蓝牙经典课件第1章_蓝牙技术基础知识

普通高等教育规划教材普通高等教育规划教材 蓝牙技术基础蓝牙技术基础 第第1 1章章 蓝牙技术基础知识蓝牙技术基础知识 本章介绍蓝牙技术基础知识本章介绍蓝牙技术基础知识 本章内容本章内容 n n 1.1 1.1 蓝牙技术简介蓝牙技术简介 l l 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 l l 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来蓝牙名称的由来 l l 1.1.3 1.1.3 蓝牙技术特征蓝牙技术特征 n n 1.2 1.2 蓝牙技术协议蓝牙技术协议 l l 1.2.1 1.2.1 蓝牙技术协议的体系结构蓝牙技术协议的体系结构 l l 1.2.2 1.2.2 蓝牙核心协议蓝牙核心协议 l l 1.2.3 1.2.3 蓝牙协议栈蓝牙协议栈 n n 1.3 1.3 蓝牙技术应用蓝牙技术应用 l l 1.3.1 1.3.1 蓝牙产品蓝牙产品 l l 1.3.2 1.3.2 蓝牙应用蓝牙应用 序言序言 n n 开发蓝牙技术的目的是将近距离的信开发蓝牙技术的目的是将近距离的信 息产品实现无线连接，使它们之间安息产品实现无线连接，使它们之间安 全完成信息的传递和交换，如同无线全完成信息的传递和交换，如同无线 通信网络把世界各地的移动通信设备通信网络把世界各地的移动通信设备 连接起来一样。本章介绍什么是蓝牙连接起来一样。本章介绍什么是蓝牙 、蓝牙的主要内容以及蓝牙技术的若、蓝牙的主要内容以及蓝牙技术的若 干特征。干特征。 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（1 1） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 蓝牙技术不是凭空产生的，而是信息产蓝牙技术不是凭空产生的，而是信息产 业发展到了一定阶段必然出现的产物。随着业发展到了一定阶段必然出现的产物。随着 人们生产生活质量的日益提高，在我们周围人们生产生活质量的日益提高，在我们周围 出现了越来越多的电子产品，例如计算机、出现了越来越多的电子产品，例如计算机、 电信设备、网络、家用电器、家用汽车的自电信设备、网络、家用电器、家用汽车的自 动控制部分等等。这些电子产品在刚开始问动控制部分等等。这些电子产品在刚开始问 世的时候，它们完全是各自独立设计、独立世的时候，它们完全是各自独立设计、独立 生产、独立存在、独立地为人类服务。随着生产、独立存在、独立地为人类服务。随着 生产的发展和生活的需要，这些彼此独立的生产的发展和生活的需要，这些彼此独立的 产品开始要求建立电的联系、实现信息的交产品开始要求建立电的联系、实现信息的交 换。把它们连成一个整体的方法只能是有线换。把它们连成一个整体的方法只能是有线 连接和无线连接两种。连接和无线连接两种。 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（2 2） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 多年来人们使用电缆线进行有线连接，多年来人们使用电缆线进行有线连接， 例如一台微机系统就是由主机、键盘、打印例如一台微机系统就是由主机、键盘、打印 机、显示器等通过总线连接而成。当接入微机、显示器等通过总线连接而成。当接入微 机系统的电子产品越多时，连接用的电缆信机系统的电子产品越多时，连接用的电缆信 号线越多。如果要让微机系统和另一些电子号线越多。如果要让微机系统和另一些电子 产品交换数据，使用的电缆线必然更多、更产品交换数据，使用的电缆线必然更多、更 乱。能否使用乱。能否使用“ “无线通信无线通信” ”的方式代替总线的的方式代替总线的“ “ 有线连接有线连接” ”呢？答复是肯定的。呢？答复是肯定的。“ “无线连接无线连接” ” 的最大优点的最大优点就是斩断了每个电子产品的通信就是斩断了每个电子产品的通信 电缆线尾巴；电缆线尾巴；最大问题最大问题是通信无线电信号不是通信无线电信号不 能像电缆线那样由发送源直达接收目的地，能像电缆线那样由发送源直达接收目的地， 而是会向四周散射，接收可靠性和泄密不安而是会向四周散射，接收可靠性和泄密不安 全性大为增加。全性大为增加。 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（3 3） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 n n 蓝牙技术是一种近距离的保证可靠接蓝牙技术是一种近距离的保证可靠接 收和信息安全的无线通信技术。收和信息安全的无线通信技术。 n n 长期以来，现代通信技术致力于远距长期以来，现代通信技术致力于远距 离的宽带通信网和全球漫游式的无线离的宽带通信网和全球漫游式的无线 通信，企图把全世界的每一个角落都通信，企图把全世界的每一个角落都 纳入到有线或无线的网络之中，但是纳入到有线或无线的网络之中，但是 近距离的数字通信却一直被忽略，直近距离的数字通信却一直被忽略，直 到上世纪末，才提到议事日程。蓝牙到上世纪末，才提到议事日程。蓝牙 技术所要解决的问题是在技术所要解决的问题是在10m10m范围内范围内 实现各种电子产品信息的无线传输，实现各种电子产品信息的无线传输， 消除它们之间纵横交错的连接电缆。消除它们之间纵横交错的连接电缆。 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（4 4） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 n n 蓝牙技术的技术要求：蓝牙技术的技术要求： l l 完好的替代功能完好的替代功能 l l 信息安全功能信息安全功能 l l 承载能力承载能力 l l 超低功率超低功率 l l 致密性高致密性高 l l 全球通用蓝牙网络功能全球通用蓝牙网络功能 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（5 5） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 蓝牙技术的实现有赖于硬件电路和软件蓝牙技术的实现有赖于硬件电路和软件 程序的双重支撑。硬件电路是一种程序的双重支撑。硬件电路是一种1cm1cm见方见方 的嵌入式微功率芯片，如此小的体积、功率的嵌入式微功率芯片，如此小的体积、功率 便于它嵌入到普通电子产品中；控制软件的便于它嵌入到普通电子产品中；控制软件的 职责是搜索并联系起其它也嵌入有蓝牙芯片职责是搜索并联系起其它也嵌入有蓝牙芯片 的电子产品，联系过程是一场信息交换的过的电子产品，联系过程是一场信息交换的过 程。信息交换通过发送、接收无线电波实现程。信息交换通过发送、接收无线电波实现 ，发送功率越大，传播的距离就越远。但它，发送功率越大，传播的距离就越远。但它 们并不成正比，通常们并不成正比，通常100mw100mw的发射功率可传的发射功率可传 输输100m100m。而。而1mw1mw的发射功率应传输的发射功率应传输10m10m左左 右，不能按比例减到只有右，不能按比例减到只有1m1m。传播距离与。传播距离与 一般家居面积相差无几。一般家居面积相差无几。 1.1 1.1 蓝牙技术简介（蓝牙技术简介（6 6） n n 1.1.1 1.1.1 什么是蓝牙技术什么是蓝牙技术 对蓝牙芯片的基本要求有：对蓝牙芯片的基本要求有： n n （1 1）在）在10m10m范围内实现一点对多点的通信；范围内实现一点对多点的通信； n n （2 2）蓝牙数据传输速率有效值应达到每条信）蓝牙数据传输速率有效值应达到每条信 道道721k721k位位/ /秒；秒； n n （3 3）使用频段）使用频段2.42.42.4835GHZ2.4835GHZ； n n （4 4）要求成本低廉，价格与所取代的电缆线）要求成本低廉，价格与所取代的电缆线 基本持平。基本持平。 n n 近期蓝牙的主要目标近期蓝牙的主要目标是取代各种电缆连接，通是取代各种电缆连接，通 过统一标准的无线链路网将数字设备连成一个过统一标准的无线链路网将数字设备连成一个 密不可分的整体，方便灵活、低成本、低功耗密不可分的整体，方便灵活、低成本、低功耗 ，像移动通信那样传输语音，像因特网那样传，像移动通信那样传输语音，像因特网那样传 输信息。输信息。长远蓝牙的主要目标长远蓝牙的主要目标是占领家用和商是占领家用和商 用的近距离数据传输市场。用的近距离数据传输市场。 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来（蓝牙名称的由来（1 1） n n 1 1蓝牙技术的命名蓝牙技术的命名 n n 19941994年，瑞典爱立信公司移动通年，瑞典爱立信公司移动通 信部在一项课题研究中，确定使信部在一项课题研究中，确定使 用无线电射频技术实现移动电话用无线电射频技术实现移动电话 与周围器件之间的低成本、低功与周围器件之间的低成本、低功 耗的无线互连，并将互连的技术耗的无线互连，并将互连的技术 规范命名为蓝牙（规范命名为蓝牙（BluetoothBluetooth）。）。 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来（蓝牙名称的由来（2 2） n n 2 2蓝牙名称的认同和蓝牙蓝牙名称的认同和蓝牙SIGSIG组织组织 19981998年年2 2月，由世界上最有名的月，由世界上最有名的5 5个个I TI T 产业公司（产业公司（爱立信、爱立信、IntelIntel、IBMIBM、东芝、诺、东芝、诺 基亚基亚）发起组建）发起组建“ “蓝牙特殊利益小组蓝牙特殊利益小组” ”（ Special Interest GroupSpecial Interest Group）SIGSIG，小组的任务，小组的任务 是制订蓝牙技术标准、如何测试蓝牙产品、是制订蓝牙技术标准、如何测试蓝牙产品、 协调各国蓝牙技术的使用频段。协调各国蓝牙技术的使用频段。SIGSIG于于19981998 年年5 5月正式成立，月正式成立，19991999年年1212月，又有月，又有4 4家公家公 司（司（3Com3Com、微软、摩托罗拉和朗讯）加入、微软、摩托罗拉和朗讯）加入 SIGSIG。通常把这。通常把这9 9个公司称为个公司称为SIGSIG的倡议者，的倡议者， 后来加入的其它成员被称为后来加入的其它成员被称为SIGSIG的响应者。的响应者。 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来（蓝牙名称的由来（3 3） n n 微软微软于于19991999年年1212月宣布全面支持蓝牙并参加月宣布全面支持蓝牙并参加SIGSIG。20002000 年年4 4月，参加月，参加SIGSIG的公司已达到的公司已达到17901790家，家，20012001年年6 6月激增到月激增到 24912491家。在各种通信或网络方面的国际组织中，家。在各种通信或网络方面的国际组织中，SIGSIG的成的成 员无疑是最多的。从行业来看范围也是最广的，其中有名员无疑是最多的。从行业来看范围也是最广的，其中有名 的成员有：的成员有： n n 通信行业：爱立信、诺基亚、西门子、通信行业：爱立信、诺基亚、西门子、AT&TAT&T、摩托罗拉、摩托罗拉、 日立、英国电讯、阿尔卡特等。日立、英国电讯、阿尔卡特等。 n n ICIC生产行业：生产行业：IntelIntel、PhilipsPhilips、松下、三星、松下、三星、AMDAMD、TITI等。等。 n n 计算机硬件行业：计算机硬件行业：IBMIBM、NECNEC、惠普、康柏、宏基、戴尔、惠普、康柏、宏基、戴尔 等。等。 n n 计算机软件行业：微软等。计算机软件行业：微软等。 n n 汽车行业：宝马、沃尔沃、福特、汽车行业：宝马、沃尔沃、福特、DelcoDelco等。等。 n n 家用电器及外围家用电器及外围I/OI/O设备等行业：东芝、卡西欧、爱普生、设备等行业：东芝、卡西欧、爱普生、 LGLG、夏普、索尼、夏普、索尼、TDKTDK、松下、三菱重工、三洋等。、松下、三菱重工、三洋等。 n n 网络产品行业：网络产品行业：3Com3Com、朗讯等。、朗讯等。 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来（蓝牙名称的由来（4 4） n n SIGSIG已经拥有已经拥有20002000多个成员，中文译名近来多个成员，中文译名近来 将其译为将其译为“ “蓝牙特殊利益集团蓝牙特殊利益集团” ”。 n n SIGSIG是一个适应市场需求的、是一个适应市场需求的、开放开放的国际标的国际标 准化组织，是由生产厂家自己发起的、以自准化组织，是由生产厂家自己发起的、以自 身利益为出发点的组织，它不是一个由各国身利益为出发点的组织，它不是一个由各国 政府决定的机构。只要是政府决定的机构。只要是SIGSIG成员，都有权成员，都有权 无偿使用新技术，无偿使用蓝牙专利而不交无偿使用新技术，无偿使用蓝牙专利而不交 任何费用。任何费用。 n n SIGSIG是一个是一个非营利非营利的科研、生产、营销厂商的科研、生产、营销厂商 组织，它的主要职责是制订蓝牙技术规范和组织，它的主要职责是制订蓝牙技术规范和 推广蓝牙技术。推广蓝牙技术。 1.1.2 1.1.2 蓝牙名称的由来（蓝牙名称的由来（5 5） n n SIGSIG由由 7 7 个委员会组成，它们是管制委员会个委员会组成，它们是管制委员会 、法律委员会、测试和互操作委员会、管理、法律委员会、测试和互操作委员会、管理 业务委员会、结构检查委员会、市场开发委业务委员会、结构检查委员会、市场开发委 员会和认证委员会。员会和认证委员会。 n n SIGSIG在成员之间交换信息使用在成员之间交换信息使用 3 3 种文档：一种文档：一 种是协议，用于规范从无线层到应用层的具种是协议，用于规范从无线层到应用层的具 体要求；一种是剖面，用于规范应用层中各体要求；一种是剖面，用于规范应用层中各 协议的使用；一种是测试，反映协议和剖面协议的使用；一种是测试，反映协议和剖面 的测试过程。的测试过程。 n n 蓝牙蓝牙SIGSIG每年召开每年召开 3 3 次蓝牙年会次蓝牙年会 (UnPlugFests)(UnPlugFests)，年会是，年会是SIGSIG为其成员利益举为其成员利益举 行的会议，主要讨论产品互操作性测试方面行的会议，主要讨论产品互操作性测试方面 的问题，为各种蓝牙产品提供测试机会。的问题，为各种蓝牙产品提供测试机会。 1.1.3 1.1.3 蓝牙技术特征蓝牙技术特征(1)(1) n n 19991999年年7 7月，蓝牙月，蓝牙SIGSIG推出蓝牙规范推出蓝牙规范 1.01.0版本，版本中提出了蓝牙技术的主版本，版本中提出了蓝牙技术的主 要技术指标和系统参数，如表要技术指标和系统参数，如表1-11-1所示所示 。系统参数主要以满足美国联邦通信。系统参数主要以满足美国联邦通信 委员会委员会FCCFCC的要求为基准制订的，如的要求为基准制订的，如 果用到其它一些国家，还需适当作一果用到其它一些国家，还需适当作一 些修改。该表所列各项技术特征是对些修改。该表所列各项技术特征是对 蓝牙系统的最低要求，少数个别指标蓝牙系统的最低要求，少数个别指标 没有作特别规定。从实际执行情况看没有作特别规定。从实际执行情况看 ，蓝牙产品的指标大多已经超过这些，蓝牙产品的指标大多已经超过这些 标准。标准。 1.1.3 1.1.3 蓝牙技术特征蓝牙技术特征(2)(2) 1.2 1.2 蓝牙技术协议蓝牙技术协议 n n 所谓所谓“ “协议协议” ”是游戏双方为使游戏顺利是游戏双方为使游戏顺利 进行而共同认可且遵守的一种规则，进行而共同认可且遵守的一种规则， 离开了游戏规则，游戏将无法进行。离开了游戏规则，游戏将无法进行。 蓝牙协议就是使用蓝牙技术的各方共蓝牙协议就是使用蓝牙技术的各方共 同约定的技术规范。主要蓝牙协议的同约定的技术规范。主要蓝牙协议的 集合，构成了蓝牙协议栈。在蓝牙协集合，构成了蓝牙协议栈。在蓝牙协 议栈内，各种协议并不是杂乱无章地议栈内，各种协议并不是杂乱无章地 堆放在一起，而是有层次地按序排列堆放在一起，而是有层次地按序排列 ，形成了蓝牙独有的协议体系结构。，形成了蓝牙独有的协议体系结构。 1.2.1 1.2.1 蓝牙技术协议的体系结构蓝牙技术协议的体系结构 n n 蓝牙协议体系由蓝牙协议体系由3 3层组成，分别是层组成，分别是底层底层、中中 间层间层和和应用层应用层，如图，如图1-11-1所示。底层有一些所示。底层有一些 硬件模块：射频硬件模块：射频RFRF、基带层、基带层BBBB和链路管理和链路管理 层层LMLM。中间层由软件模块构成，包括逻辑。中间层由软件模块构成，包括逻辑 链路控制和适配协议链路控制和适配协议L2CAPL2CAP、服务发现协议、服务发现协议 SDPSDP、串口仿真协议、串口仿真协议RFCOMMRFCOMM和电话通信和电话通信 协议协议TCSTCS。应用层位于最高端，对应各种应。应用层位于最高端，对应各种应 用模型的剖面，目前定义了用模型的剖面，目前定义了1313种剖面。种剖面。 1 1底层底层(1)(1) n n 底层又称底层又称底层硬件模块底层硬件模块，其中，其中射频射频RFRF（ Radio and AntennaRadio and Antenna）的功能是完成数据位）的功能是完成数据位 流的过滤和传输。由数据位形成的数据位流流的过滤和传输。由数据位形成的数据位流 在一位一位地通过在一位一位地通过RFRF时，要求时，要求RFRF满足满足ISMISM 频段传输频段传输2.4GHz2.4GHz微波的一系列要求。在蓝微波的一系列要求。在蓝 牙技术的工作频段内，要求蓝牙设备提供牙技术的工作频段内，要求蓝牙设备提供 720Kbit/s720Kbit/s的数据交换速率。射频的数据交换速率。射频RFRF的功率的功率 定义有定义有100mW100mW、2.5mW2.5mW和和1mW1mW三种，不同三种，不同 的功率有不同的传输距离指标。的功率有不同的传输距离指标。 n n 基带层基带层BBBB（Base BandBase Band）的功能是实现蓝）的功能是实现蓝 牙数据传输或信息帧的传输。传输业务分为牙数据传输或信息帧的传输。传输业务分为 电路交换和分组交换两种不同类型。电路交换和分组交换两种不同类型。 1 1底层底层(2)(2) n n 链路管理协议链路管理协议LMPLMP（Link Manager ProtocolLink Manager Protocol）用于规）用于规 定如何建立和拆除连接，以及链路的控制和安全。蓝定如何建立和拆除连接，以及链路的控制和安全。蓝 牙技术定义了两种不同的链路类型：面向连接的牙技术定义了两种不同的链路类型：面向连接的同同 步链路步链路SCOSCO和面向无连接的和面向无连接的异步链路异步链路ACLACL，每，每 种链路容许种链路容许1616种不同的分组，其中有种不同的分组，其中有4 4组是控制分组组是控制分组 。 n n 同步链路同步链路SCOSCO的发送特征有两个：一个是链路建立的发送特征有两个：一个是链路建立 之前，必须先建立异步链路之前，必须先建立异步链路ACLACL传送控制信息；另一传送控制信息；另一 个是链路一旦建立，主从节点无需查询便可直接发送个是链路一旦建立，主从节点无需查询便可直接发送 SCOSCO数据组，发送时间是在保留的时隙内，这就要数据组，发送时间是在保留的时隙内，这就要 求求SCOSCO数据包结构对称，同时包括数据包结构对称，同时包括1 1个、个、2 2个或个或3 3个时个时 隙。隙。SCOSCO数据包既可以用于传送话音，又可以用于数据包既可以用于传送话音，又可以用于 传送数据，只不过限于重发被损坏的数据。传送数据，只不过限于重发被损坏的数据。ACLACL数据数据 包无论是发送还是接收，都应当有奇数个时隙，便于包无论是发送还是接收，都应当有奇数个时隙，便于 整个帧的时隙成为偶数。整个帧的时隙成为偶数。 1 1底层底层(3)(3) n n ACLACL链路的带宽由蓝牙网的主节点控制，蓝牙网是一链路的带宽由蓝牙网的主节点控制，蓝牙网是一 种种微微网（微微网（piconetpiconet）。最多限于。最多限于256256个蓝牙设备个蓝牙设备 连接而成，处于工作状态的只有连接而成，处于工作状态的只有 1 1 个主节点和个主节点和 7 7 个从个从 节点，网上其它多余节点均处于节点，网上其它多余节点均处于空闲空闲状态。从节点状态。从节点 在发送数据前，必须接受查询，只有被主节点选中才在发送数据前，必须接受查询，只有被主节点选中才 允许发送，每个从节点占用的带宽也由主节点决定。允许发送，每个从节点占用的带宽也由主节点决定。 主节点的另一功能是决定了微微网中连接的对称性。主节点的另一功能是决定了微微网中连接的对称性。 n n 由多个相互重叠的微微网组成的网络称为由多个相互重叠的微微网组成的网络称为散射网（散射网（ ScatternetScatternet），散射网中的各微微网之间允许重叠，散射网中的各微微网之间允许重叠 、允许交叉、允许共享从设备。网络中的底层硬件模、允许交叉、允许共享从设备。网络中的底层硬件模 块构成了蓝牙技术的核心内容，是任何一个蓝牙设备块构成了蓝牙技术的核心内容，是任何一个蓝牙设备 必须具备的部分。在使用这些硬件模块时，为方便起必须具备的部分。在使用这些硬件模块时，为方便起 见，蓝牙技术规定了连接时的节能状态、纠错方式、见，蓝牙技术规定了连接时的节能状态、纠错方式、 系统的移动性和安全性。系统的移动性和安全性。 1 1底层底层(4)(4) n n 连接时的节能状态有连接时的节能状态有3 3种，分别是种，分别是等待（等待（ParkPark） 、保持（保持（HoldHold）和和呼吸（呼吸（SniffSniff）状态）状态，目的是，目的是 为了保证较低功率场合中蓝牙设备也能实现连接为了保证较低功率场合中蓝牙设备也能实现连接 。从节能效果看，。从节能效果看，ParkPark最好，最好，HoldHold其次，其次，SniffSniff 最低。最低。 n n 蓝牙技术采用了蓝牙技术采用了 3 3 种纠错方式，分别是种纠错方式，分别是1/31/3前向前向 纠错纠错FECFEC、2/32/3前向纠错前向纠错FECFEC以及以及自动重发自动重发 ARQARQ。不同的链路有不同的链路管理，。不同的链路有不同的链路管理，SCOSCO链链 路选用路选用1/31/3前向纠错；前向纠错；ACLACL选用选用2/32/3前向纠错；在前向纠错；在 无编号发送中选用自动重发方式，这时接收端要无编号发送中选用自动重发方式，这时接收端要 么向发送端发送一个确认正确收到数据的信息，么向发送端发送一个确认正确收到数据的信息， 要么发送一个没有收到的错误消息，如果是后者要么发送一个没有收到的错误消息，如果是后者 ，发送端将自动重发。对比起，发送端将自动重发。对比起“ “自动重发自动重发” ”，“ “前向前向 纠错纠错” ”能减少重发的可能，特别适合于信道中噪能减少重发的可能，特别适合于信道中噪 声较大的场合。选用哪种纠错方法可以在软件中声较大的场合。选用哪种纠错方法可以在软件中 定义。定义。 1 1底层底层(5)(5) n n 蓝牙安全问题是由于蓝牙技术的蓝牙安全问题是由于蓝牙技术的移动性移动性和和开放开放 性性引来的，尽管蓝牙跳频技术本身有一定的安引来的，尽管蓝牙跳频技术本身有一定的安 全系数，但链路层和应用层的安全管理依旧十分全系数，但链路层和应用层的安全管理依旧十分 重要。链路层中的安全措施是为每一个用户提供重要。链路层中的安全措施是为每一个用户提供 一个一个个人标识码个人标识码PINPIN，蓝牙系统将其翻译成，蓝牙系统将其翻译成128128 位的链路密钥（位的链路密钥（Link KeyLink Key）并进行单双向认证，）并进行单双向认证， 蓝牙安全机制提供了大量的认证方案。认证完毕蓝牙安全机制提供了大量的认证方案。认证完毕 后，链路使用不同长度的密码将其加密，加密方后，链路使用不同长度的密码将其加密，加密方 案机动灵活到允许协商密码的长度，不同的国家案机动灵活到允许协商密码的长度，不同的国家 规定有不同的密码长度，例如美国的密码长度允规定有不同的密码长度，例如美国的密码长度允 许许128128位，西班牙的密码长度仅位，西班牙的密码长度仅4848位。如果美国位。如果美国 和西班牙的蓝牙设备互相通信，链路自行选择长和西班牙的蓝牙设备互相通信，链路自行选择长 度度4848位来加密。蓝牙系统有能力为连入微微网位来加密。蓝牙系统有能力为连入微微网 中各蓝牙设备选择较小的最大容许加密长度。中各蓝牙设备选择较小的最大容许加密长度。 2 2中间层中间层 (1)(1) n n 中间层又称中间层又称中间协议层软件模块中间协议层软件模块 n n 逻辑链路控制和适配协议逻辑链路控制和适配协议L2CAPL2CAP（Logical Logical Link Control and Adaptation ProtocolLink Control and Adaptation Protocol）具有拆装数）具有拆装数 据、控制服务质量和协议复用等功能，为中间层其它据、控制服务质量和协议复用等功能，为中间层其它 协议提供实施基础，向上层提供面向连接或无连接的协议提供实施基础，向上层提供面向连接或无连接的 数据服务，允许上层协议和应用层发送或接收多达数据服务，允许上层协议和应用层发送或接收多达 64KB64KB的数据分组，并且能完成分组的分割或提取、的数据分组，并且能完成分组的分割或提取、 重新组装等。重新组装等。 n n 服务发现协议服务发现协议SDPSDP（Service Discovery ProtocolService Discovery Protocol ）的作用是为上层应用层给出一种机制，该机制能发）的作用是为上层应用层给出一种机制，该机制能发 现网络中的可用协议，并解释这些可用协议的特征。现网络中的可用协议，并解释这些可用协议的特征。 SDPSDP突出了蓝牙环境，使得只要使用基于客户突出了蓝牙环境，使得只要使用基于客户/ /服务服务 器机制，就能按照蓝牙服务类型和属性定义发现服务器机制，就能按照蓝牙服务类型和属性定义发现服务 的方式。的方式。 2 2中间层中间层 (2)(2) n n 电话通信协议电话通信协议TCSTCS（Telephone Control Telephone Control ProtocolProtocol）用作提供蓝牙设备间话音和数据）用作提供蓝牙设备间话音和数据 的呼叫控制指令，它是一个面向比特、基于的呼叫控制指令，它是一个面向比特、基于 ITUITUT T控制规范的协议，对话音的支持是蓝控制规范的协议，对话音的支持是蓝 牙技术与牙技术与WLANWLAN的重要区别。的重要区别。 n n 串口仿真协议串口仿真协议RFCOMMRFCOMM用于射频通信，它用于射频通信，它 能依据能依据ETSI0710ETSI0710串口仿真协议，在串口仿真协议，在L2CAPL2CAP 上仿真上仿真RSRS232 9232 9针串口电缆接口，蓝牙设针串口电缆接口，蓝牙设 备能在无线传输中通过备能在无线传输中通过RFCOMMRFCOMM实现对实现对 TCP/IPTCP/IP、PPPPPP、WAPWAP等高层协议的支持；等高层协议的支持； 通过支持通过支持ATAT命令集实现移动通信设备、传命令集实现移动通信设备、传 真机和调制解调器之间的无线连接。真机和调制解调器之间的无线连接。 3 3应用层应用层(1)(1) n n 蓝牙应用层由蓝牙应用层由SIGSIG定义了一些基本应用模型，每一种定义了一些基本应用模型，每一种 应用模型都对应一个应用模型都对应一个“ “剖面剖面” ”，规范了相应模型的功能，规范了相应模型的功能 和使用协议。常见的一些应用模型有和使用协议。常见的一些应用模型有文件传输、数据文件传输、数据 同步、局域网接入、拨号网络、头戴式耳机、对讲机同步、局域网接入、拨号网络、头戴式耳机、对讲机 、无绳电话、无绳电话等等。等等。 n n 文件传输文件传输是指蓝牙设备之间传送各种数据信息文件是指蓝牙设备之间传送各种数据信息文件 ，包括，包括ExcelExcel文件、文件、PowerPointPowerPoint文件、声音文件、图文件、声音文件、图 像文件、像文件、WordWord文档等等，传送时整个文件夹、目录文档等等，传送时整个文件夹、目录 或流媒体格式都允许，用户既可以浏览其它蓝牙设备或流媒体格式都允许，用户既可以浏览其它蓝牙设备 上的文件夹，也可以新建或删除文件夹。传输文件的上的文件夹，也可以新建或删除文件夹。传输文件的 设备显然要求是蓝牙设备，如计算机、智能电话或设备显然要求是蓝牙设备，如计算机、智能电话或 PDAPDA，不论哪一种，从传输角度看，可以归结成客户，不论哪一种，从传输角度看，可以归结成客户 / /服务器。客户能从服务器下载，也能向服务器发送服务器。客户能从服务器下载，也能向服务器发送 文件。服务器是一种使用文件。服务器是一种使用OBEXOBEX文件夹列表格式的远文件夹列表格式的远 端蓝牙设备，要求其支持目标交换服务、支持文件夹端蓝牙设备，要求其支持目标交换服务、支持文件夹 浏览功能，还要求其是否允许客户修改、创建文件夹浏览功能，还要求其是否允许客户修改、创建文件夹 或文件。或文件。 3 3应用层应用层(2)(2) n n 数据同步数据同步在两个通信设备进行通信时必不可少。在两个通信设备进行通信时必不可少。 蓝牙设备数据同步的一个鲜明特征，就是接收设备既蓝牙设备数据同步的一个鲜明特征，就是接收设备既 可以处于通电工作状态，还可以处于休眠状态，甚至可以处于通电工作状态，还可以处于休眠状态，甚至 还可以处于未开机状态。需要传送的数据信息通常包还可以处于未开机状态。需要传送的数据信息通常包 括电话本、消息、日历、备忘录等，传送的协议或格括电话本、消息、日历、备忘录等，传送的协议或格 式由收发双方共同确认。数据同步模型需要式由收发双方共同确认。数据同步模型需要IrMCIrMC客客 户和户和IrMCIrMC服务器的支撑，在服务器的支撑，在IrMCIrMC客户端有一个同步客户端有一个同步 机，功能是向机，功能是向IrMCIrMC服务器上传或下载服务器上传或下载PIMPIM数据，提供数据，提供 接收同步初始化命令，此外也可以暂时充作服务器使接收同步初始化命令，此外也可以暂时充作服务器使 用；用；IrMCIrMC服务器提供目标交换服务，如果提供同步服务器提供目标交换服务，如果提供同步 初始化信息，也暂时充当客户使用。常见的初始化信息，也暂时充当客户使用。常见的IrMCIrMC客客 户有个人计算机或笔记本电脑，户有个人计算机或笔记本电脑，IrMCIrMC服务器有移动服务器有移动 电话。电话。 3 3应用层应用层(3)(3) n n 局域网接入局域网接入模型允许多个数据终端采取无线接入方模型允许多个数据终端采取无线接入方 式从同一个接入点进入局域网，一旦连接成功，数据式从同一个接入点进入局域网，一旦连接成功，数据 终端便能享受局域网提供的一切服务，两个不同类型终端便能享受局域网提供的一切服务，两个不同类型 的蓝牙设备便能直接对话。蓝牙设备要想访问局域网的蓝牙设备便能直接对话。蓝牙设备要想访问局域网 ，需遵从蓝牙标准，需遵从蓝牙标准V1.0V1.0中定义的中定义的PPPPPP协议，在连接时协议，在连接时 也要采用相同的也要采用相同的PPPPPP结构。结构。PPPPPP是由是由IETFIETF制定的能制定的能 够解决接入网络时授权、加密、数据压缩等操作的协够解决接入网络时授权、加密、数据压缩等操作的协 议。议。“ “局域网接入局域网接入” ”离不开接入点离不开接入点LAPLAP和数据终端。和数据终端。 LAPLAP起起PPPPPP服务器的作用，提供的接入服务包括家庭服务器的作用，提供的接入服务包括家庭 网络、网络、USBUSB、Cable Modem Cable Modem 、FirewireFirewire、以太网以及、以太网以及 光纤令牌网等。数据终端起光纤令牌网等。数据终端起PPPPPP客户的作用，它与一客户的作用，它与一 个个LAPLAP建立起建立起PPPPPP连接，构成局域网接入，接入后，连接，构成局域网接入，接入后， 数据终端就能享受数据终端就能享受LAPLAP提供的服务。笔记本电脑、提供的服务。笔记本电脑、 PDAPDA、个人计算机是常见的数据终端。、个人计算机是常见的数据终端。 3 3应用层应用层(4)(4) n n 拨号网络拨号网络是一种不同于上述模型的服务器，是一种不同于上述模型的服务器， 在这种模型中，通常使用蓝牙移动电话、蓝在这种模型中，通常使用蓝牙移动电话、蓝 牙牙ModemModem构成构成“ “因特网网桥因特网网桥” ”，例如，例如PCPC机访机访 问拨号网络时就可以利用移动电话作为无线问拨号网络时就可以利用移动电话作为无线 ModemModem使用，或者用使用，或者用PCPC机接收数据。在这机接收数据。在这 种应用中，移动终端设备或种应用中，移动终端设备或ModemModem就是接就是接 入到公共网络的网关，入到公共网络的网关，PCPC机或笔记本电脑机或笔记本电脑 就成为终端，享受网关提供的服务。在网关就成为终端，享受网关提供的服务。在网关 提供服务和终端享受服务之前，必须进行初提供服务和终端享受服务之前，必须进行初 始化，包括始化，包括PINPIN码转换、链路密钥码转换、链路密钥Link KeyLink Key 创建、实施完创建、实施完“ “服务发现服务发现” ”等，在发出呼叫或等，在发出呼叫或 接收呼叫前建立起物理链路。网关和数据终接收呼叫前建立起物理链路。网关和数据终 端间通过虚拟串口实现通信。端间通过虚拟串口实现通信。 3 3应用层应用层(5)(5) n n 头戴式耳机头戴式耳机在蓝牙技术中作移动通信在蓝牙技术中作移动通信 终端和终端和PCPC机的语音输入、输出接口用机的语音输入、输出接口用 ，它能够让用户摆脱通话电缆的约束，它能够让用户摆脱通话电缆的约束 。为了不用手动就能让用户摘机、挂。为了不用手动就能让用户摘机、挂 机，头戴式耳机必须能发送机，头戴式耳机必须能发送ATAT命令且命令且 能接收相应的编码信号。能接收相应的编码信号。 n n 对讲机对讲机是一种同时具有发送和接收功是一种同时具有发送和接收功 能的蓝牙设备，为了使两个蓝牙设备能的蓝牙设备，为了使两个蓝牙设备 近距离建立直接语音通路，使直接对近距离建立直接语音通路，使直接对 讲成为可能，链路必须首先建立并使讲成为可能，链路必须首先建立并使 用基于电话的信令，语音调试方式可用基于电话的信令，语音调试方式可 选用选用PCMPCM调试或调试或CVSDCVSD调试。调试。 3 3应用层应用层(6)(6) n n 无绳电话无绳电话意味着室内近距离无线通信成为现意味着室内近距离无线通信成为现 实，内置蓝牙芯片的无绳电话通过基站接入实，内置蓝牙芯片的无绳电话通过基站接入 PSTNPSTN进行语音传输，从而有效地降低了通进行语音传输，从而有效地降低了通 话成本。无绳电话模型依旧定义有网关和终话成本。无绳电话模型依旧定义有网关和终 端，网关是外部网络的终点，收纳所有进入端，网关是外部网络的终点，收纳所有进入 网络的通信信息，它能起到外部网络呼叫、网络的通信信息，它能起到外部网络呼叫、 建立请求中心的任务，进入或来自外部网络建立请求中心的任务，进入或来自外部网络 的呼叫都由网关处理。有的网关能同时支持的呼叫都由网关处理。有的网关能同时支持 多个活动终端；有的网关只能支持一个活动多个活动终端；有的网关只能支持一个活动 终端。从蓝牙设备种类看，能成为网关的只终端。从蓝牙设备种类看，能成为网关的只 能是卫星基站、能是卫星基站、GSMGSM基站、基站、H . 323H . 323基站、基站、 PSTNPSTN或或ISDNISDN家庭基站；作终端的只能是无家庭基站；作终端的只能是无 绳电话、双模蜂窝电话或绳电话、双模蜂窝电话或PCPC等。等。 1.2.2 1.2.2 蓝牙核心协议蓝牙核心协议(1)(1) n n 蓝牙协议按其实施的功能可以划分成蓝牙协议按其实施的功能可以划分成4 4类：类： n n 蓝牙核心协议蓝牙核心协议，有基带，有基带BBBB、链接管理、链接管理LMPLMP 、链接控制和适配、链接控制和适配L2CAPL2CAP、服务发现、服务发现SDPSDP协协 议；议； n n 蓝牙电缆替代协议蓝牙电缆替代协议，有串口仿真，有串口仿真RFCOMMRFCOMM 协议；协议； n n 蓝牙电话控制协议蓝牙电话控制协议，有电话通信，有电话通信TCSTCS协议、协议、 ATAT命令集；命令集； n n 蓝牙选用协议蓝牙选用协议，有，有PPPPPP、UDD/TCP/IPUDD/TCP/IP、 WAPWAP、OBEXOBEX、WAEWAE、VCardVCard、VCalVCal、 IrMCIrMC等。等。 n n 在以上在以上4 4类协议中，最主要最基本的是蓝牙类协议中，最主要最基本的是蓝牙 核心协议，蓝牙设备基本上都需要核心协议核心协议，蓝牙设备基本上都需要核心协议 （此外，还需要无线规范），其它协议按蓝（此外，还需要无线规范），其它协议按蓝 牙设备的需要而选定。牙设备的需要而选定。 1.2.2 1.2.2 蓝牙核心协议蓝牙核心协议(2)(2) n n 基带协议基带协议Base BandBase Band是为微微网内各蓝牙单元用射是为微微网内各蓝牙单元用射 频构成物理链接而设立的。频构成物理链接而设立的。 n n 链路管理协议链路管理协议LMPLMP用于链路的设置与控制，它能够建用于链路的设置与控制，它能够建 立或清除蓝牙单元之间的连接、功率控制、认证和加立或清除蓝牙单元之间的连接、功率控制、认证和加 密。密。 n n 链路控制和适配协议链路控制和适配协议L2CAPL2CAP和和LMPLMP都位于都位于ISO/OSIISO/OSI七七 层协议的第二层链路层，它们的工作是并行的，致使层协议的第二层链路层，它们的工作是并行的，致使 基带数据业务可以越过基带数据业务可以越过LMPLMP直接通过直接通过L2CAPL2CAP把数据把数据 传送到高层。传送到高层。L2CAPL2CAP允许高层按允许高层按64KB64KB长度分组或传长度分组或传 送。虽然基带协议提供有面向连接和无连接两种物理送。虽然基带协议提供有面向连接和无连接两种物理 连接方式，但连接方式，但L2CAPL2CAP只支持无连接这一种。只支持无连接这一种。 n n 服务发现协议服务发现协议SDPSDP的功能是：用户只有通过它才能获的功能是：用户只有通过它才能获 得设备信息、服务信息和服务特征，蓝牙单元之间有得设备信息、服务信息和服务特征，蓝牙单元之间有 不同的不同的SDPSDP连接，才能适应各种不同用户的需求。连接，才能适应各种不同用户的需求。 1.2.3 1.2.3 蓝牙协议栈蓝牙协议栈 (1)(1) n n 蓝牙协议体系中的底层、中间层、应用层三蓝牙协议体系中的底层、中间层、应用层三 层叠放形成了蓝牙协议栈，如图层叠放形成了蓝牙协议栈，如图1-21-2所示。所示。 1.2.3 1.2.3 蓝牙协议栈蓝牙协议栈(2)(2) n n 进入进入2121世纪后，蓝牙世纪后，蓝牙SIGSIG在蓝牙规范在蓝牙规范 1.01.0版版 本基础上又陆续推出了新的版本。版本规范本基础上又陆续推出了新的版本。版本规范 了蓝牙协议栈使用分层结构实现数据流的过了蓝牙协议栈使用分层结构实现数据流的过 滤与传输。各协议按其用途可以分为滤与传输。各协议按其用途可以分为专用协专用协 议议和和非专用协议非专用协议，前者如，前者如L2CAPL2CAP和和LMPLMP； 后者如后者如对象交换协议对象交换协议OBEXOBEX和和用户数据报协用户数据报协 议议UDPUDP。在众多的蓝牙协议中，使用协议栈。在众多的蓝牙协议中，使用协议栈 有利于理清各协议之间彼此的关系，让高层有利于理清各协议之间彼此的关系，让高层 协议尽可能发挥它们自身的功用。考虑到高协议尽可能发挥它们自身的功用。考虑到高 层协议都应当以物理层和数据链接层作为基层协议都应当以物理层和数据链接层作为基 础，蓝牙技术使用开放性的规范版本能让础，蓝牙技术使用开放性的规范版本能让 SIGSIG各成员自由自在地选用专用协议或者习各成员自由自在地选用专用协议或者习 惯性地使用非专用协议。惯性地使用非专用协议。 1.3 1.3 蓝牙技术应用蓝牙技术应用 n n 1.3.1 1.3.1 蓝牙产品蓝牙产品 n n 内置蓝牙芯片且遵守蓝牙技术协议的产品称内置蓝牙芯片且遵守蓝牙技术协议的产品称 为蓝牙产品。为蓝牙产品。 n n 20012001年年8 8月月9 9日，在日，在20012001年年2 2月由月由SIGSIG新推出新推出 蓝牙规范蓝牙规范1.11.1版本后版本后6 6个月左右，瑞典爱立信个月左右，瑞典爱立信 公司在中国的台湾推出公司在中国的台湾推出世界上第一台内置蓝世界上第一台内置蓝 牙芯片的手机牙芯片的手机，型号，型号T39m/mc T39m/mc n n 近几年来，蓝牙产品通过近几年来，蓝牙产品通过SIGSIG认证的已超过认证的已超过 400400种，这些产品大体有两种类型，一类是种，这些产品大体有两种类型，一类是 已有的家用电器产品上增加蓝牙功能已有的家用电器产品上增加蓝牙功能，如手，如手 机、耳机、笔记本电脑、照相机、摄像机等机、耳机、笔记本电脑、照相机、摄像机等 。另一类是。另一类是以蓝牙功能为主的新产品以蓝牙功能为主的新产品，如无，如无 线移动硬盘、无线电子钱包、蓝牙笔、蓝牙线移动硬盘、无线电子钱包、蓝牙笔、蓝牙 手表、蓝牙虚拟键盘、蓝牙电子书、蓝牙股手表、蓝牙虚拟键盘、蓝牙电子书、蓝牙股 票机等。票机等。 1 1蓝牙手机蓝牙手机(1)(1) n n 蓝牙手机的发展经历三个阶段：第一蓝牙手机的发展经历三个阶段：第一 阶段以爱立信公司的阶段以爱立信公司的T36T36型手机为代型手机为代 表；第二阶段以爱立信公司的表；第二阶段以爱立信公司的T39T39型型 手机为代表；第三阶段的代表是众多手机为代表；第三阶段的代表是众多 移动电话商所研制和生产的功能各异移动电话商所研制和生产的功能各异 的手机。的手机。 n n T36T36手机是爱立信公司于手机是爱立信公司于20002000年在新年在新 加坡举行的亚太通信技术展览会上推加坡举行的亚太通信技术展览会上推 出的世界上第一台外挂蓝牙模块手机出的世界上第一台外挂蓝牙模块手机 ，能够无线连接其他蓝牙设备，与该，能够无线连接其他蓝牙设备，与该 公司其他蓝牙设备一起使用。公司其他蓝牙设备一起使用。 1 1蓝牙手机蓝牙手机(2)(2) n n T39T39手机的突出优点是第一款手机的突出优点是第一款将蓝牙将蓝牙 芯片集成在内部芯片集成在内部的手机。的手机。 n n 它的一些它的一些主要功能主要功能有：有： l l 无线接入功能无线接入功能 l l 漫游功能漫游功能 l l 传输功能传输功能 l l 浏览功能浏览功能 l l 高速交换功能高速交换功能 l l 友好的人机接口功能友好的人机接口功能 l l 远程通讯功能远程通讯功能 1 1蓝牙手机蓝