藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)于2021年7月13日發(fā)布了5.3版本核心規(guī)范，對低功耗藍(lán)牙中的周期性廣播、連接更新、頻道分級進(jìn)行了完善。同時(shí)，SIG還發(fā)布了2021藍(lán)牙市場（2021 Market Update）報(bào)告，預(yù)計(jì)到2025年藍(lán)牙設(shè)備年出貨量將達(dá)到64億個(gè)，并調(diào)高2021-2025間年復(fù)合增長率至10%。

圖1. 2025年藍(lán)牙設(shè)備年出貨量將達(dá)到64億個(gè)

本次發(fā)布的5.3版規(guī)范與強(qiáng)勁的市場相呼應(yīng)，將為藍(lán)牙設(shè)備未來五年的爆發(fā)式增長鋪路搭橋。

藍(lán)牙規(guī)范5.3版推出

目前，藍(lán)牙作為一種功能用于智能終端，主、從設(shè)備名稱也是按照功能角色命名的。藍(lán)牙5.3版本對藍(lán)牙設(shè)備的角色用詞進(jìn)行了變更：主設(shè)備(Master) → 中心設(shè)備(Central)從設(shè)備(Slave) → 周邊設(shè)備(Peripheral) 其中，中心設(shè)備(Central)為能發(fā)起藍(lán)牙連接的設(shè)備，周邊設(shè)備(Peripheral)為耳機(jī)、手表、手環(huán)等能接受藍(lán)牙連接的設(shè)備。 除了名稱，藍(lán)牙5.3版新增了多項(xiàng)功能，也刪除了不常用的備用MAC和PHY擴(kuò)展。

（1）支持包含ADI的周期性廣播

修改鏈路層(Link Layer)技術(shù)規(guī)范，允許在周期性廣播協(xié)議數(shù)據(jù)單元(AUX_SYNC_IND)中增加廣播數(shù)據(jù)信息廣播數(shù)據(jù)信息(ADI)，激活了對含有相同數(shù)據(jù)的周期性廣播報(bào)告(由Controller向Host報(bào)告)進(jìn)行過濾的功能。 此新增功能有助于LE Audio及Mesh中的各種應(yīng)用案例，對包含重復(fù)數(shù)據(jù)的周期性廣播進(jìn)行過濾，減少不必要的信息交互，有助于提高通訊效率。

（2）新增LE增強(qiáng)版連接更新功能

在低功耗藍(lán)牙中引入亞速率連接(connection subrating)模式，改進(jìn)了在已建立連接的情況下更新有效連接間隔(connectioninterval)所需時(shí)間。 亞速率連接是一種快速修改現(xiàn)存LEACL連接的有效連接時(shí)間間隔的方法。通過亞速率連接模式中心設(shè)備和外圍設(shè)備可以跳過現(xiàn)存連接中的絕大多數(shù)連接事件(connection event)，例如當(dāng)亞速率系數(shù)是7時(shí)，每7個(gè)連接事件周期中僅會(huì)有一個(gè)連接事件會(huì)被使用，相當(dāng)于有效連接時(shí)間間隔擴(kuò)大了7倍。通過亞速率連接模式藍(lán)牙設(shè)備的工作周期(dutycycle)可以快速減小從而達(dá)到省電的目的，正常連接速率也可以快速恢復(fù)以提高數(shù)據(jù)吞吐率。

（3）新增Host設(shè)定Controller密鑰長度的功能

新引入了HCl_Set_Min_Encryption_Key_size命令用于Host設(shè)置Controller可接受的最小密鑰長度。此新增功能是對2019年發(fā)布的針對藍(lán)牙密鑰長度協(xié)商(KNOB)安全漏洞緊急修訂Erratum 11838的進(jìn)一步完善，目的是為了防止通過KNOB進(jìn)行安全攻擊。

（4）新增LE頻道分級功能

增加了LE頻道分級功能，由中心設(shè)備(Central)激活周邊設(shè)備(Peripheral)上的頻道報(bào)告功能后，周邊設(shè)備可定期將每個(gè)頻道的可用情況報(bào)告給中心設(shè)備，以在未來跳頻地圖更新時(shí)使用。 通過LE頻道分級功能，可以減小藍(lán)牙設(shè)備與其他無線設(shè)備間的相互干擾，提高無線通信的共存性。

（5）移除備用MAC和PHY(AMP)擴(kuò)展

備用媒體訪問控制和物理層擴(kuò)展（AMP）允許藍(lán)牙系統(tǒng)在主藍(lán)牙BR/EDR控制器旁邊包括一個(gè)或多個(gè)輔助控制器，但此擴(kuò)展在合格的藍(lán)牙產(chǎn)品中很少見。因此，5.3版中刪除了此功能，仍然可以根據(jù)早期的藍(lán)牙核心規(guī)范版本對使用AMP的產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。

藍(lán)牙市場迎來黃金五年

藍(lán)牙SIG報(bào)告指出，到2025年，藍(lán)牙設(shè)備年出貨量將達(dá)到64億個(gè)，2021-2025期間的年復(fù)合增長率為10%。

圖2. 各藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備的未來五年出貨量預(yù)測

這些出貨量中，70%來自藍(lán)牙外設(shè)設(shè)備。其中，低功耗藍(lán)牙正在成為新的市場標(biāo)準(zhǔn)，支持藍(lán)牙BLE技術(shù)的芯片和設(shè)備增長最快。 在2021 Market Update報(bào)告中，藍(lán)牙SIG把藍(lán)牙產(chǎn)品劃分為四類：音頻流設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、定位服務(wù)，MESH網(wǎng)絡(luò)。 (1)音頻流產(chǎn)品2021年出貨量將超過13億臺(tái)，2025年年出貨量為17億臺(tái)，2021-2025年復(fù)合增長率（CAGR）為8%。這些產(chǎn)品包括語音通話、收聽音頻/音樂、視聽設(shè)備、智能語音控制。 （2）數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用2021年出貨量為13臺(tái)，2025年年出貨量為14.6億臺(tái)，2021-2025年復(fù)合增長率（CAGR）為11%。這些產(chǎn)品包括：運(yùn)動(dòng)健身體征數(shù)據(jù)測量、醫(yī)療保健、輸入和控制、物聯(lián)網(wǎng)等。 （3）定位設(shè)備包括：物品標(biāo)簽、倉儲(chǔ)貨物管理、室內(nèi)定位導(dǎo)航、訪問控制等。這類產(chǎn)品2021年出貨量為26.2萬臺(tái)，2025年出貨量為4.8億臺(tái)，2021-2025年復(fù)合增長率（CAGR）為32%，四年間成漲幅達(dá)4 倍以上。

圖3、藍(lán)牙定位服務(wù)落地場景

（4）MESH網(wǎng)絡(luò)包括：智慧家居、智能建筑和照明、工廠和醫(yī)院監(jiān)控系統(tǒng)等。這類產(chǎn)品2021年出貨量為2.7億臺(tái)，2025年出貨量為7.7億臺(tái)，2021-2025年復(fù)合增長率（CAGR）為34%。 藍(lán)牙SIG預(yù)測，藍(lán)牙定位和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將成為未來五年增長最快的細(xì)分應(yīng)用，成長幅度幾乎是跳躍式的，五年間出貨量將倍增。

圖4. 2021年藍(lán)牙智能家居設(shè)備出貨量

用戶體驗(yàn)上，隨著越來越多智能手機(jī)對藍(lán)牙的全面支持，未來手機(jī)和藍(lán)牙m(xù)esh將會(huì)實(shí)現(xiàn)更多交互，并看好藍(lán)牙可能支持IP協(xié)議的潛力?；诳蛇B接IP協(xié)議的功能，用戶未來將不僅能通過手機(jī)就近控制藍(lán)牙m(xù)esh設(shè)備，也能無需網(wǎng)關(guān)就實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，獲得無限智能的無縫連接體驗(yàn)。

藍(lán)牙連接方案

目前，市場上的藍(lán)牙設(shè)計(jì)方案有藍(lán)牙低能耗（Bluetooth LE）、藍(lán)牙經(jīng)典（Bluetooth Classic）、雙模（Bluetooth LE + Bluetooth Classic）。 產(chǎn)品功能上，具有測向功能的電池供電藍(lán)牙設(shè)備將成為未來五年的市場亮點(diǎn)，可以支持這些功能需求的MCU/SOC芯片，藍(lán)牙射頻芯片和相關(guān)傳感器產(chǎn)品將具有巨大的增長空間。 應(yīng)用場景上，智能家庭、智能照明是最值得關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域，2021年主要驅(qū)動(dòng)力來自智能家電、智能照明、接觸傳感器、煙氣傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、溫控器等。

（1）智能家居

智能家居是藍(lán)牙技術(shù)的綜合發(fā)力點(diǎn)，32位MCU是該方案的核心芯片，在電機(jī)及變頻控制、安防監(jiān)控、指紋識(shí)別、觸控按鍵等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

圖5. 樂鑫科技的ESP32開發(fā)板

例如，樂鑫科技的ESP32-S3系列、ESP32-C3系列和ESP32模組。其中，前兩者為“32位MCU + 2.4GHz Wi-Fi + 藍(lán)牙5 LE”SoC方案，、后者為“32位MCU + 2.4GHz Wi-Fi + 雙模（藍(lán)牙/藍(lán)牙LE）”SoC方案，適用各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，如智能家居、智能樓宇，消費(fèi)電子，工業(yè)控制，包括智能音箱、語音玩具、智能網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)等應(yīng)用。

（2）商業(yè)照明

藍(lán)牙m(xù)esh為商業(yè)照明提供了無線解決方案，具有更大的開發(fā)彈性與可拓展性，同時(shí)也兼具低成本，還可整合傳感器等非照明功能。例如，沁恒微電子BLE Mesh無線組網(wǎng)方案已經(jīng)全面支持藍(lán)牙Mesh Profile的各項(xiàng)特性，包括自發(fā)現(xiàn)、自連接、自組網(wǎng)以及低功耗，可廣泛用于智能家電、智能照明、智能樓宇、智能機(jī)器人、智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。

圖6. 沁恒微電子BLE Mesh無線組網(wǎng)方案

把低功耗藍(lán)牙芯片用于商業(yè)智能照明，可節(jié)約70-75%的能源。預(yù)計(jì)到2029年，全球聯(lián)網(wǎng)智能照明硬件年出貨量占比將超過57%。

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