蓝牙协议学习整理(一)蓝牙的概述

第一章 蓝牙的概述

一、蓝牙版本信息

蓝牙共有六个版本1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0

1、1.1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、1.2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、2.0+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、2.1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、3.0+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、4.0 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)。

7、典型蓝牙与BLE蓝牙对比

蓝牙与BLE对比

二、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)
(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。

三、Bluetooth的系统构成

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。
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四、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。

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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。

五、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。
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传送门:
(一)蓝牙的概述
(二)蓝牙协议规范(射频、基带链路控制、链路管理)
(三)蓝牙协议规范(HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM)
(四)蓝牙协议规范(irOBEX、BNEP、AVDTP、AVCTP)
引用自xubin的博客

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