蓝牙-学习笔记
文章目录
- 1. 简介
-
- 分类
- 发展
- 产品架构
- 组成
- 2. 协议
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- 2.1 传输协议
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- L2CAP
- 2.2 中介协议
-
- SDP
- RFCOMM
- AT指令
- 2.3 其它（分类不太确定）
-
- HFP
- 3. 参考资料
1. 简介
蓝牙的命名来源于一个丹麦国王的名字。
蓝牙的核心是短距离无线电通讯，它的基础来自于跳频扩频（FHSS）技术。
频率：[2.4GHz, 2.4GHz + 83.5MHz]
物联网领域需要研究Bluetooth + Mesh。
分类
两种：
- 经典/传统蓝牙（< 4.0版本）；
- BLE低功耗蓝牙。
在IoT中，ble更常见一些；经典蓝牙常用于手机和耳机的通信。
芯片模式有两种：
- 双模，就是支持以上两种，应用有降噪耳机、电视语音遥控及按键；
- 单模则是只支持一种，通常是支持BLE。
发展
开始于爱立信在 1994 年提出的无线通信方案，以解决用户间互不兼容的移动电子设备的通信问题，用于替代 RS-232 串口通讯标准。
第一代蓝牙（传输率0.7Mbps）：
- 1999 年，蓝牙 1.0A 版，确定使用 2.4GHz 频段, 蓝牙硬件地址叫做
BD_ADDR； - 2001 年：蓝牙 1.1，蓝牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 标准，定义了物理层和MAC层；
- …
第二代蓝牙：
- 2004 年，蓝牙 2.0，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps；支持双工，可以边电话边传输数据；
- 2007 年，蓝牙 2.1，支持 NFC ，新增SSP(Secure Simple Pairing)安全配对，新增SniffSubrating省电功能；
2009 年，3.0（比较稳定了），可调用 802.11 WiFi，传输速率高达 24Mbps。蓝牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY）。代表作是蓝牙适配器。
第四代：
- 2010 年，4.0，支持BLE（Bluetooth Low Energy，基于 NOKIA 开发的 Wibree 技术）低功耗功能，传输距离提升到100米以上。代表作，iphone 4s；
- 2013 年，4.1支持云功能（可以用于iot了），支持IPv6，支持区中心（例如智能手表和计步器可以绕过智能手机，直接连接）；
- 2014年，4.2，可以抛弃wifi，iot设备完全用蓝牙；
4.0之前的都是经典蓝牙，>=4.0的才支持BLE。
2016 年，蓝牙 5.0，iot入场，速度上限为 2Mbps，传输距离理论上可达 300 米，结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位；针对 IoT 物联网进行底层优化；引入Mesh网络。
说下Mesh。
Mesh 网状网络能够将蓝牙设备作为信号中继站，数据覆盖广，兼容蓝牙 4 和 5 系列的协议。
传统的蓝牙连接是通过 配对 实现的，即 [一对一] 或 [一对多] 的微型网络关系。
Mesh 网络能够使设备实现「多对多」的关系。
产品架构
3种：
- 蓝牙芯片（含蓝牙协议栈host）直接与外设通信，这类芯片可作MCU，如蓝牙耳机、蓝牙音响、蓝牙手环；
- 蓝牙芯片（含蓝牙协议栈host）—MCU—外设，一般用于外设功能复杂的场景，
- 蓝牙芯片（controller）—MCU（含host）—外设，是蓝牙最复杂的方案，客户需要使用很多蓝牙协议，比如车载蓝牙、手机蓝牙。
组成
蓝牙设备：
-
硬件层，即Controller蓝牙模块（由低到高排序）：
- 无线射频单元Radio，一种微带天线；
- 基带BaseBand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；
- 链路管理单元LinkManager，管理蓝牙设备之间的通信；
- 主机控制器Host Controller
-
TRANSPORT层，实现HOST跟CONTROLLER的交互，有H2（USB使用）, H4/H5/BCSP（UART使用）协议。5种数据:
- HCI COMMAND:由蓝牙协议栈发送给芯片的命令
- HCI EVENT:由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件
- HCI ACL:蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据
- HCI SCO:蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据
- HCI ISO（这部分是在core5.2才添加）:LE audio用的数据包格式
-
HOST层，即蓝牙协议栈，或者说蓝牙主机，：
- 主机控制接口（HCI），透过transport把协议栈的数据发送给蓝牙芯片；
- 高层协议Higher Layer Protocol;
- Application
一些蓝牙模块：
JDY-10M模块，含底板+蓝牙模块，十几块钱，供电建议5V。两种接法：
- 连接UART-TTL转换器，再连接PC；
- 直接连MCU。
M是Mesh的意思，JDY-10就是不支持组网的版本.
2. 协议
初学者先学蓝牙host(蓝牙协议栈)，再学controller（蓝牙芯片）里面的协议。
可以参考《吐血推荐历史最全的蓝牙协议栈介绍_Wireless_Link的博客-CSDN博客_蓝牙协议栈》
蓝牙协议有很多，蓝牙电话（HFP），蓝牙音频（A2DP），蓝牙音乐控制（AVRCP），蓝牙电话本（PBAP），蓝牙短信（MAP），BLE,HID…
蓝牙协议分为传输协议、中介协议和应用协议：
- 传输协议：互相确认对方的位置，建立和管理物理链路；
- 底层传输协议，包括Radio, Baseband&Link Controller, Link Manager Protocol等；
- 高层传输协议，包括L2CAP， HCI；
- 中介协议：为应用提供不同标准接口；
- 应用协议：协议栈之上的应用软件所涉及到的协议。
2.1 传输协议
L2CAP
Logical Link Control and Adaptation Protocol，逻辑链路控制与适配协议。
位于基带之上
2.2 中介协议
SDP
Service Discover Protocol，服务发现协议，发现哪些服务可用，并确定这些可用服务的特征
RFCOMM
Serial Port Emulation，串口仿真协议，为建立在串口之上的传统应用提供环境接口，用于蓝牙电话，蓝牙透传SPP等。
AT指令
AT指令是区分大小写的ascii码，以\r结束。
像mesh那样，要在组网中实现通信，就不能用at那样的ascii指令了，而要用特定的二进制协议格式。
只能在透传模式下工作（设备连接手机后进入透传模式，手机是服务端）。
2.3 其它（分类不太确定）
HFP
Hands-Free，蓝牙免提协议，用于蓝牙耳机。还有一个已经基本废弃的HSP，蓝牙耳机协议。
OBEX，对象交换协议，用于蓝牙电话本，蓝牙短信，文件传输等。
SPP（SERIAL PORT PROFILE）：蓝牙串口协议。
IAP：苹果的特有协议，用于Carplay。
PBAP（Phone Book Access）：蓝牙电话本访问协议。
MAP（Message Access Profile）：蓝牙短信访问协议。
OPP（Object Push Profile）：对象推送协议.
A2DP（Advanced Audio Distribution）: 蓝牙音乐协议.
…
3. 参考资料
https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/107727900
一文让你彻底了解市面蓝牙架构，无忧蓝牙产品选型_Wireless_Link的博客-CSDN博客
吐血推荐历史最全的蓝牙协议栈介绍_Wireless_Link的博客-CSDN博客_蓝牙协议栈
Bluetooth® Technology Website
蓝牙技术发展史 - 知乎 (zhihu.com)
pybluez/pybluez: Bluetooth Python extension module (github.com)