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1、物联网与短距离无线通信技术董健 第二章2.1.1“蓝牙蓝牙”的由来的由来 “蓝牙”这个名字的来历颇具传奇色彩。公元10世纪的北欧正值动荡年代，各国之间战争频繁，丹麦国王哈拉德二世挺身而出，到处疾呼和平。经过他的不懈努力，战争终于停止，各方领袖坐到了谈判桌前，至此，四分五裂的挪威和丹麦得以统一。关于这位国王的名字有两种说法：一种说法是他的全名是Harald Blatand，Blatand在英语中意思为“蓝牙”（Bluetooth）；还有一种说法是这位英雄的丹麦国王酷爱吃蓝梅，以致于牙齿都被染成了蓝色，因此“蓝牙”（Bluetooth）成了他的绰号。1000年后的今天，世界范围内电子设备技术高速发
2、展。瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小组，对移动电话及其附件的低能耗、低费用无线连接的可能性进行研究，他们的最初目的在于建立无线电话与PC卡、耳机及桌面设备等产品的连接。但是随着研究的深入，科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨大的商业潜力，同时也意识到凭借一家企业的实力根本无法继续研究，于是，爱立信将其公诸于世，并极力说服其他企业加入到它的研究中来。2.1.1“蓝牙蓝牙”的由来的由来3 1000年后的今天，世界范围内电子设备技术高速发展。瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小组，对移动电话及其附件的低能耗、低费用无线连接的可能性进行研究，他们的最初目的在于建立无线
3、电话与PC卡、耳机及桌面设备等产品的连接。但是随着研究的深入，科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨大的商业潜力，同时也意识到凭借一家企业的实力根本无法继续研究，于是，爱立信将其公诸于世，并极力说服其他企业加入到它的研究中来。他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，并将此技术命名为“蓝牙”，来表达要将这种全新的无线传输技术在全球推广，并实现全球通用的雄心。2.1.1“蓝牙蓝牙”的由来的由来4 1998年2月，瑞典爱立信（ERICSSON）、芬兰诺基亚（NOKIA）、日本东芝（TOSHIBA）、美国IBM和英特尔（Intel）公司五家著名厂商，组成了一个特殊利益集团（有的书译为特
4、别兴趣小组）SIG（Special Interest Group）。之后，蓝牙引起了越来越多企业的关注。1999年11月，比尔盖茨专程到拉斯维加斯一间只有11名员工的小公司访问，只因这家公司已研制成功一种含蓝牙技术的胸卡，随后，微软便宣布加入SIG。目前，包括索尼、惠普、戴尔在内的2500多家公司都签署了相关协议加入该组织，共享这一先进技术，而且数目还在不断的增长，从而在全球范围内掀起了一股蓝牙热潮。这么多的精英公司集中在一项技术的大旗下，在商业史上是史无前例的，一项公开的全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持，也是以往所罕见的。这说明基于此项技术的产品具有广阔的应用前景和巨大的潜
5、在市场。2.1.1“蓝牙蓝牙”的由来的由来52.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述 蓝蓝牙牙是是一一个个开开放放性性的的无无线线通通信信标标准准，设设计计者者的的初初衷衷是是用用隐隐形形的的连连接接线线代代替替线线缆缆。其其目目标标和和宗宗旨旨是是：保保持持联联系系，不不靠靠电电缆缆，拒拒绝绝插插头头，并并以以此此重重塑塑人人们们的的生生活活方方式式。它它将将取取代代目目前前多多种种电电缆缆连连接接方方案案，通通过过统统一一的的短短程程无无线线链链路路，在在各各信信息息设设备备之之间间可可以以穿穿过过墙墙壁壁或或公公文文包包，实实现现方方便便快快捷捷、灵灵活活安安全全、低低成成本本小小功功耗耗的
6、的话音和数据通信。话音和数据通信。6 它它推推动动和和扩扩大大了了无无线线通通信信的的应应用用范范围围，使使网网络络中中的的各各种种数数据据和和语语音音设设备备能能互互连连互互通通，从从而而实实现现个个人人区区域域内内的的快快速速灵灵活活的的数数据据和和语语音音通通信信。“蓝蓝牙牙”技技术术的的目目的的是是使使特特定定的的移移动动电电话话、便便携携式式电电脑脑以以及及各各种种便便携携式式通通信信设设备备的的主主机机之之间间在在近近距距离离内实现无缝的资源共享。内实现无缝的资源共享。2.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述7 作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，作为一种无线数据与语音通信的开
7、放性全球规范，蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，为固蓝牙技术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，完成数定与移动设备通信环境建立一个特别连接，完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（的无线电空中接口（Radio Air InterfaceRadio Air Interface）及其控）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能
8、够在近距离范围内具有互用、互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能（互操作的性能（InteroperabilityInteroperability）。）。2.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述8BLUETOOTH1.0技术指标和系统参数 2.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述92.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述102.1.3 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点 蓝蓝牙牙技技术术是是为为了了实实现现以以无无线线电电波波替替换换移移动动设设备备所所使使用用的的电电缆缆而而产产生生的的。它它试试图图以以相相同同成成本本和和安安全全性性完完成成一一般般电电缆缆的的功功能能，从从而而使使移移动动
9、用用户户摆摆脱脱电电缆缆束束缚缚，这就决定了蓝牙技术具备以下技术特性。这就决定了蓝牙技术具备以下技术特性。11 1.1.成本低成本低 为为了了能能够够替替代代一一般般电电缆缆，它它必必须须具具备备和和一一般般电电缆缆差差不不多多的的价价格格，这这样样才才能能被被广广大大普普通通消消费费者者所所接接受受，也也才才能能使使这这项项技技术术普普及及开开来来。蓝蓝牙牙的的最最终终目目标标是是集集成成于于单单价价为为5 5美美元元的的CMOSCMOS芯芯片片。目目前前，蓝蓝牙牙芯芯片片价价格格降降不不下下来来，既既有有经经济济原原因因，也也有有技技术术原原因因。从从技技术术角角度度来来看看，蓝蓝牙牙芯芯
10、片片集集成成了了无无线线、基基带带和和链链路路管管理理层层功功能能，而而链链路路管管理理功功能能实实际际上上既既可可以以通通过过硬硬件件实实现现，也也可可以以通通过过软软件件实实现现，如如果果由由软软件件实实现现链链路路管管理理层层功功能能，那那么芯片被简化，价格也将变得合理。么芯片被简化，价格也将变得合理。2.1.3 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点12 2.2.功耗低、体积小功耗低、体积小 蓝蓝牙牙技技术术本本来来目目的的就就是是用用于于互互连连小小型型移移动动设设备备及及其其外外设设，它它的的市市场场目目标标是是移移动动笔笔记记本本电电脑脑、移移动动电电话话、小小型型的的PDAPDA以以及及
11、它它们们的的外外设设，因因此此蓝蓝牙牙芯芯片片必必须须具具有有功功耗耗低低、体体积积小小的的特特点点，以以便便于于集集成成到到小小型型便便携携设设备备中中去去。蓝蓝牙牙产产品品输输出出功功率率很很小小(只只有有1mW)1mW)，仅仅是是微微波波炉炉使使用用功功率率的的百百万万分分之一，是移动电话的一小部分之一，是移动电话的一小部分 3.3.近距离通信近距离通信 蓝蓝牙牙技技术术通通信信距距离离为为10m10m，如如果果需需要要的的话话，还还可可以以选选用用放放大大器器使使其其扩扩展展到到100m100m。这这已已经经足足够够在在办办公公室室内内任任意意摆摆放放外围设备，而不用再担心电缆长度是否
12、够用。外围设备，而不用再担心电缆长度是否够用。2.1.3 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点13 4.4.安全性安全性 同同其其它它无无线线信信号号一一样样，蓝蓝牙牙信信号号很很容容易易被被截截取取，因因此此蓝蓝牙牙协协议议提提供供了了认认证证和和加加密密功功能能，以以保保证证链链路路级级的的安安全全。蓝蓝牙牙系系统统认认证证与与加加密密服服务务由由物物理理层层提提供供，采采用用流流密密码码加加密密技技术术，适适合合于于硬硬件件实实现现，密密钥钥由由高高层层软软件件管管理理。如如果果用用户户有有更更高高级级别别的的保保密密要要求求，可可以以使使用用更更高高级级、更更有有效效的的传传输输层层和和应应用
13、用层层安安全全机机制制。认认证证可可以以有有效效防防止止电电子子欺欺骗骗以以及及不不期期望望的的访访问问，而而加加密密则则保保护护链链路路隐隐私私。除除此此之之外外，跳跳频频技技术术的的保保密密性性和和蓝蓝牙牙有有限限的的传传输输范范围围也也使使窃窃听听变变得得困难。困难。然然而而，在在提提供供链链路路级级认认证证和和加加密密的的同同时时，也也阻阻碍碍了了一一些些公公共共性性较较强强应应用用模模型型的的用用户户友友好好访访问问，比比如如服服务务发发现现和和商商业业卡卡虚虚拟拟交交换换等等。因因此此，为为了了满满足足这这些些不不同同的的安安全全需需求求，蓝蓝牙牙协协议议定定义义了了三三种种安安全
14、全模模式式。模模式式1 1不不提提供供安安全全保保障障，模模式式2 2提提供供业业务务级级安安全全，模模式式3 3则提供链路级安全。则提供链路级安全。2.1.3 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点142.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管蓝牙系统一般由天线单元、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。理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。1.1.天线单元天线单元 蓝蓝牙牙要要求求其其天天线线部部分分体体积积十十分分小小巧巧、重重量量轻轻，因因此此，蓝蓝牙牙天天线线属属于于微微带带天天线线
15、。蓝蓝牙牙空空中中接接口口是是建建立立在在天天线线电电平平为为0dB0dB的的基基础上的。空中接口遵循础上的。空中接口遵循FCCFCC有关电平为有关电平为0dB0dB的的ISMISM频段的标准。频段的标准。15 2.2.链路控制（固件）单元链路控制（固件）单元 在在目目前前蓝蓝牙牙产产品品中中，人人们们使使用用了了3 3个个ICIC分分别别作作为为连连接接控控制制器器、基基带带处处理理器器以以及及射射频频传传输输接接收收器器，此此外外还还使使用用了了30305050个个单单独独调调谐谐元元件件。基基带带链链路路控控制制器器负负责责处处理理基基带带协协议议和和其其它它一一些些低低层层常常规规协协
16、议议。它它有有3 3种种纠纠错错方方案案：1/31/3比比例例前前向向纠纠错错（FECFEC）码码、2/32/3比比例例前前向向纠纠错错码码和和数数据据的的自自动动请请求求重重发发（ARQARQ）方方案案。采采用用FECFEC（前前向向纠纠错错）方方案案的的目目的的是是为为了了减减少少数数据据重重发发的的次次数数，降低数据传输负载。降低数据传输负载。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 16 但但是是，要要实实现现数数据据的的无无差差错错传传输输，FECFEC就就必必然然要要生生成成一一些些不不必必要要的的开开销销比比特特而而降降低低数数据据的的传传送送效效率率。这这是是因因为为数数据据包包对
17、对于于是是否否使使用用FECFEC是是弹弹性性定定义义的的。报报头头总总有有占占1/31/3比比例例的的FECFEC码码起起保保护护作作用用，其其中中包包含含了了有有用用的的链路信息。链路信息。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 17 3.3.链路管理（软件）单元链路管理（软件）单元 链链路路管管理理（LMLM）软软件件模模块块携携带带了了链链路路的的数数据据设设置置、鉴鉴权权、链链路路硬硬件件配配置置和和其其它它一一些些协协议议。LMLM能能够够发发现现其其它它远远端端LMLM并并通通过过LMPLMP（链链路路管管理理协协议议）与与之之通通信信。LMLM模模块块提提供供如如下下服服务务：发
18、发送送和和接接收收数数据据；请请求求名名称称；链链路路地地址址查查询询；建建立立连连接接；鉴鉴权权；链链路路模模式式协协商商和和建建立立；决决定定帧帧的的类类型型。此此外外，还还控控制制设设备备的的工工作作状状态态即即呼呼吸吸（SniffSniff）、保保持持（HoldHold）和和休休眠眠（ParkPark）三三种种模模式式。将将设设备备设设为为呼呼吸吸模模式式，MasterMaster（主主机机）只只能能有有规规律律地地在特定的时隙发送数据，在特定的时隙发送数据，2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 18 SlaveSlave降降低低了了从从Pioconet“Pioconet“收收听听”消
19、消息息的的速速率率，“呼呼吸吸”间间隔隔可可以以依依应应用用要要求求做做适适当当调调整整；将将设设备备设设为为HoldHold模模式式，MasterMaster可可把把SlaveSlave置置为为HoldHold模模式式，在在这这种种模模式式下下，只只有有一一个个内内部部计计数数器器在在工工作作。SlaveSlave也也可可主主动动要要求求置置为为HoldHold模模式式。一一旦旦处处于于HoldHold模模式式的的单单元元被被激激活活，则则数数据据传传递递也也立立即即重重新新开开始始。HoldHold模模式式一一般般被被用用于于连连接接好好几几个个PiconetPiconet的的情情况况下下
20、或者耗能低的设备，如温度传感器。或者耗能低的设备，如温度传感器。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 19 在在ParkPark模式下，设备依然与模式下，设备依然与PiconetPiconet同步但没有数同步但没有数据传送。工作在据传送。工作在ParkPark模式下的设备放弃了模式下的设备放弃了MACMAC地址，偶地址，偶尔收听尔收听MasterMaster的消息并恢复同步、检查广播的消息并恢复同步、检查广播消息。消息。连连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使用。接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使用。蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接（蓝牙基带技术支持两种连接类型：同
21、步定向连接（SCOSCO，Synchronous Connection OrientedSynchronous Connection Oriented）类型，主要用）类型，主要用于传送话音；异步无连接（于传送话音；异步无连接（ACLACL，Asynchronous Asynchronous ConnectionlessConnectionless）类型，主要用于传送数据包。蓝牙）类型，主要用于传送数据包。蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。鉴权基于鉴权基于“请求请求响应响应”运算法则。运算法则。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 2
22、0 鉴鉴权权是是蓝蓝牙牙系系统统中中的的关关键键部部分分，它它允允许许用用户户为为个个人人的的蓝蓝牙牙设设备备建建立立一一个个信信任任域域，比比如如只只允允许许主主人人自自己己的的笔笔记记本本电电脑脑通通过过主主人人自自己己的的移移动动电电话话通通信信。加加密密被被用用来来保保护护连连接接的的个个人人信信息息。密密钥钥由由程程序序的的高高层层来来管管理理。网网络络传传送送协协议议和和应应用用程程序序可可以以为为用用户户提提供供一一个个较较强强的的安全机制。安全机制。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 21 4.4.软件（协议栈）单元软件（协议栈）单元 蓝蓝牙牙的的软软件件（协协议议栈栈）单单
23、元元是是一一个个独独立立的的操操作作系系统统，不不与与任任何何操操作作系系统统捆捆绑绑。它它必必须须符符合合已已经经制制定定好好的的蓝蓝牙牙规规范范。蓝蓝牙牙规规范范是是为为个个人人区区域域内内的的无无线线通通信信而而制制定定的的协协议议，它它包包括括两两部部分分：第第一一部部分分为为核核心心（CoreCore）部部分分，用用以以规规定定诸诸如如射射频频、基基带带、连连接接管管理理、业业务务搜搜寻寻（servicediscoveryservicediscovery）、传传输输层层以以及及与与不不同同通信协议间的互用、互操作性等组件；通信协议间的互用、互操作性等组件；2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙
24、系统组成 22 第第二二部部分分为为协协议议子子集集（ProfileProfile）部部分分，用用以以规规定定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。蓝蓝牙牙规规范范的的协协议议栈栈仍仍采采用用分分层层结结构构，分分别别完完成成数数据据流流的的过过滤滤和和传传输输、跳跳频频和和数数据据帧帧传传输输、连连接接的的建建立立和和释释放放、链链路路的的控控制制、数数据据的的拆拆装装、业业务务质质量量（QoSQoS）、协协议议的的复复用用和和分分用用等等功功能能。在在设设计计协协议议栈栈，特特别别是是高高层层协协议议时时的的原原则则就就是是最最大大限限
25、度度地地重重用用现现存存的的协协议议，而而且且其其高高层层应应用用协协议议（协协议议栈栈的的垂垂直直层层）都都使使用用公公共共的的数据链路和物理层。数据链路和物理层。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 23 蓝蓝牙牙协协议议可可以以分分为为4 4层层，即即核核心心协协议议层层、电电缆缆替替代代协协议议层层、电电话话控控制制协协议议层层和和采采纳纳的的其其它它协协议议层层。在在蓝蓝牙牙协协议议栈栈中中，还还有有一一个个主主机机控控制制接接口口（HCIHCI）和和音音频频（AudioAudio）接接口口。HCIHCI是是到到基基带带控控制制器器、链链路路管管理理器器以以及及访访问问硬硬件件状状态
26、态和和控控制制寄寄存存器器的的命命令令接接口口。利利用用音音频频接接口口，可可以以在在一一个个或或多多个个蓝蓝牙牙设设备备之之间间传传递递音音频频数数据据，该接口与基带直接相连。该接口与基带直接相连。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 24 通通过过蓝蓝牙牙技技术术可可以以把把各各种种便便携携式式计计算算机机设设备备与与蜂蜂窝窝移移动动电电话话用用无无线线链链路路连连接接起起来来，使使计计算算机机与与通通信信密密切切结结合合，从从而而使使人人们们能能够够随随时时随随地地进进行行数数据据信信息息的的交交换换与与传传输输。因因此此蓝蓝牙牙技技术术虽虽然然出出现现不不久久，但但已已受受到到许许多多
27、行行业业的的关关注注。据据国国际际开开发发中中心心（IDCIDC）预预测测，到到20042004年年，蓝蓝牙牙在在美美国国将将被被嵌嵌入入到到102102万万台台设设备备内内，在在全全世世界界将将被被嵌嵌入入到到449449万万台台设设备备内内；到到20062006年年内内，其其市市场场规规模模将达到将达到7 7亿美元。一个全新的无线通信时代已经开始。亿美元。一个全新的无线通信时代已经开始。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 25 蓝蓝牙牙技技术术在在电电信信业业、计计算算机机业业、家家电电业业有有着着极极其其广广阔阔和和诱诱人人的的应应用用前前景景，它它也也将将对对未未来来的的无无线线移移
28、动动数数据据通通信信业业务务产产生生巨巨大大的的推推动动作作用用。蓝蓝牙牙技技术术会会有有突突飞飞猛猛进进的的发发展展。但但是是，它它仍仍然然有有大大量量的的应应用用技技术术细细节节问问题题需需要要解解决决，仍仍然然是是一一项项发发展展中中的的技技术术。例例如如，为为了了防防止止语语音音和和数数据据信信息息误误传传或或被被截截收收，用用户户必必须须事事先先为为自自己己应应用用的的各各种种设设备备设设定定某某个个共共同同的的频频率率，即即不不同同的的用用户户有有不不同同的的频频率率，这这样样才才能能保保证证无无线线连连接接时时不不发发生生误误传或被滥用。传或被滥用。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系
29、统组成 26 蓝蓝牙牙标标准准还还无无法法解解决决硬硬件件兼兼容容性性，并并且且影影响响到到运运行行在在蓝蓝牙牙技技术术之之上上的的软软件件。另另外外，蓝蓝牙牙标标准准本本身身能能否否解解决好安全问题，也是蓝牙能否获得成功的关键因素。决好安全问题，也是蓝牙能否获得成功的关键因素。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 27内容内容蓝牙概述蓝牙概述蓝牙应用蓝牙应用 组网形式组网形式协议栈协议栈28头戴式耳机头戴式耳机2.2 蓝牙应用蓝牙应用29PC和其它设备互联和其它设备互联2.2 蓝牙应用蓝牙应用30自动同步自动同步在办公室 在家里 2.2 蓝牙应用蓝牙应用31其它应用其它应用对讲机对讲机无绳电
30、话无绳电话拨号网络拨号网络传真传真局域网接入局域网接入文件传输文件传输2.2 蓝牙应用蓝牙应用32相关产品相关产品Notebook PCs&Desktop computersPrintersPDAsOther handheld devicesCell phonesWireless peripherals:HeadsetsCamerasCD PlayerTV/VCR/DVDAccess PointsTelephone Answering DevicesCordless PhonesCars2.2 蓝牙应用蓝牙应用33内容内容蓝牙概述蓝牙概述应用场景应用场景组网形式组网形式协议栈协议栈34 典型的
31、蓝牙组网模式典型的蓝牙组网模式支持在支持在piconet（微微网）中的点到点和点到多点通信（微微网）中的点到点和点到多点通信（广播）（广播）点到点点到点Master-slave 模式模式蓝牙设备可做蓝牙设备可做master,也可做也可做slavePiconet由一个由一个master和一个或多个和一个或多个slave（最多（最多7个）蓝牙设备组成个）蓝牙设备组成最大数据率最大数据率(1 Mbps)最多最多255个个parked从设备从设备(8位地址位地址)mssssm2.3 组网形式组网形式35Piconet 结构结构MasterActive SlaveParked SlaveStandbyM
32、aster节点的节点的ID和时钟决定了跳频序列和相位和时钟决定了跳频序列和相位2.3 组网形式组网形式36自组织网模式自组织网模式 the Scatternet存在存在piconet之间的通信之间的通信最多支持最多支持10个个 piconets多个多个piconets可以在同一空间可以在同一空间共存共存2.3 组网形式组网形式37内容内容蓝牙概述蓝牙概述应用场景应用场景组网形式组网形式蓝牙协议蓝牙协议 38蓝牙协议栈蓝牙协议栈2.4 蓝牙协议蓝牙协议39蓝牙协议栈蓝牙协议栈2.4 蓝牙协议蓝牙协议40应用层协议组应用层协议组应用层协议组DataControl2.4 蓝牙协议蓝牙协议41中间件协
33、议组中间件协议组DataControl中间件协议组中间件协议组 允许已有的或者新的应用运行在蓝允许已有的或者新的应用运行在蓝牙基础上牙基础上包含基于包交换的电话控制信令包含基于包交换的电话控制信令包含服务发现协议包含服务发现协议.2.4 蓝牙协议蓝牙协议42中间件协议组中间件协议组服务发现协议服务发现协议(SDP)允许应用发现设备信息、服务和特征.TCP/IP数据包通信和路由.RFCOMM电缆替换协议，在无线网络上模拟串口.2.4 蓝牙协议蓝牙协议43传输协议组传输协议组 包含使蓝牙设备定位、创建、配包含使蓝牙设备定位、创建、配置和管理物理链路和逻辑链路的置和管理物理链路和逻辑链路的协议，从而
34、允许上层的协议和应协议，从而允许上层的协议和应用通过这些协议交换数据。用通过这些协议交换数据。DataControl传输协议组2.4 蓝牙协议蓝牙协议44传输协议组传输协议组L2CAP(Logical Link Control&Adaptation Protocol)处理高层协议的复用（Handles multiplexing of higher level protocols）对大数据包进行分块和重组（Segmentation&reassembly of large packets）设备发现和QoSDevice discovery&QoS链路管理器 管理连接状态Managing the co
35、nnection states.在从节点(slave)间实现公平性 能耗管理基带 定义分时，分帧 链路上的流控.射频(RF)发送和接收比特流2.4 蓝牙协议蓝牙协议45Logical Link Control and Adaptation Protocol(L2CAP)仅仅对仅仅对 ACL 链路定义链路定义.L2CAP 提供复用，分段，重组和提供复用，分段，重组和QoS控制控制Payload头部的头部的L_CH 域：域：10 表示L2CAP包的开始.01,表示L2CAP包继续.提供连接和非连接的服务提供连接和非连接的服务.2.4 蓝牙协议蓝牙协议46L2CAP:功能要求功能要求协议复用协议复用
36、:区分上层协议（例如，区分上层协议（例如，SDP,RFCOMM）对上层协议的大的包分段成较小的基带协议包对上层协议的大的包分段成较小的基带协议包允许在建立连接的过程中交换允许在建立连接的过程中交换QoS参数参数.2.4 蓝牙协议蓝牙协议47L2CAP:一般操作一般操作L2CAP信道端点用信道标识符表示信道端点用信道标识符表示(CIDs).2个个CIDs和设备地址唯一标识一个和设备地址唯一标识一个L2CAP信道信道.保留保留CIDs0 x0001:用于信令0 x0002:无连接的接收0 x0003-0 x003F:留作以后使用2.4 蓝牙协议蓝牙协议48L2CAP层层:层之间的操作层之间的操作高
37、层和底层协议间传递数据高层和底层协议间传递数据.对等层直接进行信令对等层直接进行信令SignalingL2CAP层应该能够接收来自高层层应该能够接收来自高层/底层的事件并反应底层的事件并反应2.4 蓝牙协议蓝牙协议49L2CA layer:Events and Actions2.4 蓝牙协议蓝牙协议50L2CA layer:Events不同类型的事件不同类型的事件:LP to L2CA events,e.g.LP_ConnectCfm:confirms connection at the baseband.LP_ConnectInd:informs of a new baseband conn
38、ection.L2CAP to L2CAP signaling events,e.g.L2CAP_ConnectReq:Received a connection request pkt.L2CAP_ConnectRsp:Positive response received.L2CAP to L2CAP data event:data packet received.Upper layer to L2CAP events,e.g.L2CA_ConnectReq:Request for L2CAP channel.2.4 蓝牙协议蓝牙协议51L2CA layer:Actions不同类型的动作不同
39、类型的动作:L2CAP to LP actions,e.g.LP_ConnectReq:Request lower layer for a connection.LP_ConnectRsp:Accepting previous connection indication.L2CAP to L2CAP signaling actions,e.g.L2CAP_ConnectReq:Transmitted a connection request pkt.L2CAP_ConnectRsp:Positive response transmitted.L2CAP to L2CAP data action
40、:data packet transmitted.Upper layer to L2CAP actions,e.g.L2CA_ConnectInd:Indicates to upper layer that a connection request has been received.2.4 蓝牙协议蓝牙协议52L2CAP:信令信令L2CAP信令用于：信令用于：建立L2CAP 信道.配置参数 QoS.指定MTU（最大传输单元）.关闭 L2CAP channel.交换应用相关的信息交换应用相关的信息.2.4 蓝牙协议蓝牙协议53链路管理协议链路管理协议2.4 蓝牙协议蓝牙协议54链路管理协议链路
41、管理协议链路管理器进行链路建立、认证和配置工作链路管理器进行链路建立、认证和配置工作信道控制信道控制由由master节点负责节点负责使用 polling 过程由由master发起连接发起连接Master-slave的角色可以互换2.4 蓝牙协议蓝牙协议55基带协议基带协议2.4 蓝牙协议蓝牙协议56地址机制地址机制蓝牙设备地址蓝牙设备地址(BD_ADDR)48位MAC地址活动成员地址活动成员地址(AM_ADDR)3位活动slave地址广播地址全0Parked Member 地址地址(PM_ADDR)8位parked slave 地址MAC 分为分为3部分部分The Non-significan
42、t Address Part(NAP)The Upper Address part(UAP)The Lower Address Part(LAP)LAP用于标示piconet和其他操作。UAP+NAP=OUI2.4 蓝牙协议蓝牙协议57链路类型链路类型同步面向连接的链路同步面向连接的链路(SCO)用于传输语音对每对蓝牙设备支持3个SCO链路，每个64kbps异步的非连接的链路异步的非连接的链路(ACL)用于传数据支持对称和非对称速率，对称链路最大双向433.9 kbps;非对称时正向723.2kbps；反向57.6kbpsACL和和SCO可以同时工作可以同时工作2.4 蓝牙协议蓝牙协议58包结
43、构包结构VoiceNo CRCDataCRCheaderARQFEC(optional)FEC(optional)72 bits54 bits0-2744 bitsAccess CodeHeaderPayload2.4 蓝牙协议蓝牙协议59访问码访问码(Access Code)类型类型Channel Access Code(CAC)标示一个Piconet.Device Access Code(DAC)用于 paging或者回答paging.Inquiry Access Code(IAC)通用IAC(General IAC)用于通用查询操作；专用IAC(Dedicated IAC，有63个)用于
44、专用查询操作2.4 蓝牙协议蓝牙协议60包头包头Addressing(3 bits)Packet type(4 bits)Flow Control(1 bit)1-bit ARQ Sequencing(1 bit)HEC(8 bit)过滤重复的包检查头部2.4 蓝牙协议蓝牙协议61建立连接状态机建立连接状态机StandbyInquiryPageConnectedTransmit dataParkHoldSniff2.4 蓝牙协议蓝牙协议62建立连接过程建立连接过程两种情况两种情况一个设备知道另外一个设备的参一个设备知道另外一个设备的参数数使用paging过程没有另外一个设备的信息没有另外一个设
45、备的信息使用 inquiring&paging 过程状态状态Standby(没有交互没有交互)Connection(工作中工作中)2.4 蓝牙协议蓝牙协议63建立连接过程建立连接过程7个子状态个子状态InquiryInquiry scanInquiry responsePagePage scanMaster responseSlave response2.4 蓝牙协议蓝牙协议64TDD(Time-Division Duplex)机制机制信道被分为连续的时间片，每个信道被分为连续的时间片，每个625 s每个时间片可以传一个数据包每个时间片可以传一个数据包时间片交替做双向传输时间片交替做双向传输
46、Strict alternation of slots between the master and the slavesMaster can send packets to a slave only in EVEN slotsSlave can send packets to the master only in the ODD slots2.4 蓝牙协议蓝牙协议65蓝牙跳频蓝牙跳频 FHSS每秒每秒1600次次包可以有包可以有 1,3,5个时间片长个时间片长2.4 蓝牙协议蓝牙协议66总结总结一种用于数据和语音通信的全球标准一种用于数据和语音通信的全球标准适合低能耗、低覆盖和低成本的通信适合低能耗、低覆盖和低成本的通信67此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢