藍(lán)牙5.2的新功能

隨著LE Audio 近期熱鬧登場，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)同時(shí)采納藍(lán)牙核心規(guī)范5.2 修訂版本。一旦發(fā)布完整的規(guī)范，隨同修訂規(guī)范而來的改變將需支持新型的藍(lán)牙音頻功能。然而，對于音頻分享(Audio Sharing)等新應(yīng)用，新用例所需的低功耗藍(lán)牙同步信道(LEIsochronous Channel) 功能并不是唯一伴隨藍(lán)牙5.2 出現(xiàn)的重要增強(qiáng)功能，其他新功能還包括增強(qiáng)屬性協(xié)議(Enhanced Attribute Protocol, EATT) 和低功耗功率控制功能(LE Power Control)。以下是這些各項(xiàng)新功能的內(nèi)容概述。

1   低功耗藍(lán)牙同步通道

低功耗藍(lán)牙同步信道功能對支持LE Audio 非常重要，因?yàn)樗试S將有時(shí)間限制的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)設(shè)備以進(jìn)行時(shí)間同步處理。這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展了音頻應(yīng)用，因?yàn)樗粌H可以在單對單的連接中使用，也可以通過無連接拓?fù)鋸V播到多個(gè)設(shè)備。

高級音頻分發(fā)配置文件(A2DP) 是現(xiàn)有的藍(lán)牙音頻配置文件，它定義了如何將藍(lán)牙用于高質(zhì)量的音頻應(yīng)用，例如從智能手機(jī)到一組藍(lán)牙耳機(jī)的流音樂。A2DP 的缺點(diǎn)是它只可以支持單一或多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)配對的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而拓?fù)涠x了“播放源”( 例如智能手機(jī)等播放裝置) 以及“接收設(shè)備”( 例如播出聲音的揚(yáng)聲器等設(shè)備) 之間的關(guān)系。A2DP 無法確保多個(gè)接收器精確地同時(shí)播放音頻流，因此難以在一系列關(guān)聯(lián)的裝置上實(shí)現(xiàn)同步播放。實(shí)際上，使用A2DP 的藍(lán)牙音頻裝置僅在連接到單一個(gè)裝置時(shí)才能操作。

低功耗同步通道提供了一種機(jī)制來克服這項(xiàng)缺點(diǎn)，可確保從同一來源接收數(shù)據(jù)的多個(gè)接收設(shè)備( 例如左右兩邊的耳塞耳機(jī)) 同時(shí)播放。數(shù)據(jù)具有一個(gè)時(shí)間限制的有效期，并在此期限結(jié)束后失效。尚未發(fā)送的過期數(shù)據(jù)將被丟棄。這些機(jī)制可以確保接收設(shè)備僅接收符合等待時(shí)間及延時(shí)規(guī)則的有效數(shù)據(jù)。

2   同步通道實(shí)現(xiàn)許多新應(yīng)用

借助全新低功耗同步信道功能，將會實(shí)現(xiàn)許多新的使用方法、新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及最終許多新的產(chǎn)品。將低功耗藍(lán)牙用作音頻的功能稱為LE Audio。一個(gè)最顯而易見的LE Audio 場景示例是個(gè)人音樂分享(Personal Audio Sharing)。一群朋友可以各自利用自己的藍(lán)牙耳機(jī)同時(shí)欣賞一臺智能手機(jī)上播放的音樂。這是一個(gè)私人群體分享單一音頻源的示例。這種聲音情境在教學(xué)和授課環(huán)境中的應(yīng)用可說是五花八門，例如在大型演講廳或工業(yè)生產(chǎn)線中分組的個(gè)人和團(tuán)體，可以同時(shí)收聽到相同的內(nèi)容、相同的解說和授課內(nèi)容。

類似的使用示例還有“公眾輔助聽力”，也就是劇場演出的對話廣播，可讓觀眾中擁有低功耗藍(lán)牙助聽器的用戶都可以清晰聽見。舉例來說，相同的技術(shù)也可以應(yīng)用在健身房中的電視，所有使用低功耗藍(lán)牙耳機(jī)或耳塞的參與者都可以藉此收聽電視音頻內(nèi)容。同樣地，當(dāng)在機(jī)場以多國語言廣播緊急航班消息時(shí)，飛機(jī)上的乘客可以將耳機(jī)連接到航班信息系統(tǒng)，指定喜好的語言，并以該語言收聽航班消息。

3   增強(qiáng)屬性協(xié)議

藍(lán)牙5.2 引入了增強(qiáng)屬性協(xié)議(EATT)，這是通用屬性協(xié)議(GATT) 的升級版本。EATT 的主要優(yōu)勢是可以支持并發(fā)的事件操作，允許來自不同應(yīng)用程序與ATT 相關(guān)的數(shù)據(jù)封包進(jìn)行邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP) 數(shù)據(jù)封包交錯(cuò)放置，并允許在連接過程中改變ATT 最大傳輸單元(MTU) 的大小。若一個(gè)裝置上同時(shí)有多個(gè)應(yīng)用程序使用低功耗藍(lán)牙堆棧，它們或會暫時(shí)互相阻擋，而EATT 這些改進(jìn)可以減少這些情況，從而減少一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序的點(diǎn)對點(diǎn)延遲，并且改善響應(yīng)性能，提供更好的用戶體驗(yàn)。與原始ATT 相比，增強(qiáng)版的EATT 具有安全性的優(yōu)勢，因?yàn)樗荒苡糜诩用苓B接。

為了支持EATT，修訂后的核心規(guī)范定義了新的L2CAP 模式。新模式稱為L2CAP 基于信用的流量控制增強(qiáng)模式(Enhanced Credit Based Flow Control Mode)，顧名思義，此模式提供流量控制，因此允許應(yīng)用將協(xié)議視為可靠的。

4   EATT的優(yōu)勢

EATT 一方面大大改善對于堆棧多重接入的流程和延遲，也良好地響應(yīng)了對于消除安全漏洞的期望。配對并交換了連接簽名解析密鑰(CSRK) 的裝置可以使用連接數(shù)據(jù)簽名。這是一個(gè)將數(shù)字簽名附加到Signed Write ATT PDU (Protocol Data Unit) 的過程。但是，低功耗藍(lán)牙鏈路加密會將信息完整性檢測字段加到所有PDU，這樣一來，當(dāng)以加密鏈路發(fā)送SignedWrite 指令的簽名時(shí)便不會受到檢查，因?yàn)樾畔⑼暾源a(Message Integrity Code, MIC) 被視為已提供所需的身份驗(yàn)證。EATT 只能在加密鏈路上使用，從而使得Signed Write PDU 變得多余，因此在使用增強(qiáng)版ATT Bearer 時(shí)不允許這么做。

ATT 依照一個(gè)順序來運(yùn)行，所以一次只能執(zhí)行一次事件；但是EATT 可以在低功耗藍(lán)牙的客戶端和服務(wù)器之間同時(shí)執(zhí)行多個(gè)事件。因此，EATT 在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的主要優(yōu)勢包括了便利性、靈活性，以及更快的處理速度。

5   低功耗功率控制功能

藍(lán)牙5.2 第三個(gè)添加的重要功能是LE PowerControl。這項(xiàng)功能使得設(shè)備可以動態(tài)優(yōu)化通訊時(shí)使用的傳輸功率以延長電池使用壽命。低功耗藍(lán)牙接收器現(xiàn)在可以監(jiān)控發(fā)射設(shè)備上的信號強(qiáng)度，并請求更改發(fā)射功率，通常是為了平衡信號質(zhì)量和功率。這是一項(xiàng)重要的附加功能，因?yàn)樘貏e高強(qiáng)度的信號可能會使得接收設(shè)備變得飽和而導(dǎo)致通訊失??；反之，當(dāng)信號強(qiáng)度太低時(shí)，接收設(shè)備的錯(cuò)誤率會增加，從而影響傳輸并最終導(dǎo)致傳輸失敗。

LE Power Control 功能允許藍(lán)牙控制器藉由使用“區(qū)域”的概念來監(jiān)控路徑損耗的變化，并將其報(bào)告給藍(lán)牙主機(jī)。最后，這項(xiàng)功能還可讓環(huán)境中其他使用2.4GHz 頻率范圍的無線設(shè)備改善共存。( 如要了解更多信息，請?jiān)L問Bluetooth.com 上的藍(lán)牙核心規(guī)范版本5.2功能概述。)

如上所述，LE Power Control 功能的主要優(yōu)勢是電池電力的高效利用。在使用電池供電的傳感器的領(lǐng)域，就像存在于物聯(lián)網(wǎng)和智能家庭中的許多應(yīng)用，新的低功耗藍(lán)牙5.2 性能允許動態(tài)優(yōu)化電池壽命，同時(shí)將供電維持需求降至最低，從而大大降低成本（如圖1）。

圖1 藍(lán)牙5.2版本為低功耗藍(lán)牙堆棧帶來各種改變，包括采用增強(qiáng)屬性協(xié)議(EATT)，這是通用屬性協(xié)議(GATT)的升級版本；以及L2CA基于信用的流量控制增強(qiáng)模式

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年3月期）