蓝牙 6

什么是蓝牙 6？

蓝牙^® 6 是蓝牙的最新重大修订版本，它使电子设备能够在短距离内以无线方式交换数据。蓝牙 6 于 2024 年 9 月由蓝牙技术联盟 (SIG) 发布。蓝牙 6 的一些显著特征包括：

• 信道探测，用于精确距离测度
• 基于决策的广告过滤，用于实现更高效的信道扫描
• 监控广告源，用于在设备进入和离开范围时提高能效
• 帧间间隔更新，用于兼顾更高吞吐量和更好的共存管理

据 SIG 称，蓝牙信道探测能够实现更精确的距离感知、10 厘米的测距准确性以及增强的安全性。

使用蓝牙信道探测进行测距

在蓝牙 6 之前，设备之间距离的推断是通过测量接收信号强度指示器 (RSSI) 来实现的，其前提是信号链路上存在自由空间路径损耗。但如果信号因多径效应或遮蔽效应遭受更多损失，则距离会被高估。

蓝牙 6 引入了两种精确测量距离的方法：

• 往返时间 (RTT) 测量
• 基于相位的测距 (PBR) 测量

RTT

蓝牙 6 中的 RTT 测量方法基于这样一个事实：两个设备之间的信号飞行时间 (TOF) 是 RTT 的一半。据此它可以精确地计算距离 d，公式为：

\(d=(\tfrac{RTT}{2})*c\)

其中 c 是光速。此方法需要精确测量设备 1（发起方）的出站信号的离开时间 (TOD)、出站信号到达设备 2（反射方）的到达时间 (TOA)、设备 2 返回信号的离开时间 (TOD) 以及返回信号到达设备 1 的到达时间 (TOA)。下图显示了各个信号路径和时间。时间 t_I 是发起方的 RTT，时间 t_R 是从反射方接收到信号到其随后传输的时间。

PBR

蓝牙 6 中的 PBR 方法使用两个不同频率的信号来测量距离。这些信号只是音调 - 正弦波。距离可以作为两个接收音调之间的相位差的函数来计算。由于一个给定的相位差值可以对应无限多个距离值，支持蓝牙 6 的设备会选择满足相位差条件的最短距离。PBR 的预期范围约为 150 米。此外，如果有三个或更多蓝牙 6 定位器节点参与 RTT 或 PBR 测距，它们可以使用三边测量法来查找被跟踪设备的位置。

蓝牙 6 概述了 RTT 和 PBR 距离测度方法，但信道探测并不强制规定计算距离估计值的具体算法。种灵活性允许设备制造商根据不同的用例来定制解决方案，从而在计算复杂性与所需精度之间取得平衡，并适应不同的无线电环境。

蓝牙 6 中的增强安全措施

使用信道探测的蓝牙 6 设备可以抵御距离欺骗和中间人攻击，原因如下：

• 使用标准规定的确定性随机位生成器对位模式进行随机化。
• 可以更改发射功率以降低攻击者的接收信噪比。
• 设备可以部署攻击检测器系统。
• 可以结合使用 RTT 和 PBR 来提供冗余距离测度，并更轻松地检测欺骗结果。

其他蓝牙 6 安全增强功能包括：

• 使用高级加密标准 (AES)
• 基于决策的广告过滤，可减少不必要的数据传输并减少曝光给不需要的侦听方
• 在两个设备配对时使用椭圆曲线 Diffie-Hellman 进行安全密钥生成

蓝牙 6 用例和应用

蓝牙 6 信道探测可用于：

• 无钥匙车辆进入，通过钥匙扣或手机与汽车锚点之间的通信执行
• 智能锁，仅在授权设备位于锁的指定邻近区域内时才允许访问
• 地理围栏，以限制对指定区域的访问
• 仓库管理，以监控库存和管理物流
• 对几乎任何感兴趣的目标进行资产跟踪

这些用例可以支持智能家居设备、医疗设备、供应链管理和物流的应用。

蓝牙 与 MATLAB

信道探测

使用 MATLAB^® 和 Bluetooth Toolbox，您可以对测距场景进行建模，并使用蓝牙 6 中规定的 RTT 和 PBR 测距方法估计距离。您可以指定任意数量的蓝牙定位器节点，并使用 RTT 或 PBR 执行二维或三维定位。

帧间间隔

您也可以研究蓝牙 6 中可变帧间间隔对异步面向连接逻辑 (ACL) 连接中的吞吐量和延迟的影响。此外，您也可以在连接同步流 (CIS) 中配置 IFS。