蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)于2021年7月13日发布了5.3版本核心规范，对低功耗蓝牙中的周期性广播、连接更新、频道分级进行了完善。同时，SIG还发布了2021蓝牙市场（2021 Market Update）报告，预计到2025年蓝牙设备年出货量将达到64亿个，并调高2021-2025间年复合增长率至10%。 图1. 2025年蓝牙设备年出货量将达到64亿个
本次发布的5.3版规范与强劲的市场相呼应，将为蓝牙设备未来五年的爆发式增长铺路搭桥。
蓝牙规范5.3版推出
目前，蓝牙作为一种功能用于智能终端，主、从设备名称也是按照功能角色命名的。蓝牙5.3版本对蓝牙设备的角色用词进行了变更：主设备(Master) → 中心设备(Central)从设备(Slave) → 周边设备(Peripheral) 其中，中心设备(Central)为能发起蓝牙连接的设备，周边设备(Peripheral)为耳机、手表、手环等能接受蓝牙连接的设备。 除了名称，蓝牙5.3版新增了多项功能，也删除了不常用的备用MAC和PHY扩展。
（1）支持包含ADI的周期性广播
修改链路层(Link Layer)技术规范，允许在周期性广播协议数据单元(AUX_SYNC_IND)中增加广播数据信息广播数据信息(ADI)，激活了对含有相同数据的周期性广播报告(由Controller向Host报告)进行过滤的功能。 此新增功能有助于LE Audio及Mesh中的各种应用案例，对包含重复数据的周期性广播进行过滤，减少不必要的信息交互，有助于提高通讯效率。
（2）新增LE增强版连接更新功能在低功耗蓝牙中引入亚速率连接(connection subrating)模式，改进了在已建立连接的情况下更新有效连接间隔(connectioninterval)所需时间。 亚速率连接是一种快速修改现存LEACL连接的有效连接时间间隔的方法。通过亚速率连接模式中心设备和外围设备可以跳过现存连接中的绝大多数连接事件(connection event)，例如当亚速率系数是7时，每7个连接事件周期中仅会有一个连接事件会被使用，相当于有效连接时间间隔扩大了7倍。通过亚速率连接模式蓝牙设备的工作周期(dutycycle)可以快速减小从而达到省电的目的，正常连接速率也可以快速恢复以提高数据吞吐率。
（3）新增Host设定Controller密钥长度的功能新引入了HCl_Set_Min_Encryption_Key_size命令用于Host设置Controller可接受的最小密钥长度。此新增功能是对2019年发布的针对蓝牙密钥长度协商(KNOB)安全漏洞紧急修订Erratum 11838的进一步完善，目的是为了防止通过KNOB进行安全攻击。
（4）新增LE频道分级功能增加了LE频道分级功能，由中心设备(Central)激活周边设备(Peripheral)上的频道报告功能后，周边设备可定期将每个频道的可用情况报告给中心设备，以在未来跳频地图更新时使用。 通过LE频道分级功能，可以减小蓝牙设备与其他无线设备间的相互干扰，提高无线通信的共存性。
（5）移除备用MAC和PHY(AMP)扩展备用媒体访问控制和物理层扩展（AMP）允许蓝牙系统在主蓝牙BR/EDR控制器旁边包括一个或多个辅助控制器，但此扩展在合格的蓝牙产品中很少见。因此，5.3版中删除了此功能，仍然可以根据早期的蓝牙核心规范版本对使用AMP的产品进行认证。
蓝牙市场迎来黄金五年
蓝牙SIG报告指出，到2025年，蓝牙设备年出货量将达到64亿个，2021-2025期间的年复合增长率为10%。
图2. 各蓝牙技术设备的未来五年出货量预测
这些出货量中，70%来自蓝牙外设设备。其中，低功耗蓝牙正在成为新的市场标准，支持蓝牙BLE技术的芯片和设备增长最快。 在2021 Market Update报告中，蓝牙SIG把蓝牙产品划分为四类：音频流设备、数据传输、定位服务，MESH网络。 (1)音频流产品2021年出货量将超过13亿台，2025年年出货量为17亿台，2021-2025年复合增长率（CAGR）为8%。这些产品包括语音通话、收听音频/音乐、视听设备、智能语音控制。 （2）数据传输应用2021年出货量为13台，2025年年出货量为14.6亿台，2021-2025年复合增长率（CAGR）为11%。这些产品包括：运动健身体征数据测量、医疗保健、输入和控制、物联网等。 （3）定位设备包括：物品标签、仓储货物管理、室内定位导航、访问控制等。这类产品2021年出货量为26.2万台，2025年出货量为4.8亿台，2021-2025年复合增长率（CAGR）为32%，四年间成涨幅达4 倍以上。
图3、蓝牙定位服务落地场景
（4）MESH网络包括：智慧家居、智能建筑和照明、工厂和医院监控系统等。这类产品2021年出货量为2.7亿台，2025年出货量为7.7亿台，2021-2025年复合增长率（CAGR）为34%。 蓝牙SIG预测，蓝牙定位和网络设备将成为未来五年增长最快的细分应用，成长幅度几乎是跳跃式的，五年间出货量将倍增。
图4. 2021年蓝牙智能家居设备出货量
用户体验上，随着越来越多智能手机对蓝牙的全面支持，未来手机和蓝牙mesh将会实现更多交互，并看好蓝牙可能支持IP协议的潜力。基于可连接IP协议的功能，用户未来将不仅能通过手机就近控制蓝牙mesh设备，也能无需网关就实现设备的远程控制，获得无限智能的无缝连接体验。
蓝牙连接方案
目前，市场上的蓝牙设计方案有蓝牙低能耗（Bluetooth LE）、蓝牙经典（Bluetooth Classic）、双模（Bluetooth LE + Bluetooth Classic）。 产品功能上，具有测向功能的电池供电蓝牙设备将成为未来五年的市场亮点，可以支持这些功能需求的MCU/SOC芯片，蓝牙射频芯片和相关传感器产品将具有巨大的增长空间。 应用场景上，智能家庭、智能照明是最值得关注的应用领域，2021年主要驱动力来自智能家电、智能照明、接触传感器、烟气传感器、运动传感器、温控器等。
（1）智能家居
智能家居是蓝牙技术的综合发力点，32位MCU是该方案的核心芯片，在电机及变频控制、安防监控、指纹识别、触控按键等应用中发挥重要作用。
图5. 乐鑫科技的ESP32开发板
例如，乐鑫科技的ESP32-S3系列、ESP32-C3系列和ESP32模组。其中，前两者为“32位MCU + 2.4GHz Wi-Fi + 蓝牙5 LE”SoC方案，、后者为“32位MCU + 2.4GHz Wi-Fi + 双模（蓝牙/蓝牙LE）”SoC方案，适用各类物联网应用场景，如智能家居、智能楼宇，消费电子，工业控制，包括智能音箱、语音玩具、智能网关、以太网等应用。
（2）商业照明
蓝牙mesh为商业照明提供了无线解决方案，具有更大的开发弹性与可拓展性，同时也兼具低成本，还可整合传感器等非照明功能。例如，沁恒微电子BLE Mesh无线组网方案已经全面支持蓝牙Mesh Profile的各项特性，包括自发现、自连接、自组网以及低功耗，可广泛用于智能家电、智能照明、智能楼宇、智能机器人、智能穿戴设备等领域。
图6. 沁恒微电子BLE Mesh无线组网方案
把低功耗蓝牙芯片用于商业智能照明，可节约70-75%的能源。预计到2029年，全球联网智能照明硬件年出货量占比将超过57%。
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