藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)于2021年7月13日發布了5.3版本核心規范，對低功耗藍牙中的周期性廣播、連接更新、頻道分級進行了完善。同時，SIG還發布了2021藍牙市場（2021 Market Update）報告，預計到2025年藍牙設備年出貨量將達到64億個，并調高2021-2025間年復合增長率至10%。

圖1. 2025年藍牙設備年出貨量將達到64億個

本次發布的5.3版規范與強勁的市場相呼應，將為藍牙設備未來五年的爆發式增長鋪路搭橋。

藍牙規范5.3版推出

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

（1）支持包含ADI的周期性廣播

修改鏈路層(Link Layer)技術規范，允許在周期性廣播協議數據單元(AUX_SYNC_IND)中增加廣播數據信息廣播數據信息(ADI)，激活了對含有相同數據的周期性廣播報告(由Controller向Host報告)進行過濾的功能。 此新增功能有助于LE Audio及Mesh中的各種應用案例，對包含重復數據的周期性廣播進行過濾，減少不必要的信息交互，有助于提高通訊效率。

（2）新增LE增強版連接更新功能

在低功耗藍牙中引入亞速率連接(connection subrating)模式，改進了在已建立連接的情況下更新有效連接間隔(connectioninterval)所需時間。 亞速率連接是一種快速修改現存LEACL連接的有效連接時間間隔的方法。通過亞速率連接模式中心設備和外圍設備可以跳過現存連接中的絕大多數連接事件(connection event)，例如當亞速率系數是7時，每7個連接事件周期中僅會有一個連接事件會被使用，相當于有效連接時間間隔擴大了7倍。通過亞速率連接模式藍牙設備的工作周期(dutycycle)可以快速減小從而達到省電的目的，正常連接速率也可以快速恢復以提高數據吞吐率。

（3）新增Host設定Controller密鑰長度的功能

新引入了HCl_Set_Min_Encryption_Key_size命令用于Host設置Controller可接受的最小密鑰長度。此新增功能是對2019年發布的針對藍牙密鑰長度協商(KNOB)安全漏洞緊急修訂Erratum 11838的進一步完善，目的是為了防止通過KNOB進行安全攻擊。

（4）新增LE頻道分級功能

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

（5）移除備用MAC和PHY(AMP)擴展

備用媒體訪問控制和物理層擴展（AMP）允許藍牙系統在主藍牙BR/EDR控制器旁邊包括一個或多個輔助控制器，但此擴展在合格的藍牙產品中很少見。因此，5.3版中刪除了此功能，仍然可以根據早期的藍牙核心規范版本對使用AMP的產品進行認證。

藍牙市場迎來黃金五年

藍牙SIG報告指出，到2025年，藍牙設備年出貨量將達到64億個，2021-2025期間的年復合增長率為10%。

圖2. 各藍牙技術設備的未來五年出貨量預測

這些出貨量中，70%來自藍牙外設設備。其中，低功耗藍牙正在成為新的市場標準，支持藍牙BLE技術的芯片和設備增長最快。 在2021 Market Update報告中，藍牙SIG把藍牙產品劃分為四類：音頻流設備、數據傳輸、定位服務，MESH網絡。 (1)音頻流產品2021年出貨量將超過13億臺，2025年年出貨量為17億臺，2021-2025年復合增長率（CAGR）為8%。這些產品包括語音通話、收聽音頻/音樂、視聽設備、智能語音控制。 （2）數據傳輸應用2021年出貨量為13臺，2025年年出貨量為14.6億臺，2021-2025年復合增長率（CAGR）為11%。這些產品包括：運動健身體征數據測量、醫療保健、輸入和控制、物聯網等。 （3）定位設備包括：物品標簽、倉儲貨物管理、室內定位導航、訪問控制等。這類產品2021年出貨量為26.2萬臺，2025年出貨量為4.8億臺，2021-2025年復合增長率（CAGR）為32%，四年間成漲幅達4 倍以上。

圖3、藍牙定位服務落地場景

（4）MESH網絡包括：智慧家居、智能建筑和照明、工廠和醫院監控系統等。這類產品2021年出貨量為2.7億臺，2025年出貨量為7.7億臺，2021-2025年復合增長率（CAGR）為34%。 藍牙SIG預測，藍牙定位和網絡設備將成為未來五年增長最快的細分應用，成長幅度幾乎是跳躍式的，五年間出貨量將倍增。

圖4. 2021年藍牙智能家居設備出貨量

用戶體驗上，隨著越來越多智能手機對藍牙的全面支持，未來手機和藍牙mesh將會實現更多交互，并看好藍牙可能支持IP協議的潛力。基于可連接IP協議的功能，用戶未來將不僅能通過手機就近控制藍牙mesh設備，也能無需網關就實現設備的遠程控制，獲得無限智能的無縫連接體驗。

藍牙連接方案

目前，市場上的藍牙設計方案有藍牙低能耗（Bluetooth LE）、藍牙經典（Bluetooth Classic）、雙模（Bluetooth LE + Bluetooth Classic）。 產品功能上，具有測向功能的電池供電藍牙設備將成為未來五年的市場亮點，可以支持這些功能需求的MCU/SOC芯片，藍牙射頻芯片和相關傳感器產品將具有巨大的增長空間。 應用場景上，智能家庭、智能照明是最值得關注的應用領域，2021年主要驅動力來自智能家電、智能照明、接觸傳感器、煙氣傳感器、運動傳感器、溫控器等。

（1）智能家居

智能家居是藍牙技術的綜合發力點，32位MCU是該方案的核心芯片，在電機及變頻控制、安防監控、指紋識別、觸控按鍵等應用中發揮重要作用。

圖5. 樂鑫科技的ESP32開發板

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 + 藍牙5 LE”SoC方案，、后者為“32位MCU + 2.4GHz Wi-Fi + 雙模（藍牙/藍牙LE）”SoC方案，適用各類物聯網應用場景，如智能家居、智能樓宇，消費電子，工業控制，包括智能音箱、語音玩具、智能網關、以太網等應用。

（2）商業照明

藍牙mesh為商業照明提供了無線解決方案，具有更大的開發彈性與可拓展性，同時也兼具低成本，還可整合傳感器等非照明功能。例如，沁恒微電子BLE Mesh無線組網方案已經全面支持藍牙Mesh Profile的各項特性，包括自發現、自連接、自組網以及低功耗，可廣泛用于智能家電、智能照明、智能樓宇、智能機器人、智能穿戴設備等領域。

圖6. 沁恒微電子BLE Mesh無線組網方案

把低功耗藍牙芯片用于商業智能照明，可節約70-75%的能源。預計到2029年，全球聯網智能照明硬件年出貨量占比將超過57%。

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