Bluetooth
蓝牙基础：蓝牙的工作原理
蓝牙基础：蓝牙的工作原理1、什么是蓝牙？蓝牙（BlueTooth)是一种支持设备短距离通信的无线电技术,功率级别分CLASS1 100米距离和CLASS2 10米距离两种。
能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。
蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽可达3Mb/s。
手机、PDA、GPS蓝牙、耳机、笔记本内置蓝牙等一般为CLASS2 10米功率级别，工业用蓝牙应用100米级的多一些，如GC－06，KC－03蓝牙模块。
蓝牙技术规范由SIG组织开发维护，目前具备蓝牙通讯功能的产品已经很多。
2、蓝牙通信的主从关系蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。
理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。
一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。
一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。
3、蓝牙的呼叫过程蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备，此时从端设备需要处于可被查找状态，如：蓝牙耳机需要按键操作才能进入可被查找状态，我公司预装GCM－301、101等固件的模块始终处于可被查找状态。
主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，一般蓝牙耳机默认为：1234或0000，立体声蓝牙耳机默认为：8888，也有设备不需要输入PIN码。
配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，根据应用不同，可能是ACL数据链路呼叫或SCO语音链路呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。
bluetooth
1.内核协议层 内核协议层
L2CAP：(Logical Link Control and Adaptation Protocol )逻辑链路控制和适配协 议，负责适配基带中的上层协议。它同链路管 理器并行工作，向上层协议提供定向连接的和 无连接的数据业务 。 SDP：(Service Discovery Protocol)服务发现 协议，主要功能是能让两个蓝牙设备相识并建 立连接。SDP是一个基于客户/服务器结构的 协议。
3.高端应用层 高端应用层
在蓝牙协议栈的最上部分是高端应用层， 对应于各种应用模型的剖面（Profile）。
三、蓝牙协议堆栈
内核协议层（HCI、LMP、L2CAP、SDP） 线缆替换协议层（RFCOMM） 电话控制协议层（TCS-BIN） 选用协议层（PPP、TCP、IP、UDP、 OBEX、IrMC、WAP、WAE）
2.中间层协议 中间层协议
中间协议层包括逻辑链路控制与适配协议（L2CAP， Logical Link Control and AdaptationLayer Protocol）、服务发现协议（SDP， Service Discovery Protocol）、串口仿真协议 （RFCOMM，Radio Frequency Communications Protocol）和电话控制协议规范。L2CAP完成数据拆 装、服务质量控制、协议复用和组提取等功能，是其 他上层协议实现的基础，也是蓝牙协议栈的核心成分； SDP为上层应用程序提供 一种机制来发现网络中可用 的服务及其特性；RFCOMM在L2CAP上仿真9针RS232串口的功能；电话控制协议提供蓝牙设备间话音 和数据的呼叫控制命令。蓝牙对语音的支持是它与 WLAN相区别的一个重要标志。
1.1射频层 射频层
bluetooth标准
bluetooth标准Bluetooth是一种无线通信技术，它的标准规范由Bluetooth技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）制定和管理。
Bluetooth标准涵盖了各种蓝牙设备之间的通信协议、安全性、功耗、传输速率等方面的要求，以确保不同品牌的蓝牙设备能够互相兼容并正常通信。
目前最常见的Bluetooth标准版本包括：1. Bluetooth 1.x：第一个正式发布的Bluetooth标准，提供较低的数据传输速率和较短的通信距离。
2. Bluetooth 2.x：采用了增强数据传输速率和错误纠正功能，支持更高质量的音频传输。
3. Bluetooth 3.x：引入了高速模式和支持大容量数据传输的能力，适用于多媒体传输和文件共享。
4. Bluetooth 4.x：引入了低功耗技术，支持物联网设备的无线连接。
5. Bluetooth 5.x：引入了更高速的数据传输速率和更远的通信距离，提供了更好的性能和覆盖范围。
除了传统的蓝牙标准，Bluetooth SIG还在不同领域推出了一些专用的Bluetooth标准，比如：1. Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate（BR/EDR）：传统的蓝牙标准，用于音频设备、数据传输等应用。
2. Bluetooth Low Energy（LE）：用于低功耗设备，比如智能手环、传感器、追踪器等。
3. Bluetooth Core Specification for Mesh Networking：用于构建大规模蓝牙网状网络的标准。
总之，Bluetooth标准是为了确保不同厂商的蓝牙设备可以互相兼容并正确地进行无线通信而制定的规范。
随着技术的不断发展，Bluetooth标准也在不断更新和完善，以满足不同应用场景和需求的要求。
bluetooth的协议层
bluetooth的协议层蓝牙技术，作为一种无线通讯标准，已广泛应用于各种电子设备之间，实现了数据的短距离传输。
它的成功得益于其独特的协议层设计，这些协议层确保了蓝牙设备之间的有效、安全和可靠的通信。
本文将深入探讨蓝牙的协议层，包括其核心协议、传输协议、中间件和应用层，并分析它们是如何协同工作以实现蓝牙通信的。
一、蓝牙技术概述蓝牙技术是一种无线通讯技术，它允许电子设备之间在短距离内进行数据传输。
蓝牙技术广泛应用于手机、耳机、笔记本电脑、智能手表等设备中，为用户提供了便捷的连接方式。
蓝牙技术的特点包括低功耗、低成本和广泛的兼容性，使其成为物联网（IoT）领域的重要组成部分。
二、蓝牙的协议层结构蓝牙的协议层结构可以分为核心协议、传输协议、中间件和应用层四个部分。
这些层次结构为蓝牙通信提供了从物理层到应用层的完整解决方案。
1. 核心协议：核心协议包括基带、链路管理、逻辑链路控制和适应协议以及服务发现协议。
基带负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输，是蓝牙技术中最重要的部分。
链路管理协议负责连接的设置、建立和释放，以及安全和控制。
逻辑链路控制和适应协议具有完成数据拆装、连接管理、分组的功能和复用协议的功能。
此外，服务发现协议层上的User Discovery Protocol（UDP）使用设备的服务发现信息（SDP）使设备可以以用户理解的方式和更高级别的设备应用接口（API）来相互发现对方。
2. 传输协议：传输协议层主要包括RFCOMM协议和TCP/UDP。
RFCOMM基于ETSI标准TS07.10，传输机制本身基于L2CAP。
它为上层应用程序提供了一种串行数据传输方式。
TCP/UDP 是两种已广泛使用的传输层协议，它们被包含在蓝牙的传输协议中，可以利用IP网络协议栈来进行通信。
实际应用中，蓝牙设备以TCP或UDP方式完成数据的传输。
3. 中间件协议：中间件协议层包括串口仿真协议（RFCOMM）、服务发现协议（SDP）、电话控制协议（TCS）和音频传输协议（ATP）等。
什么是蓝牙
什么是蓝牙？答：蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线电技术。
说得通俗一点，蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。
可实现语音和数据无线传输。
蓝牙产品采用的是一种称之为跳频的技术，能够抗信号衰落；工作于2.4GHz 的ISM (即工业、科学、医学)频段，以省去申请专用许可证的麻烦；采用FM调制方式，使设备变得更为简单可靠；蓝牙的每一个话音通道支持64kb/s的同步话音，异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接，或者432.6kb/s的对称连接。
* 什么是IR（红外通讯技术）？答：红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代。
它的通讯距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps，通讯介质为波长为900纳米左右的近红外线。
它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。
主要是用来取代点对点的线缆连接；新的通讯标准兼容早期的通讯标准；小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
* 什么是PAN答：从计算机网络的角度来看，PAN（Personal Area Network）是一个局域网；从电信网络的角度来看，PAN是一个接入网，因此有人把PAN称为电信网络―最后一米‖的解决方案。
PAN定位在家庭与小型办公室的应用场合。
其主要应用范围包括：话音通信网关、数据通信网关、信息电器互联与信息自动交换等。
* 有哪几种PAN技术？答：四种PAN技术——PAN的实现技术主要有：Bluetooth、IrDA、Home RF与UWB （Ultra-Wideband Radio）四种。
Bluetooth简介
明基 S68
明基 EF81
索尼爱立 HBH-20
蓝牙的协议
蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：核心 （Core）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻 （service discovery）等；协议子集（profile）部分，用以规定不同蓝牙 应用（也称使用模式）所需的协议和过程。蓝牙协议体系结构采用分层 方式，包括蓝牙专用协议和一些通用协议。专用协议位于协议栈的底部， 从底到上依次是蓝牙无线层（BluetoothRadio）、基带层（Base band）、LMP层（Link Manager Protocol）、L2CAP层（Logical link Control and Adaptation Protocol）、SDP层（Service Discovery Protocol）。另外RFCOMM层以ETSITS07.10为基础，目的是取代电缆 连接；TCS（Telephony Control protocol Specification）以ITU-T的 Q.931为基础，目的是进行呼叫控制。在蓝牙专用协议之上可以承载 PPP、TCP/IP、UDP/IP、WAP等通用高层协议。每一层分别完成数据 流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、 数据的拆装、业务质量（QOS）、协议的复用和分用等功能。蓝牙的高 层协议最大限度地重用了现存的协议，而且其高层应用协议都使用公共 的数据链路和物理层 。
封包
Buletooth的认证
Bluetooth SIG 的质量测试 各国的电信终端装置认证
蓝牙技术应用中需解决的问题
尽管受到不同行业的众多制造厂商关注，但蓝牙技术的应用 还存在着几个必须解决的问题。 首先是蓝牙技术模块的价格问题。 其次是可利用频带的问题。 第三是映像的实时传输问题。由于蓝牙技术不具备实时传输 影像所需的频段确保机制，故在传输影像的时候有可能降低 像质。尽管已有几家公司向Bluetooth SIG 提出了解决方案， 但目前仍未落实。 最后，相互连接性也是一个很迫切的问题。蓝牙技术目前正 在制定机器的认证大纲及相互连接性试验顺序。可以认为， 这是蓝牙技术标准化工作的最重要部分，其成败将决定蓝牙 技术的前途。
蓝牙简介
四.最近发展
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•
2. 更佳的省电效果：
蓝牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发 送间隔来达到节省功耗的目的。一般来说，当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之 后，蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态，当然，也因 为这样，蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态，即使手机的其它组件都已经进入休眠 模式。为了改善了这样这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔 从旧版的.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低，也可让 蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。根据官方的报告，采用此技术之后，蓝牙装置 在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。
三.优势与劣势
优势：
1.可以去掉电子设备的连接电缆使其建立通信
2.蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的 个人特别连接设备群。 3.蓝牙传输是通过RF（2.4GHZ）载波进行的，因此它具有电磁波的基本特征，有较大 的功率，可以增加传送距离，而且没有角度及方向性限制，具有穿墙性，可在物体之 间反射、镜设、绕射。蓝牙主要用于短距离传输（最多10米）数据和语音（1Mbps）， 功耗非常低能，同时能连接许多元件，传输速度快。
二．技术特点：
• ■蓝牙工作在全球开放的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学） 频段； ■使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不 断地从一个信道“跳”到另一个信道； ■一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接； ■数据传输速率可达1Mbit/s； ■低功耗、通讯安全性好； ■在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角 和方向要求； ■支持语音传输； ■组网简单方便
BlueTooth技术
something
一、蓝牙技术基础知识
1.什么是蓝牙技术 蓝牙技术是一种近距离地保证可靠接收和信息安全的无线通信技 术。 蓝牙技术要解决的问题是在10m范围内实现各种电子产品信息的 无线传输，消除它们之间纵横交错的链接电缆，必须实现如下技 术： 1）完好的替代功能：蓝牙搜用无线通道必须像有线电缆一样准确 无误发送和接收数据。 2）信息安全功能 3）承载能力：同时连接多个设备，有足够的传输速率，支持不同 类型信息的发送或接收。 4）超低功耗 5）致密性高：蓝牙芯片内部结构复杂但体积小。 6）全球通用。
一、蓝牙技术基础知识
ห้องสมุดไป่ตู้
4. 蓝牙标准的发展
V1.1
(1991年)
V2.2
V2.1 (2004年)
V1.2
V4.0 (2010年)
V3.0 (2009年)
一、蓝牙技术基础知识
V1.1(1998年): 为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同
频率之产品所干扰影响通讯质量。 V1.2:
6.蓝牙的技术特点
蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频 段，全球大多数国家ISM频段的 范围是2.4-2.4835GHz。
全球范围 适用
同时传输 语音数据
蓝牙采用电路交换和分组交换 技术，支持异步数据信道、三路 语音信道以及异步数据与同步语 音同时传输的信道。
主设备是组网连接主动发 起连接请求的蓝牙设备， 几个蓝牙设备连接成一个 皮网（Piconet）时，其中 只有一个主设备，其余的 均为从设备。
可建立临时 对等连接
蓝牙技术 特点
近距离通信
蓝牙技术通信距离为10m,可根 据需要扩展至100m，以满足不 同设备的需要。
蓝牙(bluetooth)技术概述
蓝牙(bluetooth)技术概述1998年5月，五家世界著名的大公司－－爱立信（Ericsson）、诺基亚（Nokia）、东芝（Toshiba）、国际商用机器公司（IBM）和英特尔（Intel）联手推出了蓝牙(Bluetooth)计划。
这五家公司包含了两家著名的移动通信制造公司、两家著名的便携式计算机制造公司和一家在芯片技术和数字信号处理（DSP）技术上领先的公司。
这项计划公布后，迅速得到包括摩托罗拉、朗讯、康柏、西门子、高通、3Com、TDK等大公司在内的许多厂商的支持和采纳。
第一批应用“蓝牙”技术装备的产品，包括手机、电话机和便携式计算机等，在1999年的年底纷纷进入市场。
要了解蓝牙技术的原理及发展前景，首先要弄清楚什么是蓝牙！一、什么是蓝牙· 蓝牙(B1uetooth)含义：狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备同样会让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧密结合在一起。
由于狼牙在月光下会发出蓝光，“蓝牙”由此得名。
· 蓝牙技术实质：一种短距离无线通信标准二、Bluetooth系统的组成蓝牙系统由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。
１．天线单元蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。
２．链路控制（固件）单元在目前蓝牙产品中，人们使用了３个IC分别作为联接控制器、基带处理器以及射频传输／接收器，此外还使用了３０～５０个单独调谐元件。
３．链路管理（软件）单元链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。
LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。
４．软件（协议栈）单元蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。
它必须符合已经制定好的蓝牙规范。
蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（Core）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻（service discovery）、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为协议子集（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。
bluetooth
蓝牙技术BluetoothBluetooth 是一种低功耗的无线技术，目的是取代现有的PC、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口。
Bluetooth 技术作为一种无线数据与语音通信的开放性标准，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。
蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。
这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。
蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。
由于蓝牙技术传输距离短，只能进行“点对点”的传输，传输速度比较慢，且在复杂的空间环境中容易受其他信号的干扰，稳定性较差，因此主要适用于小范围的空间。
蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。
理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。
采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。
其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。
在众多的短距离无线通信技术中, 蓝牙技术是比较突出的一个, 并正在得到广泛应用。
根据目前公布的1.0 的技术规范, 蓝牙技术的工作频段是全球统一的2.4GHz ISM频段。
它采用以每秒钟1600 兆的快速跳频扩频技术, 传输速率为1Mbps, 具有很强的抗干扰能力, 其标准的有效传输距离为10 米, 通过添加放大器可将传输距离增加到100 米。
该系统设计、运行和测试结果证实, 在存在多径干扰条件下,测量范围平均绝对误差可以达到1.2m。
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IP packet filtering
IP forwarder
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Packet classifier Packet scheduler
IGMP IRDP
NDIS 5.1
NDIS WAN
Ethernet Async Bluetooth RNDIS
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Interconnections not managed
– –
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Home network
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Service Discovery Protocols
– – –
IrDA Applications
• File transfer
– Integrated into shell
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Image exchange from camera Dial-up networking via cellphone Printing Synchronization
GPRS
IrDA
Internet
Web Server 802.11
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Ethernet Proxy Server
Wireless Architecture Requirements
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802.11 (DSSS) 2.4 GHz 1 or 2 Mbps Direct Sequence Spread Spectrum Hiperlan 23.5 Mbps High Performance Radio LAN Initial Shipments
– http://www//hwdev/wireless
• Bluetooth System Overview
– /winhec
• Windows Bluetooth Stack
– /hwdev/bluetooth
– Do not inter-operate
Bluetooth Overview
• Genesis • Bluetooth architectural overview • Bluetooth Program update
Bluetooth
Resnected Small Office
Phone
Internet
Small Business Server
802.11 Bluetooth
T1, T3, …
Ethernet Edge Server
Enterprise
GPRS GPRS IrDA
– E.g. PDA or cell phone to PC
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• Subset of IrDA • File transfer
– Integrated into IrDA ftp transfer
• Dial-up Networking via cellphone • Synchronization • IrDA and Bluetooth applications are tied to particular media
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GSM GPRS Technologies
Windows Wireless Architecture
WinSock 2.0 RSVP
UPnP Network Location
TAPI 3.0
Routing APIs
Dial-up Networking APIs
Network streaming (DirectX)
Networking APIs Networking Services
Bluetooth™ Wireless System
Joe Decuir Microsoft Chair, Seattle COM-19 Jdecuir@ Note: Bluetooth™ is a trademark of Ericsson
Agenda
• Wireless Overview
Wireless Media
• Infrared: short range and directional • Personal Area Networks: short range radio
– Bluetooth, IEEE 802.15.1
• Local Area Networks: medium range radio
Wireless Trends
• • • • • • • • • • IP networks Always connected (packet vs circuit mode) Increased bandwidth Convenience Moving from vertical market to horizontal markets Moving from proprietary to standards based Proliferation of smart devices New scenarios enabled Outsourcing Adhoc networks
P802.11b (DSSS) 2.4 GHz Initial 11 Mbps Shipments Direct Sequence Spread Spectrum
Final Specification
P802.11a 5 GHz Specifications 54 Mbps Approved Direct Sequence Spread Spectrum
• Information at your fingertips
– At meetings, in the office, on the road – Reliable, secure, multimedia LAN
GPRS Bluetooth
Internet
Web Server 802.11
T1, T3, …
TR 802.1D
802.11
PPTP
Affected by Wireless
• No configuration • CDPD
Just Works
– Especially when roaming – Configure Network Equipment Identifier
• 802.11
– Configure network name and security keys
Wireless Overview
• Wireless trends
– Wide Area Networks (WAN) – Local Area Networks (LAN) – Personal Area Networks (PAN)
• Scenarios
– – – – Adhoc Home Small business Enterprise, ISP
Ethernet Proxy Server
An ISP Connected Public Space
Bluetooth Phone
• Discovery of proximity services (flight schedules at airport, mall directories, …)
• Per location
• Bluetooth
– Configure PIN numbers
• Per device
What is an adhoc network?
• No network infrastructure at all
– – – E.g. back to back Ethernet Automatic IP addressing when no DHCP server available NetBT broadcast for adhoc name resolution Multiple interconnections to destinations Loops in the network ICS contains DNS proxy and DDNS support for the adhoc home network SSDP protocol enables UPnP discovery SDP protocol enables Bluetooth wireless technology discovery IrLAP protocol enables IrDA discovery