導讀：藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）最近推出了藍牙核心規(guī)范6.0版本，為專注于提升藍牙設備之間的交互體驗、定位的精確度、數據傳輸的效率以及能耗管理等，新增信道探測（Channel Sounding）、鏈路層功能集擴展（LL Extended Feature Set）、基于決策的廣播過濾（Decision-Based Advertising Filtering）、ISOAL增強功能（Enhancements for ISOAL）、監(jiān)測廣播設備（Monitoring Advertisers）、幀間隔更新（Frame Space Update）特性。
藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）最近推出了藍牙核心規(guī)范6.0版本，相較于之前的版本，這一最新規(guī)范引入了多項新特性。這些新特性專注于提升藍牙設備之間的交互體驗、定位的精確度、數據傳輸的效率以及能耗管理等。新增特性如下：
信道探測（Channel Sounding）
鏈路層功能集擴展（LL Extended Feature Set）
基于決策的廣播過濾（Decision-Based Advertising Filtering）
ISOAL增強功能（Enhancements for ISOAL）
監(jiān)測廣播設備（Monitoring Advertisers）
幀間隔更新（Frame Space Update）
一 信道探測（ChannelSounding）
隨著物聯網，智能家居，汽車數字鑰匙等領域的快速發(fā)展，對藍牙設備間的高精度定位需求日益增加。傳統(tǒng)的藍牙RSSI（接收信號強度指示）和AoA/AoD（到達角/離開角）定位技術只能提供粗略的距離信息，易受環(huán)境干擾和安全性不高等問題。鑒于以上需求及現有技術的缺點，藍牙技術聯盟推出了藍牙信道探測技術（Channel Sounding）。
Channel Sounding包含了兩種不同的距離測量方法：
相位測距（PBR）：利用無線電信號的相位特性，通過測量不同頻率信號的相位變化來估算距離。
往返時間（RTT）：通過測量信號在兩個設備間往返的時間來計算飛行時間（ToF），從而估算距離。
Channel Sounding的優(yōu)勢：
高精度：相較于RSSI技術，Channel Sounding技術的定位精度可達到厘米級，滿足更多高精度定位需求。
抗干擾能力強：通過相位測量和RTT測量相結合的方式，提高了測距的抗干擾能力。
安全性高：集成了多種安全機制，有效防止距離欺騙等攻擊。
Channel Sounding應用場景：
汽車數字鑰匙：提供更安全、便捷的汽車無鑰匙進入和啟動體驗。
智能家居：實現智能家居設備間的精確位置感知和自動化控制。
物聯網設備：提升物聯網設備的定位精度和安全性。
二 鏈路層功能集擴展（LLExtendedFeatureSet）
藍牙低功耗（BLE）鏈路層（Link Layer）是BLE協議棧的重要組成部分，定義了許多功能，也被稱為特性（Feature）。對一個特性的支持通常是可選的，在使用一個Feature之前，需要知道對方是否支持該Feature。藍牙核心規(guī)范6.0之前，這些Feature通過64 bits（8字節(jié)）的特征集（FeatureSet）來標識，且可以通過Feature交互流程(LL_FEATURE_REQ/LL_PERIPHERAL_FEATURE_REQ/LL_FEATURE_RSP)來交互雙方支持的Feature。
如下圖所示，在藍牙核心規(guī)范6.0之前，只有bit 63還未分配。然而，隨著BLE技術的不斷發(fā)展和功能多樣化，64 bits已經不能滿足需求。
藍牙核心規(guī)范6.0將特征集（FeatureSet）的大小擴展至1984 bits，以支持未來藍牙技術的發(fā)展。核心規(guī)范6.0將bit 63定義為 LL Extended Feature Set，如下圖所示：
Central和Peripheral使用LL_FEATURE_REQ/LL_PERIPHERAL_FEATURE_REQ/LL_FEATURE_RSP交互雙方支持Feature的時候，如果發(fā)現bit 63 (LL Extended Feature Set)為1，那就使用LL_FEATURE_EXT_REQ/LL_FEATURE_EXT_RSP繼續(xù)交互其他支持的Feature。
三 基于決策的廣播過濾（Decision-BasedAdvertisingFiltering）
我們知道 Extended Advertising首先在Primary Channel(37/38/39)上傳輸ADV_EXT_IND PDU，該PDU不包含應用層數據。在某些情況下，掃描設備必須根據AuxPtr，在Secondary Channel上接收關聯的AUX_ADV_IND PDU，并檢查AdvData有效載荷字段的內容，然后才能確定對廣播的數據是否有興趣。為此，它必須停止在Primary Channel上的掃描，并切換到在AuxPtr字段中指示的Secondary Channel上進行掃描?？赡芎芏鄷r候會發(fā)現對廣播數據并沒有興趣。這就會出現一個問題，掃描設備根據AuxPtr在Secondary Channel上掃描期間，它不再在Primary Channel上掃描，因此可能會錯過相關的數據包。這種情況：根據AuxPtr掃描并接收沒有興趣的數據包，被稱為“干擾”，干擾降低了掃描設備的工作效率。雖然可以使用ADI字段來避免重復PDU的掃描接收，但是對于一些場景，這是不夠的。
藍牙核心規(guī)范6.0使用了一種新類型的擴展廣播ADV_DECISION_IND。Decision-Based Advertising Filtering就是：允許掃描設備通過Primary Channel掃描到的ADV_DECISION_IND PDU內容來決定是否在AuxPtr指定的Secondary Channel上掃描相關數據包。如果Primary Channel掃描到的ADV_DECISION_IND PDU不是掃描設備需要的，那么就不需要再去掃描對應的Secondary Channel，以此來解決“干擾”問題。
四 ISOAL增強功能（EnhancementsforISOAL）
傳統(tǒng)上，ISOAL的作用是將較大的服務數據單元（SDU）能夠分割為較小的鏈路層協議數據單元（PDU）進行傳輸，同時保證接收端能夠準確無誤地重構原始數據。整個過程如下圖所示：
然而，Segmentation/Reassembly這一過程中存在兩個問題：
首先是可靠性問題。在無線通信環(huán)境中，都有一定的丟包概率。當SDU被分割成多個PDU進行傳輸時，任何一個PDU的丟失都可能導致整個SDU的完整性受損，從而增加了數據傳輸失敗的風險。
其次是延遲問題。分段傳輸機制要求接收端的上層協議必須等待SDU的所有分段全部到達后才能開始處理，這在實時性要求較高的應用場景（如音頻傳輸）中尤為不利，因為等待時間直接轉化為音頻的延遲，影響用戶體驗。
為了解決這些問題，藍牙核心規(guī)范6.0引入了ISOAL Unsegmented模式，這種模式不使用分段傳輸方式。在Unsegmented模式下，每個來自上層的SDU都被直接封裝進一個PDU中進行傳輸，實現了上層SDU與鏈路層PDU之間的一對一映射。這種方式不僅降低了SDU因分段而整體丟失的風險，還消除了因等待分段重組而產生的延遲，為需要高可靠性和低延遲的數據傳輸場景（如音頻）提供了有力的支持。
五 監(jiān)測廣播設備（MonitoringAdvertisers）
藍牙規(guī)范一直有一個策略Filter_Duplicates：Observer Host可以指示BLE Controller過濾重復的廣播數據包，對于重復的廣播包只上報一次，以提升處理效率。
但Filter_Duplicates也帶來了一個問題：在Observer Host嘗試連接Advertiser時，無法確認目標設備是否仍處于射頻（RF）有效范圍內，Observer Host執(zhí)行掃描操作，這一過程能耗較高，尤其是對于不在通信范圍內的設備掃描，更是無謂的能量消耗。
針對這個問題，藍牙核心規(guī)范6.0采用了Monitoring Advertisers機制。簡單來說就是：每當Observer Host所關注的設備進入或離開其RF有效覆蓋區(qū)域時，BLE Controller能夠即時通過HCI事件LE Monitored Advertisers Report event向Host發(fā)送通知。
Monitoring Advertisers機制不僅確保了Host能夠實時掌握設備的存在狀態(tài)，還極大地減少了不必要的掃描操作，從而降低Observer設備的功耗。
六 幀間隔更新（FrameSpaceUpdate）
IFS（Inter Frame Space）是在同一Channel上發(fā)送的兩個連續(xù)數據包之間的時間間隔，即前一個數據包最后一個bit結束 到 后一個數據包第一個bit開始之間的時間。藍牙核心規(guī)范6.0之前版本，這段時間為150us的固定值，我們稱之為T_IFS。
T_MSS（Minimum Subevent Space）表示：一個Subevent中的最后一個數據包的最后一個bit結束 到 下一個Subevent中的第一個數據包的第一個bit開始之間的最小間隔時間稱為Minimum Subevent Space。Minimum Subevent Space稱之為“T_MSS”，值為150us。
藍牙核心規(guī)范6.0之前 ACL和CIS對應的Frame Space如下圖所示:
藍牙核心規(guī)范6.0對Frame Space進行了以下更改：
ACL和CIS的T_IFS/T_MSS不再固定為150μs。
T_IFS/T_MSS默認值仍為150μs。建立連接后，可由Central和Peripheral進行協商。
協商的T_IFS/T_MSS范圍為0~10000us，允許的誤差仍然是±2us。
不同的LE PHY（1M、2M和coded）可以使用不同的T_IFS/T_MSS。
注：藍牙核心規(guī)范6.0對Space Frame的更改，僅作用于ACL和CIS的T_IFS/T_MSS。
藍牙核心規(guī)范6.0更新后的ACL和CIS Frame Space如下圖所示：
Frame Space Update意義
縮短T_IFS（幀間間隔）加速了數據傳輸，從而提升了連接設備間的整體吞吐效率，這對于追求極致響應速度的高性能應用，如游戲手柄等，具有明顯的優(yōu)化效果，確保了更快的反應時間、更加流暢的操作。
在LE Audio應用中，縮短T_IFS的作用尤為突出。它不僅加快了音頻數據包的傳輸速度，有效降低了音頻延遲，并且數據傳輸時間的減少使得無線干擾碰撞風險降低，進一步保障了音頻的穩(wěn)定性。此外，帶寬的增加可以執(zhí)行更多次的有效重傳，從而顯著增強了音頻的傳輸質量和用戶體驗。
相比之下，對于處理能力相對有限的芯片而言，延長T_IFS則是一種比較好的方案。較長的T_IFS為這些芯片提供了更為充裕的時間來處理接收到的數據包。
七 結語
隨著藍牙核心規(guī)范6.0的發(fā)布，諸多創(chuàng)新特性與功能增強將進一步拓展藍牙技術的應用邊界。
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