藍牙5.2的新功能

隨著LE Audio 近期熱鬧登場，藍牙技術聯盟(SIG)同時采納藍牙核心規范5.2 修訂版本。一旦發布完整的規范，隨同修訂規范而來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，因為它允許將有時間限制的數據傳輸到一個或多個設備以進行時間同步處理。這項技術擴展了音頻應用，因為它不僅可以在單對單的連接中使用，也可以通過無連接拓撲廣播到多個設備。

高級音頻分發配置文件(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量的音頻應用，例如從智能手機到一組藍牙耳機的流音樂。A2DP 的缺點是它只可以支持單一或多個點對點配對的拓撲結構，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) 之間的關系。A2DP 無法確保多個接收器精確地同時播放音頻流，因此難以在一系列關聯的裝置上實現同步播放。實際上，使用A2DP 的藍牙音頻裝置僅在連接到單一個裝置時才能操作。

低功耗同步通道提供了一種機制來克服這項缺點，可確保從同一來源接收數據的多個接收設備( 例如左右兩邊的耳塞耳機) 同時播放。數據具有一個時間限制的有效期，并在此期限結束后失效。尚未發送的過期數據將被丟棄。這些機制可以確保接收設備僅接收符合等待時間及延時規則的有效數據。

2   同步通道實現許多新應用

借助全新低功耗同步信道功能，將會實現許多新的使用方法、新的拓撲結構以及最終許多新的產品。將低功耗藍牙用作音頻的功能稱為LE Audio。一個最顯而易見的LE Audio 場景示例是個人音樂分享(Personal Audio Sharing)。一群朋友可以各自利用自己的藍牙耳機同時欣賞一臺智能手機上播放的音樂。這是一個私人群體分享單一音頻源的示例。這種聲音情境在教學和授課環境中的應用可說是五花八門，例如在大型演講廳或工業生產線中分組的個人和團體，可以同時收聽到相同的內容、相同的解說和授課內容。

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牙助聽器的用戶都可以清晰聽見。舉例來說，相同的技術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電視音頻內容。同樣地，當在機場以多國語言廣播緊急航班消息時，飛機上的乘客可以將耳機連接到航班信息系統，指定喜好的語言，并以該語言收聽航班消息。

3   增強屬性協議

藍牙5.2 引入了增強屬性協議(EATT)，這是通用屬性協議(GATT) 的升級版本。EATT 的主要優勢是可以支持并發的事件操作，允許來自不同應用程序與ATT 相關的數據封包進行邏輯鏈路控制和適配協議(L2CAP) 數據封包交錯放置，并允許在連接過程中改變ATT 最大傳輸單元(MTU) 的大小。若一個裝置上同時有多個應用程序使用低功耗藍牙堆棧，它們或會暫時互相阻擋，而EATT 這些改進可以減少這些情況，從而減少一個或多個應用程序的點對點延遲，并且改善響應性能，提供更好的用戶體驗。與原始ATT 相比，增強版的EATT 具有安全性的優勢，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。新模式稱為L2CAP 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，因此允許應用將協議視為可靠的。

4   EATT的優勢

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。這是一個將數字簽名附加到Signed Write ATT PDU (Protocol Data Unit) 的過程。但是，低功耗藍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，當以加密鏈路發送SignedWrite 指令的簽名時便不會受到檢查，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 時不允許這么做。

ATT 依照一個順序來運行，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端和服務器之間同時執行多個事件。因此，EATT 在現實應用中的主要優勢包括了便利性、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 第三個添加的重要功能是LE PowerControl。這項功能使得設備可以動態優化通訊時使用的傳輸功率以延長電池使用壽命。低功耗藍牙接收器現在可以監控發射設備上的信號強度，并請求更改發射功率，通常是為了平衡信號質量和功率。這是一項重要的附加功能，因為特別高強度的信號可能會使得接收設備變得飽和而導致通訊失敗；反之，當信號強度太低時，接收設備的錯誤率會增加，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，這項功能還可讓環境中其他使用2.4GHz 頻率范圍的無線設備改善共存。( 如要了解更多信息，請訪問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 功能的主要優勢是電池電力的高效利用。在使用電池供電的傳感器的領域，就像存在于物聯網和智能家庭中的許多應用，新的低功耗藍牙5.2 性能允許動態優化電池壽命，同時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各種改變，包括采用增強屬性協議(EATT)，這是通用屬性協議(GATT)的升級版本；以及L2CA基于信用的流量控制增強模式

（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年3月期）