯举办的CES2020上发布了其新一代蓝牙音频技术标准——低功耗音频LE Audio。该方案伴随着TWS耳机的爆发而被受 关注 ，因此，有业内人士认为，LE Audio蓝牙标准将再次对终端应用产生重大影响。

众所周知，此前传统蓝牙耳机没有得到广泛的使用，是因为其音质和续航时间并不令人满意。而采用了LE Audio蓝牙标准的TWS耳机，可以在低能耗下实现在更长的距离上传输更好的声音。据SIG官方网站介绍，在提升音质方面，LE Audio蓝牙标准中包括一个新的高质量，低功耗音频编解码器，即低复杂度通信编解码器（LC3）。LC3即使在低数据速率下也能提供高质量，它将为开发人员带来巨大的灵活性，使他们能够在关键产品属性（例如音频质量和功耗）之间进行更好的设计折衷。据相关报道显示，LC3的质量提高了三倍，传输音频时的能耗却降低了三倍。

据相关报道显示，SIG将于今年推出LE Audio的独立功能，SIG期望芯片制造商能够在明年至18个月的时间内发布支持LE Audio的新设计。这是因为LE Audio需要手机端先支持LE Audio标准后，TWS耳机才更有意义。因此，在这种情况下，TWS耳机还距离其真正的爆发时期还有一段距离。

同时，SIG在其官网中还介绍道，LE Audio将不仅为TWS耳机带来发展机会，这项标准也将推动其他音频产品的发展。例如，LE Audio将推动蓝牙助听器的开发，从而为越来越多的听力损失者带来蓝牙音频的所有好处。LE Audio还将添加广播音频，使音频源设备可以将一个或多个音频流广播到无限数量的音频接收器设备。广播音频为创新提供了重要的新机遇，其中包括启用新的蓝牙用例“音频共享”。蓝牙音频共享可以是个人的或基于位置的。通过个人音频共享，人们将能够与周围的其他人共享蓝牙音频体验；例如，与家人和朋友共享智能手机中的音乐。通过基于位置的音频共享，机场，酒吧， 体育 馆，院和会议中心等公共场所现在可以共享蓝牙音频，从而增强访问者的体验。

结语

通过上述资料显示，蓝牙从最初的音频传输、图文传输、视频传输，演变成为了物联网传输的主角。尤其是在去年当中，蓝牙技术的发展也带动了TWS耳机市场变革。从蓝牙技术的变迁中看，它的发展对下游终端产品影响巨大。伴随着近几年来，终端产品的多样化趋势，也为蓝牙的发展带来了新的机会。

同时，蓝牙作为无线通信中的一员，蓝牙技术还需要与WiFi等其他无线传输技术进行竞争，蓝牙技术如何在这场竞争中保持优势，是值得业界所 关注 的。

摘 要：对物联网的技术信息进行了综合分析，介绍了物联网的起源、基本概念、国内外的研究现状和应用现状，讨论了物联网的体系结构、感知及终端技术、物联网的安全、智能化等关键技术，最后结合中国物联网的发展及产业现状，提出了物联网的应用与技术建议。
关键词：物联网(IOT)；射频识别(RFID)；网络应用；关键技术
中图分类号：TP3934 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0078-03
Features and application of Internet of Things
MA Yin
(Jiangsu College of Information Technology, Wuxi 214153, China)
Abstract: A comprehensive analysis of Internet of Things (IOT) is made The origin and basic concepts of IOT is presented firstly The current research on IOT at homeland and abroad and application of IOT are introduced secondly The key techniques of IOT such as the architecture, perception and terminal technology, security of IOT and intelligence are discussed in detail Combined with the development and current industry situation, the suggestions about IOT application and technical improvement are made finally
Keywords: Internet of Things (IOT); Radio Frequency Identification (RFID); Internet application; key technique
0 引 言
随着信息技术的发展，智能化管理与服务也得到快速发展，物联网正是在这样的条件下发展起来的新兴产业。物联网是以感知为核心的物物互联的综合信息系统，其发展将促进传统生产、生活方式向着现代智能化的方式转变，可大大提高生产力和社会运行效率，提升人们的生活质量。物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次革命。
早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》中就已经提及物物互联的概念，但受限于当时无线网络、硬件及传感设备的发展情况而未引起重视。1998年，美国麻省理工学院(MIT)创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。1999年，在建立物品编码、RFID技术和物联网的基础上，美国Auto-ID中心首先提出“万物皆可通过网络互联”，从此阐明了物联网的基本含义[1]。
物联网的基本思想产生于上世纪末，但近年来，随着信息技术的发展，物联网才真正引起人们的关注。2005年，在信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》[2]。《报告》指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临：通过一些关键技术，用互联网将世界上的物体都连接在一起，使世界万物都可以上网，世界上所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术和机器人技术等将得到更加广泛的应用。欧洲智能系统集成技术平台(EPOSS)于2008年在《物联网2020》[3]报告中分析预测了未来物联网的发展主要经历四个阶段：2010年之前广泛应用于物流、零售和制药等领域；2010—2015年实现物与物之间的互联；2015—2020年进入半智能化阶段；2020年之后实现全智能化。目前，物联网的产业发展和应用正在由第一阶段向第二阶段过渡期，物物互联的应用范围不断扩大。RFID 在欧美国家已具有成熟的产业链，这些国家主要将RFID 技术应用于交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域。我国目前的物联网虽然只有小规模应用，但物联网的战略性新兴产业地位已经明确。
1 物联网关键技术及特点
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化的重要特征。物联网是一种复杂多样的综合网络系统，根据信息生成、传输、处理和应用过程，可以把物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。
11 感知识别层
感知识别层由大量具有感知和识别功能的设备组成，可以部署于世界任何地方、任何环境之中，被感知和识别的对象也不受限制。感知识别技术是物联网的核心技术，是联系物理世界和信息世界的纽带，主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。关键技术不仅包括射频识别技术、无线传感器等信息自动生成设备，也包括各种智能电子产品用来人工信息生成，主要是感知和识别设备的功耗、物体标签信息的浓缩和写入、物体信息代码的分类匹配等。近年来，各类可联网的电子产品层出不穷，智能手机、个人数字助理(PDA)、多媒体播放器、上网本、笔记本、平板电脑等迅速普及，人们可以随时随地接入互联网，分享信息。信息生成方式的多样化是物联网区别于其他网络的重要特征。
12 网络构建层
网络构建层主要是将感知识别层数据接入互联网。互联网及下一代互联网(包含IPv6技术)是物联网的核心网络。
各种无线网络可提供随时随地的网络接入服务。各种不同类型的无线网络合力提供便捷的网络接入，是实现物物互联的重要基础设施。无线个域网包括蓝牙技术(802151标准)、ZigBee技术(802154标准)，无线局域网包括现在广为流行的Wi-Fi技术(80211标准)，无线城域网包括现有的WiMAX技术(80216标准)，无线广域网包括现有移动通信网络及其演进技术(3G、4G通信技术)。

(照片为40在台发表时档案照)

蓝牙联盟正式于本周起推出Bluetooth42核心规格，主要强化隐私权保护与传输速度提升，同时也将核准支援IP连网的定义；此次的更新重点可分为三部分，包括隐私与资安、速度与网际网路连网。隐私与资安方面将隐私权控管主导权回归消费者，避免蓝牙连线在未经许可下被轻易追踪，尤其是在具备beacon的零售商店增加购物安全性。

在速度方面，此次提升BluetoothSmart装置间传输速度以及可靠性，相较既有版本增加25倍，同时传输速度与封包容量增加后也大幅减少传输错误发生率并降低能耗，进而提升连网效率；另外Bluetooth42以Bluetooth41的IPSP为基础，可使BluetoothSmart感测器透过IPv6/6LoWPAN直接进行连网，并藉IP联网使既有的IP基础架构管理BluetoothSmart的EdgeDevice(边缘装置)，此项定义预计年底前核准。

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因此，蓝牙将成为无线通信领域的新宠，将为广大用户提供极大的方便而受到青睐。目前已开发的应用包括：(1)在手机上的应用。嵌入蓝牙技术的数字移动电话将可实现一机三用，真正实现个人通信的功能。在办公室可作为内部的无线集团电话，回家后可当作无绳电话来使用，不必支付昂贵的移动电话的话费。到室外或乘车的路上，仍作为移动电话与掌上电脑或个人数字助理PDA结合起来，并通过嵌入蓝牙技术的局域网接入点，随时随地都可以到因特网上冲浪浏览，使我们的数字化生活变得更加方便和快捷。同时，借助嵌入蓝牙的头戴式话筒和耳机以及话音拨号技术，不用动手就可以接听或拨打移动电话。(2)在掌上电脑上的应用。掌上电脑越来越普及，嵌入蓝牙芯片的掌上PC将提供想象不到的便利。通过掌上电脑，不仅可以编写E-mail ，而且可以立即发送出去，没有外线与PC连接，一切都由蓝牙设备来传送。这样，在飞机上用掌上电脑写E-mail，当飞机着陆后，你只须打开手机，所有信息可通过机场的蓝牙设备自动发送。有了蓝芽技术，你的掌上电脑能够与桌面系统保持同步。即使是把电脑放在口袋中，桌面系统的任何变化都可以按预先设置好的更新原则，将变化传到掌上电脑中。回到家中，随身携带的PDA通过蓝牙芯片与家庭设备自动通信，可以为你自动打开门锁、开灯，并将室内的空调或暖气调到预定的温度等等。进入旅馆可以自动登记，并将你房间的电子钥匙自动传送到你的PDA中，从而你可轻轻一按，就可打开你所定的房间。(3)其它数字设备上的应用。数字照相机、数字摄象机等设备装上Bluetooth系统，既可免去使用电线的不便，又可不受存储器容量的困忧，随时随地可将所摄或影像通过同样装备Bluetooth系统的手机或其它设备传回指定的计算机中，蓝牙技术还可以应用于投影机产品，实现投影机的无线连接。(4)蓝牙技术在传统家电中的应用。蓝牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器，使之智能化并具有网络信息终端的功能，能够主动地发布、获取和处理信息，赋予传统电器以新的内涵。网络微波炉能够存储许多微波炉菜谱，同时还能够通过生产厂家的网络或烹调服务中心自动下载新菜谱；网络冰箱能够知道自己存储的食品种类、数量和存储日期，可以提醒存储到期和发出存量不足的警告，甚至自动从网络订购；网络洗衣机可以从网络上获得新的洗衣程序。带蓝牙的信息家电还能主动向网络提供本身的一些有用信息，如向生产厂家提供有关故障并要求维修的反馈信息等。蓝牙信息家电是网络上的家电，不再是计算机的外设，它也可以各自为战，提示主人如何运作。我们可以设想把所有的蓝牙信息家电通过一个遥控器来进行控制。这个遥控器不但可以控制电视、计算机、空调器，同时还可以用作无绳电话或者移动电话，甚至可以在这些蓝牙信息家电之间共享有用的信息，比如把电视节目或者电话语音录制下来存储到电脑中。Internet和移动通信的迅速发展，使人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求正在增长。蓝牙作为一个全球开放性无线应用标准，通过把各种语音和数据设备用无线链路连接起来，使人们能够随时随地实现个人区域内语音和数据通信的交换与传输，随着技术的发展和完善，蓝牙必将对人们的生活和工作产生重大影响。

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