藍牙
藍牙(英語:Bluetooth)是一種无线通讯技術標準,用來讓固定與行動裝置,在短距離間交換資料,以形成個人區域網絡(PAN)。其使用短波特高頻(UHF)無線電波,經由2.4至2.485 GHz的ISM頻段來進行通信[3]。1994年由電信商愛立信(Ericsson)發展出這個技術[4]。它最初的設計是希望建立一個RS-232數據線的無線通訊替代版本。它能夠連結多個裝置,以克服同步的亦被干擾等問題。 藍牙技術目前由藍牙技術聯盟(SIG)負責維護其技術標準,其成員已超過三万,分布在電信、電腦、網路與消費性電子產品等领域[5]。IEEE曾經將藍牙技術標準化為IEEE 802.15.1,但是這個標準已經不再繼續使用。 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世纪丹麦和挪威國王藍牙哈拉爾(丹麥語:Harald Blåtand Gormsen),借國王的绰号「Blåtand」當名稱,直接翻譯成中文爲「藍牙」(blå=藍,tand=牙)。原本台灣翻譯為「藍芽」,但2006年時,藍牙技術聯盟組織已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙」,並註冊為該組織的註冊商標。[6] 蓝牙哈拉尔曾統一了因宗教戰爭和領土爭議而分裂的挪威和丹麥,因此藍牙技術的研發小組以其名號期許新技術能整合各大資通品牌的標準。蓝牙的标志是盧恩字母 (Hagall,ᚼ)和 (Bjarkan,ᛒ)的组合,也就是Harald Blåtand的首字母HB的合写。[7] 历史创制藍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,愛立信、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),即藍牙技術聯盟的前身,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藍牙技术标准。 1998年时藍牙推出0.7规格,支援Baseband與LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部份。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,藍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,所有藍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,藍牙并未立即受到广泛的应用,除了当时对应藍牙功能的电子设备种类少,藍牙装置也十分昂贵。2001年的1.1版正式列入IEEE标准,Bluetooth 1.1即為IEEE 802.15.1。同年,SIG成员公司超过2000家。过了几年之后,采用藍牙技术的电子装置如雨后春笋般增加,售价也大幅下降。为了扩宽藍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,遠大於1.x版的1Mbps(实际约723.2kbps)。 发展藍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。具备藍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,藍牙可以支持功能更强的长距离通讯,用以构成无线局域网。每个Bluetooth设备可同时维护8个连接[來源請求]。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。 藍牙的标准是IEEE 802.15.1,藍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,藍牙协议将该频段划分成79個頻道,(頻寬為1MHz)每秒的頻道轉換可達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。[8]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。[9] 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。依靠藍牙支持,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。藍牙设备之间可以传输文件。
其它的例子还有:
规格和功能
第一代早期的1.0和1.0B版本存在多個問題,多家廠商指出他們的產品互不兼容。同時,在兩個裝置「連結」(handshaking)的過程中,藍牙硬件的位址(BD_ADDR)會給傳送出去,在協定的層面上不能做到匿名,造成洩漏資料的危險,令一些使用者卻步。 蓝牙1.2版本可以向下兼容1.1版,其主要改进包括:
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藍牙服务概要同时广播到巨量的藍牙器件。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。[15][查证请求] 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。藍牙3.0+HS提高了資料傳輸速率,集成802.11PAL最高速度可達24Mbps[14]。是蓝牙2.0速度的8倍。此外,引入了增強電源控制,實際空閒功耗明顯降低。[16] 第四代
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。
2013年底,藍牙技術聯盟推出了藍牙4.1規範,其目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術最終成為物聯網(Internet of Things)發展的核心動力。
2014年12月,藍牙技術聯盟推出了藍牙4.2規範。 第五代
2019年1月,藍牙技術聯盟推出了藍牙5.1規範。 2020年1月,藍牙技術聯盟推出了藍牙5.2規範。 2021年7月,藍牙技術聯盟推出了藍牙5.3規範。 2023年1月,藍牙技術聯盟推出了藍牙5.4規範。 蓝牙技术联盟藍牙技術聯盟(英語:Bluetooth Special Interest Group,縮寫為SIG)擁有藍牙的商標,負責製定藍牙規範、認證製造廠商,授權他們使用藍牙技術與藍牙標誌,但本身不負責藍牙裝置的設計、生產及販售。 藍牙協議堆疊藍牙協議堆疊依照其功能可分四層:
藍牙規範藍牙規範(Profile)是指藍牙通訊在那一種用途下應該使用的通訊協定和相關的規範。藍牙1.1定義的profile有13個。SIG認為藍牙裝置有4個最基本的Profile:
缺點干擾Bluetooth在2.4GHz的電波干擾問題一直為大家所詬病,特別和無線區域網路(Wi-Fi)間的互相干擾問題。有干擾發生時,就以重新傳送封包的方法來解決干擾。 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。[19] 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。[20][21] 參見参考文献
外部連結
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