藍牙之所以能夠成為當前最普及的無線連接技術之一,不僅取決于其低功耗低成本的硬件優勢,也取決于其不斷推陳出新的標準。然而在當前藍牙5.2還未普及的情況下,藍牙SIG就在7月13日發布了藍牙5.3核心規范。
藍牙5.3主要引入了4大功能更新,定期廣告增強、加密密鑰大小的控制增強、連接替換和信道分類增強,除此之外,5.3版本還刪除了備用MAC和PHY(AMP)擴展。
定期廣告增強
在藍牙5.2的核心規范中,一旦控制器收到定期廣告包,就必須通知并喚醒主機,傳輸廣告包數據。但由于控制器并不能識別定期廣告包內是否含有相同的數據,所以主機可能會收到多余的數據。
而藍牙5.3中,定期廣告引入了AdvDataInfo(ADI)字段。如此一來,主機可以向控制器發出指示,讓其過濾掉已經接受過的相同數據。此舉減少了主機收到數據包的數量,從而提高了能耗,還改善了信道RX占空比。
加密密鑰大小的控制增強

藍牙5.2中確定密鑰大小的過程 / 藍牙SIG
在5.2及之前的版本中,在協商新連接的密鑰大小時,主機是無法設下控制器使用的最小密鑰大小的。主機只能在收到控制器發送的“加密改變”事件后,通過發送一個“HCI讀取加密密鑰大小”指令來確定控制器同意的密鑰大小,這樣就多出了不必要的傳輸。
藍牙5.3引入了一條加強的和一條全新的HCI指令,BR/EDR控制器可以在通知主機啟用加密的同時,告知主機協商好的密鑰大小。這樣以來就消除了一次額外的主機和控制器通信,節省了處理的時間和所需能量,同時避免了短期內使用不可接受的密鑰大小。
連接替換
不少設備可能需要在不同的占空比下循環工作,在平時維持低功耗,需要傳輸大量數據時再轉換至高占空比模式,但這個連接更新的過程很可能會花上不少時間,因此在實際使用中出現較高的延遲。
藍牙5.3引入的連接替換功能采用了全新的過渡模式,可以在高低占空比模式之間更快切換,設備在處理不同包傳輸速率和突發式的工作中效率更高。這一特性可以進一步完善LE音頻中的助聽功能,同樣受益的還有一些使用傳感器的智能監控系統,比如血糖儀等。
信道分類增強
抗干擾是往往是無線連接最頭疼的問題之一,藍牙也不可避免。藍牙的BR/EDR將ISM頻段分為80個信道,BLE將該頻段分為40個信道,使用同一信道的其他設備往往會產生一定的干擾。

BLE信道和中心頻率 / 藍牙SIG
而5.2版本之前的藍牙標準中,BLE信道的分類往往是由中央設備決定的,中央設備的控制器根據本地測得的信道性能表現或主機提供的信息來確定信道分類,從而完成自適應跳頻(AFH)。但中央設備和外圍設備的相對距離不一定很近,所以兩者的信道性能表現可能會存在差異,從而選取了不佳的信道,導致周圍設備出現封包碰撞或吞吐量降低等情況。
藍牙5.3版本中的信道分類增強功能使得外圍設備可以根據其經歷的射頻條件,將所需的信道圖發給中央設備,交由中央設備做出決定來獲取最理想的信道圖。信道分類增強可以提升整體的無線連接表現,改善藍牙抗干擾的性能。
刪除備用MAC和PHY(AMP)擴展
AMP是藍牙3.0引入的一個功能,由于AMP的存在,藍牙系統可以在主要藍牙BR/EDR控制器的基礎上加入一個或多個次級控制器。次級控制器可以使用IEEE 802.11的MAC和PHY協議,而不是主控器中的標準藍牙層。
這種交替射頻技術在引入Wi-Fi后,可以做到更快的數據傳輸。其實這項功能最開始是引入UWB技術的,不過在WiMedia聯盟解散后,相關的開發就沒有延續下去,最終的標準中也沒有引入UWB。
然而AMP用于通過認證的藍牙產品中的頻率并不高,因此藍牙SIG決定在藍牙5.3中刪除這一擴展。在后續進一步通知前,藍牙SIG成員依然可以用之前的版本來認證使用AMP的產品。
結語
藍牙5.3并沒有引入什么新的突破功能,卻對連接性和效率進行了完善,為這個最常見的無線連接方式提供了更高的可靠性。根據藍牙SIG的官方數據庫,目前已經有不少廠商開始了藍牙5.3的測試驗證工作,比如NXP、杰理科技和炬芯科技等,CEVA也發布了RivieraWaves的藍牙5.3 IP,明年我們應該就可以看到相關產品的面世。
藍牙5.3主要引入了4大功能更新,定期廣告增強、加密密鑰大小的控制增強、連接替換和信道分類增強,除此之外,5.3版本還刪除了備用MAC和PHY(AMP)擴展。
定期廣告增強
在藍牙5.2的核心規范中,一旦控制器收到定期廣告包,就必須通知并喚醒主機,傳輸廣告包數據。但由于控制器并不能識別定期廣告包內是否含有相同的數據,所以主機可能會收到多余的數據。
而藍牙5.3中,定期廣告引入了AdvDataInfo(ADI)字段。如此一來,主機可以向控制器發出指示,讓其過濾掉已經接受過的相同數據。此舉減少了主機收到數據包的數量,從而提高了能耗,還改善了信道RX占空比。
加密密鑰大小的控制增強

藍牙5.2中確定密鑰大小的過程 / 藍牙SIG
在5.2及之前的版本中,在協商新連接的密鑰大小時,主機是無法設下控制器使用的最小密鑰大小的。主機只能在收到控制器發送的“加密改變”事件后,通過發送一個“HCI讀取加密密鑰大小”指令來確定控制器同意的密鑰大小,這樣就多出了不必要的傳輸。
藍牙5.3引入了一條加強的和一條全新的HCI指令,BR/EDR控制器可以在通知主機啟用加密的同時,告知主機協商好的密鑰大小。這樣以來就消除了一次額外的主機和控制器通信,節省了處理的時間和所需能量,同時避免了短期內使用不可接受的密鑰大小。
連接替換
不少設備可能需要在不同的占空比下循環工作,在平時維持低功耗,需要傳輸大量數據時再轉換至高占空比模式,但這個連接更新的過程很可能會花上不少時間,因此在實際使用中出現較高的延遲。
藍牙5.3引入的連接替換功能采用了全新的過渡模式,可以在高低占空比模式之間更快切換,設備在處理不同包傳輸速率和突發式的工作中效率更高。這一特性可以進一步完善LE音頻中的助聽功能,同樣受益的還有一些使用傳感器的智能監控系統,比如血糖儀等。
信道分類增強
抗干擾是往往是無線連接最頭疼的問題之一,藍牙也不可避免。藍牙的BR/EDR將ISM頻段分為80個信道,BLE將該頻段分為40個信道,使用同一信道的其他設備往往會產生一定的干擾。

BLE信道和中心頻率 / 藍牙SIG
而5.2版本之前的藍牙標準中,BLE信道的分類往往是由中央設備決定的,中央設備的控制器根據本地測得的信道性能表現或主機提供的信息來確定信道分類,從而完成自適應跳頻(AFH)。但中央設備和外圍設備的相對距離不一定很近,所以兩者的信道性能表現可能會存在差異,從而選取了不佳的信道,導致周圍設備出現封包碰撞或吞吐量降低等情況。
藍牙5.3版本中的信道分類增強功能使得外圍設備可以根據其經歷的射頻條件,將所需的信道圖發給中央設備,交由中央設備做出決定來獲取最理想的信道圖。信道分類增強可以提升整體的無線連接表現,改善藍牙抗干擾的性能。
刪除備用MAC和PHY(AMP)擴展
AMP是藍牙3.0引入的一個功能,由于AMP的存在,藍牙系統可以在主要藍牙BR/EDR控制器的基礎上加入一個或多個次級控制器。次級控制器可以使用IEEE 802.11的MAC和PHY協議,而不是主控器中的標準藍牙層。
這種交替射頻技術在引入Wi-Fi后,可以做到更快的數據傳輸。其實這項功能最開始是引入UWB技術的,不過在WiMedia聯盟解散后,相關的開發就沒有延續下去,最終的標準中也沒有引入UWB。
然而AMP用于通過認證的藍牙產品中的頻率并不高,因此藍牙SIG決定在藍牙5.3中刪除這一擴展。在后續進一步通知前,藍牙SIG成員依然可以用之前的版本來認證使用AMP的產品。
結語
藍牙5.3并沒有引入什么新的突破功能,卻對連接性和效率進行了完善,為這個最常見的無線連接方式提供了更高的可靠性。根據藍牙SIG的官方數據庫,目前已經有不少廠商開始了藍牙5.3的測試驗證工作,比如NXP、杰理科技和炬芯科技等,CEVA也發布了RivieraWaves的藍牙5.3 IP,明年我們應該就可以看到相關產品的面世。
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