蓝牙如何工作

经过:瑞富兰克林克里斯陶氏|

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虽然蓝牙技术已成为耳机的代名词,但它用于各种无线设备。产品/盖蒂图片社盛开

由于我们的世界已经增长越来越联系,我们采用了许多技术来帮助我们与朋友和家人保持联系。最受欢迎的是蓝牙技术,可以在我们每天使用的许多设备中找到。这无线技术将小鼠和键盘连接到我们的计算机。它把我们的手机和汽车连接起来可以在早上通勤时收看最新的播客,还可以将智能手表和活动追踪器连接到智能手机上。

当任何两个设备需要彼此通信时,它们必须在对话开始之前同意许多点。第一个协议是物理:他们会通过电线或无线信号谈话吗?如果它们使用电线,需要多少 - 一个,两个,八或25?一旦确定物理属性,出现了几个问题:

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  • 一次将发送多少数据?例如,串口发送数据1少量一次,并行端口立即发送多个位。
  • 他们将如何互相交谈?电子讨论中的所有各方都需要知道位的含义以及它们接收的消息是否是与发送的相同消息。这意味着开发一组名称称为a的命令和响应协议

无需物理连接,蓝牙特殊兴趣组(SIG)为硬件制造商创建无线技术标准,以便在创建新设备时使用。随着技术的发展,无线通信技术也是如此。在这份写作时,有两个蓝牙技术标准,开发人员用来让您保持联系。虽然类似,但有微妙的差异使它们对不同的应用有用。我们将了解以下两种类型的蓝牙技术。

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蓝牙连接

无线通信现在是一种常见的现象。我们中的许多人在我们的办公室和家庭中拥有WiFi互联网连接。但蓝牙设备彼此直接通信,而不是通过在诸如无线路由器的设备之间发送流量。这使得生活非常方便,保持电力极低,改善电池生活。

蓝牙设备使用低功耗进行通信无线电波在2.400 GHz和2.483.5 GHz之间的频段[来源:蓝牙特殊兴趣小组(SIG)]。这是为数不多的由国际协议规定的工业、科学和医疗设备(ISM)使用的频段之一。

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您可能已经使用的许多设备利用这种相同的射频频段,包括婴儿监视器,车库门开启者和最新一代无绳手机。确保蓝牙设备和其他无线通信技术不会彼此干扰是必不可少的。

蓝牙技术有两种类型的蓝牙技术:蓝牙低能量(LE)和蓝牙经典(更正式称为蓝牙基本速率/增强数据速率,或BR / EDR)[来源:蓝牙技术联盟]。两者都使用相同的频段操作,但是Bluetooth Le是更流行的选择,到目前为止。它需要更少的能量来操作,并且除了允许在两个设备之间的点对点连接中沟通沟通之外,还可以用于广播或网状网络。

经典的蓝牙技术可以提供比蓝牙LE稍高的数据速率(与1MBS或2 MBS相比,3 MBS),但只能使用点对点连接直接通信。两种类型的蓝牙技术中的每一个都具有特殊的优势,制造商采用最适合其产品需求的版本。

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蓝牙技术如何运行

Bluetooth BR / EDR设备必须始终配对,此过程会导致两个设备中的每一个信任另一个,并使用加密以安全的方式交换数据。

当蓝牙BR/EDR设备进入彼此的范围时,就会发生电子对话,以确定它们是否信任彼此,是否有数据可以共享。用户通常不需要按下按钮或发出命令,电子对话就会自动进行。一旦对话发生,这些设备——无论是计算机系统的一部分还是立体音响的一部分——就形成了一个网络。

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蓝牙le以不同的方式工作。设备还可以配对以在它们之间形成可信的关系,但并非所有类型的产品都需要这一点。想要被发现在一个名为广告的过程中被发现将特殊消息(称为数据包)广播的蓝牙LE设备。广告数据包包含有关广告设备的有用信息。另一个合适的设备将通过扫描(侦听)来找到广告设备,以便广告数据包并选择来自适当设备的那些。通常扫描只会在用户通过定义触发它时发生扫描,按下智能手机应用程序中的按钮。通常,该用户被呈现有发现的适当设备的细节,然后选择一个连接到连接到。

与相同的中央设备(例如,智能手机)连接的蓝牙外围设备(例如,活动跟踪器和SmartWatch),形成个人区域网络(PAN)或微微网这可能会填满整个建筑物,或者可以包括距离口袋里的智能手机之间的距离和手腕上的距离。一旦建立了微微网,它的成员跃升射频齐声,因此它们彼此保持联系,避免干扰可能在同一房间或设备中使用其他无线技术(如WiFi)操作的其他蓝牙微微网。蓝牙技术甚至了解哪些无线电频道正在运行,并且哪些是遇到干扰,以便动态避免不良通道,只需使用没有干扰的通道。这个过程,称为自适应跳频允许蓝牙设备工作得非常好,即使在有大量无线设备运行的环境中。

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蓝牙范围

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蓝牙技术为智能手机和智能扬声器提供权力。八木工作室/盖蒂图片社

虽然许多人认为蓝牙主要作为一个短程技术,但它也可以用来连接设备超过一公里(3,280英尺)[来源:蓝牙技术联盟]。事实上,许多类型的产品,如无线耳机,要求设备的通信范围非常短。但由于蓝牙技术非常灵活,可以根据应用程序的需要进行配置,制造商可以在设备上调整蓝牙设置,以达到他们需要的范围,同时最大限度地延长电池寿命,实现最佳的信号质量。

有几个因素会影响蓝牙设备的范围:

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  • 无线电频谱蓝牙技术的频段使它成为无线通信的一个很好的选择。
  • 物理层(PHY):它定义了如何使用无线电发送和接收数据的一些关键方面,如数据速率、如何执行错误检测和校正、干扰保护和其他影响不同范围信号清晰度的技术。
  • 接收器敏感性:接收机仍能接收并正确解码数据的最小信号强度的量度。
  • 传动功率如您所料,传输信号强度越高,可以实现的范围越长。但增加传输功率也会更快地耗尽电池。
  • 天线收益:基本上,这是将来自发射机的电信号改变为无线电波并再次返回到接收端。
  • 路径损耗:有几个因素会减弱信号,包括距离、湿度和信号传播的介质(如木头、混凝土或金属)。

最新的蓝牙技术更新之一推出了一种呼叫的技术前向纠错(FEC)提高接收器敏感性。FEC校正在接收端检测到的数据错误,并在不必使用更多传输功率的情况下将设备有效范围改善了四次。这意味着设备可以在从发射机处于更长的范围内成功接收数据,其中信号将弱得较大[来源:蓝牙技术联盟]。

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蓝牙安全

蓝牙技术包括许多安全措施,即使是最严格的安全要求也可以满足,例如包含在内的安全要求联邦信息处理标准(FIPS)。

设置新设备时,用户通常会通过一个名为配对。配对设备具有特殊安全密钥的每个设备,并导致它们相互信任。需要配对的设备将不会连接到另一个设备尚未与其配对的设备连接。

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这些安全密钥使蓝牙技术能够以多种方式保护数据和用户。例如,可以对设备之间交换的数据进行加密,使其他设备无法读取数据。它还可以允许无线数据交换中包含的作为设备身份的地址每隔几分钟进行伪装和更改。这可以保护用户免受使用个人电子设备传输的数据被跟踪的风险。

如果您拥有支持蓝牙的设备,您可以为自己遇到此问题。例如,如果您购买无绳鼠标,首次打开它时,您将它将其与您计划使用它的设备配对。您可能会打开鼠标,然后转到计算机上的蓝牙设置,以便在附近的蓝牙配件列表中看到其名称。计算机可以通过设计一次处理许多蓝牙连接。您可能想要使用无绳鼠标,键盘和耳机。

然而,这些配件的制造商将一次将连接限制为一个。您希望只能在您的计算机上键入键盘,或者您的耳机专门聆听您的手机。有些人允许用户使用多台计算机,平板电脑或电话配对设备,但它们只能允许一次与一个连接。这一切都取决于制造商决定对其产品是明智的。

有些设备在与另一个设备配对时需要用于安全性的代码。这是一个例子验证它确保你与之建立信任关系的设备是你认为的设备,而不是环境中其他地方的另一个设备。例如,许多汽车可以让你在不离开方向盘的情况下接电话。当你第一次使用这个设施时,你必须将你的手机和汽车的音频系统结合在一起,使用汽车的娱乐显示器和你的智能手机。ybapp408汽车会给你一个号码让你输入。你的手机可以通过一个数字代码让你知道一个设备想要配对。您在娱乐显示器上输入代码,以确认这是经过授权的配对。ybapp408在那之后,你可以使用免提电话系统,而不需要再次配对。

用户还可以控制设备对其他蓝牙设备的可见性。例如,在计算机或智能手机上,您也可以简单地将设备的蓝牙模式切换到“非iscoverable”或只是禁用蓝牙,直到您再次需要它。

最初发布时间:2019年11月11日

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蓝牙常见问题

WiFi和蓝牙有什么区别?
WiFi和蓝牙都是连接设备的无线技术,但WiFi主要用于将设备连接到Internet,而蓝牙用于在短距离上通过电子设备传输数据。
什么是蓝牙驱动程序?
蓝牙驱动程序允许在启用蓝牙的笔记本电脑、台式电脑或平板电脑和其他启用蓝牙的设备(如鼠标、键盘和耳机)之间进行无线通信。它通常可以处理同时与多个蓝牙设备配对的情况。
什么设备使用蓝牙?
蓝牙被发明为有线键盘,耳机和扬声器的无线替代方案。现在,蓝牙被广泛使用,从将我们的手机连接到我们的汽车,我们的耳机到我们的手机,以及智能家庭安全小工具。
谁调节蓝牙技术?
蓝牙特殊兴趣组(SIG)为硬件制造商创建无线技术标准,以便在创建新设备时使用。
什么是最新的蓝牙版本?
Bluetooth 5.2是蓝牙无线通信标准的最新版本。此外,1月20日2020年,SIG宣布了一个名为LE(低能量)音频的音频的新蓝牙标准。
如何将蓝牙添加到PC?
大多数PC都有蓝牙已经内置,因此仔细检查你的实际上是否在购买任何东西之前。如果您需要添加蓝牙,您需要一个免费的USB端口。购买USB蓝牙适配器或加密狗并将其插入端口,然后从适配器制造商的网站下载驱动程序(或可能会提示您自己)。一旦您完成了,您应该能够将蓝牙设备配对并开始使用它们。

更多信息

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更大的链接

来源

  • Afaneh,Mohammad。“你对蓝牙范围不了解的5件事。”bluetooth.com。(26,2020)https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/5-things-you-dont-know-about-bluetooth-range/
  • 蓝牙特殊兴趣组(SIG)(2019年10月21日)http://www.bluetooth.com
  • 蓝牙技术联盟。“蓝牙核心规范V5.1。”2019年1月21日。(2019年10月28日)。https://www.bluetooth.org/docman/handlers/downloaddoc.ashxx?doc_id=457080.
  • 蓝牙技术联盟。“了解蓝牙:无线电版本。”(2020年8月25日)https://www.Bluetooth.com/learn-about-Bluetooth/bluetooth-technology/radio-versions/
  • 蓝牙技术联盟。“了解蓝牙范围。”(2019年10月27日)https://www.bluetooth.com/bluetooth-technology/range/
  • 古德曼,拉尔夫。“智能锁和蓝牙如何让你的家安全。”2016年6月14日。(2020年8月25日)https://www.bluetooth.com/blog/part-2-how-do-smart-locks-and-bluetooth-work-to-keep-your-home-safe/
  • 伍利,马丁,高级开发人员关系经理,EMEA,蓝牙特殊利益集团,Inc.,个人访谈。(2020年8月31日)