蓝牙协议分析（一）--转

一、蓝牙核心协议

    蓝牙支持点对点和点对多点的通信。蓝牙最基本的网络结构是匹克网（Picnet）。匹克网实际上是一种个人网络，它以个人区域（即办公室区域）为应用环境。需要指出的是，匹克网并不能够代替局域网，它只是用来代替或简化个人区域中的电缆连接。

匹克网主要由主设备和从设备构成。主设备负责提供时钟同步信号和跳频序列，而从设备一般是受控同步的设备，并接收主设备的控制。在同一匹克网中，所有设备均采用同一跳频序列。一个匹克网中一般只有一个主设备，而处于活动状态的从设备目前最多可达7个。

1.1 基带协议（Baseband）

    基带和链路控制层确保匹克网内各蓝牙设备之间射频构成物理连接。蓝牙的射频系统是一个跳频系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发送，它使用查询和寻呼进程来使不同设备间的发送频率和时钟保持同步。基带数据分组提供两种物理连接方式：面向连接（SCO）和无连接(ACL)，而且在同一射频上可实现多路数据传送。ACL 适用于数据分组，SCO 适用于语音及数据/话音的组合。所有语音与数据分组都附有不同级别的前向纠错（FEC）或循环冗余校验（CRC），而且可进行加密。此外，不同数据类型（包括连接管理信息和控制信息）都分配一个特殊通道。可使用各种用户模型在蓝牙设备间传送话音，面向连接的话音分组只需经过基带传输，而不到达L2CAP。话音模式在蓝牙系统内相对简单，只需开通话音连接，就可传送话音。

1.2 链路管理协议（LMP）

    链路管理协议（LMP）负责蓝牙各设备间连接的建立和设置。它通过连接的发起、交换、核实来进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；它还控制无线设备的节能模式和工作周期，以及匹克网内设备的连接状态。

1.3 逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）

    逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）是基带的上层协议，可以认为它与LMP并行工作。它们的区别在于当业务数据不经过LMP 时，L2CAP 为上层提供服务。L2CAP 向上层提供面向连接的和无连接的数据服务时，采用了多路复用技术、分段和重组技术及组概念。L2CAP 允许高层协议以64K 字节收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO 和ACL 两种连接类型，但L2CAP 只支持ACL。

1.4 服务搜索协议（SDP）

服务搜索协议在蓝牙技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP，可以查询到设备和服务类型，从而在蓝牙设备间建立相应的连接。

二、电缆替代协议（RFCOMM）

    RFCOMM是基于ETSI 07.10 规范的串口仿真协议。“电缆替代”协议在蓝牙基带协议上仿真RS232 控制和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议（如OBEX）提供服务。

三、电话控制协议

    电话控制协议（TCS 二进制或TCS BIN）是面向比特的协议。它定义了蓝牙设备间建立语音和数据呼叫的控制信令，定义了处理蓝牙TCS 设备群的移动管理进程。基于ITU-T Q.931 建议的TCS 二进制被指定为蓝牙的二元电话控制协议规范。另外，SIG 还根据ITU-T V.250 建议和GSM 07.07 定义了控制多用户模式下移动电话和调制解调器以及可用于传真业务的AT 命令集。

四、选用协议

4.1 点对点协议（PPP）

    在蓝牙技术中，PPP 位于RFCOMM 上层，完成点对点的连接。

4.2 UDP/IP/TCP

UDP/IP/TCP协议由Internet 工程任务组（IETF）制定，广泛应用于互联网通信，在蓝牙设备中使用这些协议是为了与互联网连接的设备进行通信。

4.3 对象交换协议（OBEX）

    IrOBEX（简写为OBEX）是由红外线数据协会（IrDA）制定的会话层协议，它采用简单的和自发的方式交换对象。OBEX 是一种类似于HTTP 的协议，这里假设传输层是可靠的，采用客户机/服务器模式，独立于传输机制和传输应用程序接口（API）。

4.4 电子名片交换格式（vCard）、电子日历及日程交换格式（vCal）

    电子名片交换格式（vCard）、电子日历及日程交换格式（vCal）都是开放性规范，它们都没有定义传输机制，而只是定义了数据传输模式。SIG 采用vCard/vCal 规范，是为了进一步促进个人信息交换。

4.5 无线应用协议（WAP）

    无线应用协议由无线应用协议论坛制定，它融合了各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内容和电话债券的业务传送到数字蜂窝电话和其它无线终端上。选用WAP 可以充分利用为无线应用环境（WAE）开发的高层应用软件。

    蓝牙协议中定义了两种调制模式。一种是强制模式，用于基本数据传输速率。它是采用二进制FM 键控调制，以减少接收机的复杂性，其空中数据传输率为1Mbps；另外一种是可选模式，用于增强数据传输速率（EDR）。它使用两种不同的PSK 调制：π/4-DQPSK和8DPSK。前者总空中数据传输率是2Mbps，后者则达3Mbps。
    这部分声明要求的功率电平是指在设备的天线连接器处测得的。如果没有天线连接器，就假设天线的增益为0dBi。由于在测量时对辐射精确度要求的准确性极难得到保证因此，采用全等效的天线连接器来代替整个天线系统。如果在测试中天线实际增益大于0dBi ，则可利用ETSI 300 328 和FCC 的第15 节对其校正。

    功率级别1 设备需要功率控制。功率控制用于限制发射功率使之不超过0dBm，在0dBm 以下时，发射机率控制是可选的，主要用于优化功率消耗和整体的干扰电平。功率输出增益控制采用了一种单调序列步进方式，这种步进增益由两种方式组成，一种是高步进增益（每步8 dB），另一种是低步进增益（每步2 dB）。一个具有20dB 的功率级别为1的设备必须具有调整其功率到达4dB以下的能力。

五 调制特性

    蓝牙采用的调制方式是BT=0.5，调制指数在0.28～0.35 之间的GFSK。二进制的“1”用一个正的频率偏移表示，二进制的0 用一个负的频率偏移表示。定时符号偏差应小于±20ppm。
    对每个发送信道，对应于序列 1010的最小的频偏（F min ≤{ F min +，F min -}）将不小于对应序列00001111 的频偏（fd）的±80%，另外最小频偏将不会小于115KHz。数据传输的码元速率为1Mb/s。 理想信号正交于零点时，应是无误差的（正交清晰，无扩散）。过零误差是在理想符号区间和测量的交叉时间之间的时间差，它应该小于±1/8 的符号区间。在此用眼图的形式来描述调制特性。

带内寄生辐射 待研究

    EDR 模式下的一个重要的特点就是数据内的调制方式改变了。接入码（access code）和分组头（packet header）通过BR 模式的1Mbps 的GFSK 调制方式来传输，而后面的同步序列、净荷以及尾序列通过EDR 模式的PSK 调制方式来传输。

原文：https://mp.weixin.qq.com/s/hAHgygmNTJjg_UWEL5aSwg