1、1近距離無線通信技術 Bluetooth技術物聯網通信技術23.3 Bluetooth技術3.3.1 Bluetooth技術概述3.3.2 Bluetooth協議體系結構3.3.3 Bluetooth應用及產品33.3.1 Bluetooth技術概述 Bluetooth的來源的來源p 1998年5月愛立信、IBM、Intel、Nokia和東芝五家公司于聯合成立了Bluetooth（藍牙）特別興趣小組（Bluetooth Special Interest Group，BSIG），并制訂了短距離無線通信技術標準藍牙技術。p 藍牙（Bluetooth）技術是一種短距離無線電技術。藍牙技術利用短距離、

2、低成本的無線連接替代了電纜連接，從而為現存的數據網絡和小型的外圍設備提供了統一的連接。4藍牙技術能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，以及這些設備與因特網Internet之間的通信，從而使這些現代通信設備與因特網之間的數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。 藍牙技術是實現語音和數據無線傳輸的開放性規范，藍牙收發器的一般有效通信范圍為10米，強的可以達到100米左右。 Bluetooth的來源的來源3.3.1 Bluetooth技術概述5（1）拓撲結構拓撲結構藍牙技術支持點對點或點對多點的話音、數據業務，采用一種靈活的無基站的組網方式。一個藍牙設備

3、可同時與多個藍牙設備相連，在有效通信范圍內所有設備的地位都是平等的，具有相同的權限。首先提出通信要求的設備稱為主設備（master），被動進行通信的設備稱為從設備（slave）。3.3.1 Bluetooth技術概述 Bluetooth的特點的特點6（1 1）拓撲結構）拓撲結構利用時分多址（TDMA，Time Division Multi-access ），一個master最多可以同時與7個slave進行通信。一個master與一個以上的slave構成的網絡成為主從網絡（piconet），又稱微微網。兩個以上的piconet之間存在著設備間的通信則構成了散射網（scatternet）。3.3.

4、1 Bluetooth技術概述 Bluetooth的特點的特點7多個多個 藍牙設備組成的微微網藍牙設備組成的微微網 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述8 多個微微網組成的散射網多個微微網組成的散射網 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述9（2 2）系統組成）系統組成藍牙系統一般由天線單元、鏈路控制（硬件）、鏈路管理（軟件）和藍牙軟件（協議）等4個功能模塊組成，如圖所示。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述藍牙系統的組成藍牙系統的組成10天線部分體積小巧，屬于微帶天線。鏈路控制器（LC）的單元包括

5、3個集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外，還使用了單獨調諧元件。鏈路控制器負責處理基帶協議和其他一些底層常規協議。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述11鏈路管理（LM）軟件模塊實現鏈路的建立、認證及鏈路硬件配置等。鏈路管理器可發現其他鏈路管理器，并通過鏈路管理協議（LMP）建立通信聯系。LM提供的服務有： 發送和接收數據、請求名稱、鏈路地址查詢、建立連接、鑒權、鏈路模式協商和建立、決定幀的類型等。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述12（3 3）射頻特性）射頻特性藍牙設備的工作頻段選在全球通用的2.4G

6、Hz的ISM（工業、科學、醫學）頻段，用戶可以在2400-2500MHz范圍內選用適當的藍牙無線電收發頻段。頻道采用23個或79個，頻道間隔均為1MHz，采用時分雙工方式。藍 牙 的 無 線 發 射 機 采 用 F M （ f r e q u e n c y modulation）調制方式，即以載波的瞬時頻率變化來表示信息,從而能降低設備的復雜性。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述13藍牙設備的最大發射功率分3個等級，100mW（20dBm），2.5mW（4dBm），1mW（0dBm)。藍牙設備之間的有效通信距離大約為10100m。（4 4）跳頻技術）跳頻技

7、術跳頻（FH，Frequency Hopping）是指在接收或發送一分組數據后，即跳至另一頻點。對于單時隙包，藍牙的跳頻速率為1600跳/秒。對于多時隙包，藍牙的跳頻速率有所下降，但在建立鏈路時則提高為3200跳/秒。3.3.1 Bluetooth技術概述 Bluetooth的特點的特點14（4 4）跳頻技術）跳頻技術24 GHz頻段中還有80211b，HomeRF及微波爐、無繩電話等電子設備，為了與這些設備兼容，藍牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping），LBT（Listen Before Talk）、功率控制等一系列獨特的措施克服干擾，避免沖突。 Blueto

8、oth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述15（5 5）TDMATDMA結構結構TDMA（Time Division Multiple Access），即時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發向多個移動終端的信號都按順序安排在給定的時隙中傳輸，各移動終端只要在相應的時隙內接收，就能在合路的信號中把發給它的信號區分并接收下來。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述16（5 5）TDMATDMA結構結構藍牙的數據

9、傳輸率為1Mbit/s，采用數據包的形式按時隙傳送，每時隙0.625s。藍牙系統支持實時的同步定向聯接和非實時的異步不定向聯接，分別為SCO（Synchronous Connection Oriented Link）鏈路和ACL（Asynchronous Connectionless Link）鏈路。前者主要傳送話音等實時性強的信息，后者則以數據為主。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述17（6 6）軟件的層次結構）軟件的層次結構藍牙的通信協議采用層次結構，其程序寫在一個9mm9mm的微芯片中。底層為各類應用所通用，高層則視具體應用而有所不同，層次結構具有很大

10、的通用性和靈活性。根據通信協議，各藍牙設備在任何地方都可以通過人工或自動查詢來發現其他藍牙設備。3.3.1 Bluetooth技術概述 Bluetooth的特點的特點18（7 7）糾錯技術）糾錯技術藍牙系統的糾錯機制分為前向糾錯編碼（FEC）和包重發（ARQ），支持1/3率和2/3率FEC編碼。 FEC編碼方式的目的在于減少數據重發次數，但在無差錯環境下，FEC方式會降低數據吞吐量。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述19（8 8）編碼安全）編碼安全在全球范圍內，藍牙可應用于任意的小范圍通信，每一藍牙設備，都可根據IEEE 802標準得到一個唯一的48位的BD

11、-ADDR地址碼。在BD-ADDR基礎上，使用一些性能良好的算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設備識別碼（ID）在全球的唯一性藍牙技術在物理層、鏈路層、業務層3個層次上提供安全措施，充分保證通信的保密性。 Bluetooth的特點的特點3.3.1 Bluetooth技術概述20指 標 類 型 系 統 參 數工作頻段ISM頻段，2.4022.480GHz雙工方式全雙工，TDD時分雙工業務類型支持電路交換和分組交換業務數據速率異步信道速率同步信道速率1Mbit/s非對稱連接為721kbit/s、57.6kbit/s，對稱連接為432.6kbit/s，2.0+EDR規范支持更高的速率64kbit

12、/s，2.0+EDR規范支持更高的速率功率美國FCC要求小于0dBm（1mW），其他國家可擴展為100mW跳頻頻率數79個頻點/MHz跳頻速率1600跳/秒工作模式PARK/HOLD/SNIFF數據連接方式面向連接業務（SCO），無連接業務（ACL）糾錯方式1/3 FEC、2/3 FEC、ARQ等信道加密采用0位、40位和60位密鑰發射距離一般可達10cm10m，增加功率的情況下可達100m 藍牙規范公布的主要技術指標和系統參數藍牙規范公布的主要技術指標和系統參數213.3.2 Bluetooth協議體系結構藍牙協議棧藍牙協議棧22藍牙的協議體系分為四層：核心協議層、替代電纜協議層、電話控制協

13、議層和可選協議。（1 1）核心協議層）核心協議層 基帶（Baseband）、鏈路管理協議（Link Manag er Protocol，LMP）、邏輯鏈路控制和適配協議 （Logical Link Control and Adaptation Proto col， L2CAP）、服務發現協議（Service Disco very Protocol，SDP） 3.3.2 Bluetooth協議體系結構 協議體系結構協議體系結構23（2 2）替代電纜協議層）替代電纜協議層 串口仿真協議（RFCOMM）（3 3）電話控制協議層）電話控制協議層 二進制電話控制規范（TCS Binary） AT指令（A

14、T command）3.3.2 Bluetooth協議體系結構 協議體系結構協議體系結構24（4 4）可選協議）可選協議 點到點協議（PPP）、用戶數據報協議/傳輸控制 協議/互聯網協議（UDP/TCP/IP）、對象交換協議（OBEX）、無線應用協議（WAP）、無線應用環境（WAE）、電子名片（vCard/vCal）、紅外移動通 信（IrMC）3.3.2 Bluetooth協議體系結構 協議體系結構協議體系結構25藍牙核心協議由SIG制定的藍牙指定協議組成，而其他協議則根據應用的需要而定。下面主要介紹藍牙核心協議。 （1 1）基帶協議）基帶協議 基帶協議為兩個或多個藍牙單元之間建立物理射頻連接

15、。 協議體系結構協議體系結構3.3.2 Bluetooth協議體系結構26（2 2）鏈路管理協議（）鏈路管理協議（LMPLMP） 鏈路管理協議管理基帶層內主從網絡的運行，負 責兩個或多個設備之間的鏈路設置和控制,包括傳 遞驗證和加密，管理鏈路密鑰。 協議體系結構協議體系結構27（3 3）邏輯鏈路控制和適配協議（）邏輯鏈路控制和適配協議（L2CAPL2CAP） 位于基帶協議之上，為低層的數據服務，向上層提供面向連接和無連接的數據服務。 協議體系結構協議體系結構28（4 4）服務發現協議（）服務發現協議（SDPSDP） 使用SDP，可以查詢到設備和服務類型，從而在藍 牙設備間建立相應的連接。 協議

16、體系結構協議體系結構293.3.3 Bluetooth的應用及產品藍牙SIG中定義了多種應用模型，包括通用接入應用模型、業務發現模型、無繩電話應用模型、對講系統模型、串口應用模型、耳機應用模型、撥號網絡應用模型、傳真應用模型、局域網接入應用模型、通用對象交換應用模型、對象推出應用模型、文件傳送應用模型、同步應用模型、高質量音頻視頻無線傳輸應用模型、免提應用模型、基本靜態圖像應用模型等。 藍牙應用模型藍牙應用模型30串口應用模型（串口應用模型（Serial Port ProfileSerial Port Profile，SPPSPP）定義了藍牙設備如何使用RFCOMM來模擬一個串行電纜連接，包括

17、建立仿真串行鏈路的過程以及與串行仿真協議（RFCOMM）、邏輯鏈路控制與適配協議（L2CAP）、服務發現協議（SDP）、鏈路管理器協議（LMP）和鏈路控制層的互操作性要求。 藍牙應用模型藍牙應用模型3.3.3 Bluetooth的應用及產品31 藍牙應用模型藍牙應用模型3.3.3 Bluetooth的應用及產品串口應用模型串口應用模型SPP協議體系結構協議體系結構基帶LMPL2CAPRFCOMMSDP串口仿真實體應用程序基帶LMPL2CAPRFCOMMSDP串口仿真實體應用程序設備A設備B32設備A建立鏈路和設置虛擬串口連接的實現步驟：l使用服務發現協議得到遠端設備上應用的RFCOMM服務器信

18、道號；l作為可選項，遠端設備可以要求進行自我鑒權，也可以采用加密；l請求與遠端RFCOMM實體建立一條新的L2CAP信道；l在該L2CAP信道上啟動一個RFCOMM會話進程；l使用前面得到的RFCOMM服務器信道號在會話上建立新的數據鏈路連接。 藍牙應用模型藍牙應用模型3.3.3 Bluetooth的應用及產品33設備B接受鏈路和設置虛擬串口連接的實現步驟：l如果遠端設備要求鑒權和加密，就要參與鑒權和加密過程；l接受請求建立L2CAP新信道；l在新建立的信道上建立RFCOMM會話；l在該RFCOMM進程上接受一個新的數據鏈路的連接。 藍牙應用模型藍牙應用模型3.3.3 Bluetooth的應用及產品最后，設備B在本地SDP數據中注冊服務記錄。34市面上的藍牙產品主要包括藍牙耳機、藍牙適配器、車載藍牙多媒體系統、車載藍牙電話、藍牙鍵盤和鼠標、藍牙網關、藍牙無線條碼掃描槍等。藍牙技術可以用來連接其他的無線設備、下載照片、進行多人游戲，甚至可以進行自動存取款、訂票。藍牙技術的應用涉及到居家、工作、娛樂等方面，為我們的生活帶來極大的便利，使得物物聯網的概念成為現實。3.3.3 Bluetooth的應用及產品352010年7月，藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）宣布正式采納藍牙4.0核心規范，并啟