藍牙5.2的新功能

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

1   低功耗藍牙同步通道

低功耗藍牙同步信道功能對支持LE Audio 非常重要，因為它允許將有時(shí)間限制的數據傳輸到一個(gè)或多個(gè)設備以進(jìn)行時(shí)間同步處理。這項技術(shù)擴展了音頻應用，因為它不僅可以在單對單的連接中使用，也可以通過(guò)無(wú)連接拓撲廣播到多個(gè)設備。

高級音頻分發(fā)配置文件(A2DP) 是現有的藍牙音頻配置文件，它定義了如何將藍牙用于高質(zhì)量的音頻應用，例如從智能手機到一組藍牙耳機的流音樂(lè )。A2DP 的缺點(diǎn)是它只可以支持單一或多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)配對的拓撲結構，而拓撲定義了“播放源”( 例如智能手機等播放裝置) 以及“接收設備”( 例如播出聲音的揚聲器等設備) 之間的關(guān)系。A2DP 無(wú)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)現同步播放。實(shí)際上，使用A2DP 的藍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制來(lái)克服這項缺點(diǎn)，可確保從同一來(lái)源接收數據的多個(gè)接收設備( 例如左右兩邊的耳塞耳機) 同時(shí)播放。數據具有一個(gè)時(shí)間限制的有效期，并在此期限結束后失效。尚未發(fā)送的過(guò)期數據將被丟棄。這些機制可以確保接收設備僅接收符合等待時(shí)間及延時(shí)規則的有效數據。

2   同步通道實(shí)現許多新應用

借助全新低功耗同步信道功能，將會(huì )實(shí)現許多新的使用方法、新的拓撲結構以及最終許多新的產(chǎn)品。將低功耗藍牙用作音頻的功能稱(chēng)為L(cháng)E Audio。一個(gè)最顯而易見(jiàn)的LE Audio 場(chǎng)景示例是個(gè)人音樂(lè )分享(Personal Audio Sharing)。一群朋友可以各自利用自己的藍牙耳機同時(shí)欣賞一臺智能手機上播放的音樂(lè )。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)境中的應用可說(shuō)是五花八門(mén)，例如在大型演講廳或工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)中分組的個(gè)人和團體，可以同時(shí)收聽(tīng)到相同的內容、相同的解說(shuō)和授課內容。

類(lèi)似的使用示例還有“公眾輔助聽(tīng)力”，也就是劇場(chǎng)演出的對話(huà)廣播，可讓觀(guān)眾中擁有低功耗藍牙助聽(tīng)器的用戶(hù)都可以清晰聽(tīng)見(jiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，相同的技術(shù)也可以應用在健身房中的電視，所有使用低功耗藍牙耳機或耳塞的參與者都可以藉此收聽(tīng)電視音頻內容。同樣地，當在機場(chǎng)以多國語(yǔ)言廣播緊急航班消息時(shí)，飛機上的乘客可以將耳機連接到航班信息系統，指定喜好的語(yǔ)言，并以該語(yǔ)言收聽(tīng)航班消息。

3   增強屬性協(xié)議

藍牙5.2 引入了增強屬性協(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(lái)自不同應用程序與ATT 相關(guān)的數據封包進(jìn)行邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP) 數據封包交錯放置，并允許在連接過(guò)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)應用程序使用低功耗藍牙堆棧，它們或會(huì )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)應用程序的點(diǎn)對點(diǎn)延遲，并且改善響應性能，提供更好的用戶(hù)體驗。與原始ATT 相比，增強版的EATT 具有安全性的優(yōu)勢，因為它只能用于加密連接。

為了支持EATT，修訂后的核心規范定義了新的L2CAP 模式。新模式稱(chēng)為L(cháng)2CAP 基于信用的流量控制增強模式(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據簽名。這是一個(gè)將數字簽名附加到Signed Write ATT PDU (Protocol Data Unit) 的過(guò)程。但是，低功耗藍牙鏈路加密會(huì )將信息完整性檢測字段加到所有PDU，這樣一來(lái)，當以加密鏈路發(fā)送SignedWrite 指令的簽名時(shí)便不會(huì )受到檢查，因為信息完整性代碼(Message Integrity Code, MIC) 被視為已提供所需的身份驗證。EATT 只能在加密鏈路上使用，從而使得Signed Write PDU 變得多余，因此在使用增強版ATT Bearer 時(shí)不允許這么做。

ATT 依照一個(gè)順序來(lái)運行，所以一次只能執行一次事件；但是EATT 可以在低功耗藍牙的客戶(hù)端和服務(wù)器之間同時(shí)執行多個(gè)事件。因此，EATT 在現實(shí)應用中的主要優(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

藍牙5.2 第三個(gè)添加的重要功能是LE PowerControl。這項功能使得設備可以動(dòng)態(tài)優(yōu)化通訊時(shí)使用的傳輸功率以延長(cháng)電池使用壽命。低功耗藍牙接收器現在可以監控發(fā)射設備上的信號強度，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。這是一項重要的附加功能，因為特別高強度的信號可能會(huì )使得接收設備變得飽和而導致通訊失??；反之，當信號強度太低時(shí)，接收設備的錯誤率會(huì )增加，從而影響傳輸并最終導致傳輸失敗。

LE Power Control 功能允許藍牙控制器藉由使用“區域”的概念來(lái)監控路徑損耗的變化，并將其報告給藍牙主機。最后，這項功能還可讓環(huán)境中其他使用2.4GHz 頻率范圍的無(wú)線(xiàn)設備改善共存。( 如要了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)Bluetooth.com 上的藍牙核心規范版本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用，新的低功耗藍牙5.2 性能允許動(dòng)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 藍牙5.2版本為低功耗藍牙堆棧帶來(lái)各種改變，包括采用增強屬性協(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模式

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年3月期）