蓝牙核心技术概述（一）:蓝牙概述

关键词：蓝牙 核心技术 协议 版本 历史
作者：xubin341719(欢迎转载，请注明作者，请尊重版权,谢谢)
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下载连接：Bluetooth PROFILE SPECIFICATIONS （基本涵盖所有蓝牙协议）、buletooth core 2.1-4.0 SPECIFICATION（三蓝牙版本的核心协议v2.1\v3.0\v4.0）、蓝牙核心技术与应用 马建仓 版（蓝牙协议相关初学者必读，开发者参考）

蓝牙核心技术概述（一）：蓝牙概述
蓝牙核心技术概述（二）：蓝牙使用场景
蓝牙核心技术概述（三）： 蓝牙协议规范（射频、基带链路控制、链路管理）
蓝牙核心技术概述（四）：蓝牙协议规范（HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM）
蓝牙核心技术概述（五）：蓝牙协议规范（irOBEX、BNEP、AVDTP、AVCTP）
一、名称由来

蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王哈拉尔蓝牙王，哈拉尔蓝牙王Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。
在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着各个系统领域之间的良好交流，例如计算机，手机和汽车行业之间的工作。

二、发展历史
1994年爱立信公司研发；
1997年爱立信联系其他设备生产商；
1998年二月，诺基亚、苹果、三星组成的一个特殊兴趣小组SIG(Special Interest Group)；
1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，联合开发；
1999年下半年，微软、摩托罗拉、三星、朗讯等主流设备商广泛推广蓝牙技术应用；
2006年10月13日，Bluetooth SIG（蓝牙技术联盟）发展到200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。

三、版本信息 

蓝牙共有六个版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0  版本信息下载连接：
1、V1.1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下影响通讯质量。
2、V1.2版本
同样是只有748~810kb/s 的传输率，但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。
3、V2.0+EDR版本
是 1.2 的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，开始支持双工模式——即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。
应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth 2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。
4、V2.1版本
更佳的省电效果：蓝牙2.1版加入了SniffSubrating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。
5、V3.0+HS版本
2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 )，蓝牙3.0的核心是"GenericAlternate MAC/PHY"(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应用。
6、V4.0 版本
蓝牙4.0包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。拥有低成本，跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺)，而蓝牙4.0的有效传输距离最高可达到100米(约328英尺)。
四、蓝牙的技术特点
简单地说，蓝牙是一种短程宽带无线电技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。
1、Bluetooth的主要技术特点：
（1）、工作频段：2.4GHz的工科医（ISM）频段，无需申请许可证。大多数国家使用79个频点，载频为(2402+k)MHz（k=0，1, 2…78），载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。
（2）、传输速率：1Mb/s（V2.0以上版本吗）
（3）、调试方式：BT=0.5的GFSK调制，调制指数为0.28-0.35。
（4）、采用跳频技术：跳频速率为1600跳/秒，在建链时（包括寻呼和查询）提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性。
（5）、语音调制方式：连续可变斜率增量调制（CVSD，ContinuousVariable Slope Delta Modulation），抗衰落性强，即使误码率达到4%，话音质量也可接受。
（6）、支持电路交换和分组交换业务：蓝牙支持实时的同步定向联接（SCO链路）和非实时的异步不定向联接（ACL链路），前者主要传送语音等实时性强的信息，后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道，或三个并发的同步话音通道，或同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称全双工通信。
（7）、支持点对点及点对多点通信：蓝牙设备按特定方式可组成两种网络：微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet)，其中微微网的建立由两台设备的连接开始，最多可由八台设备组成。在一个微微网中，只有一台为主设备（Master），其它均为从设备（Slave），不同的主从设备对可以采用不同的链接方式，在一次通信中，链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念。
（8）、工作距离：蓝牙设备分为三个功率等级，分别是：100mW（20dBm）、2.5mW（4dBm）和1mW（0dBm），相应的有效工作范围为：100米、10米和1米。
五、Bluetooth的系统构成

1、无线射频单元(Radio)：负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。
2、基带或链路控制单元(LinkController)：进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。
3、链路管理单元(LinkManager)：负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。
4、蓝牙软件协议实现：如上图紫色部分，这个后面我们做详细说明。

六、蓝牙协议规范
传输协议、中介协议、应用协议；
1、传输协议
负责蓝牙设备间，互相确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理链路；
底层传输协议：
蓝牙射频（Radio）部分、基带链路管理控制器（Baseband&Link Controller）、链路管理协议（Link ManagerProtocol LMP）。负责语言、数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备间的联网组网。
高层传输协议：
        逻辑链路控制与适配器（LogicalLink Control and Adaptation Protocol）L2CAP 、主机控制接口（HostControl Interface，HCI）。为高层应用屏蔽了跳频序列选择等底层传输操作，为高层程序提供有效、有利于实现数据分组格式。
2、中介协议
    为高层应用协议或者程序，在蓝牙逻辑链路上工作提供必要的支持，为应用提供不同标准接口。
     串口仿真协议：RFCOMM、服务发现协议：SDP、互操作协议IrDA、网络访问协议：PPP、IP、TCP、UDP、电话控制协议：TCS、AT指令集。

3、应用协议

      蓝牙协议栈之上的应用软件和所涉及到的协议，如：拨号上网、语言功能的应用程序。

蓝牙的应用框架如下：
（1）、通用应用类框架：查询、建立连接服务等；
（2）、蓝牙电话应用类框架：电话控制、语言；
（3）、蓝牙连网应用类框架：网络应用相关；
（4）、对象交互服务类框架：IrDA、OBEX；
（5）、蓝牙音视频控制类框架。

七、硬件接口
一般蓝牙芯片通过UART、USB、SDIO、I2S、PcCard和主控芯片通信。如下图所示，通过UART和主控芯片通信。

八、Bluetooth的应用
蓝牙应用在手机上。
蓝牙应用在掌上电脑上。
蓝牙应用于其它数字设备，如数字照相机、数字摄象机等。  
篮牙技术构成的电子钱包和电子锁。
篮牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器。