蓝牙技术原理及应用

1、蓝牙技术原理及应用 主讲：周洋主讲：周洋 PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT背景图片： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： 制作制作: 汪翔汪翔 吴智星吴智星 蓝牙，是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无 线电技术，经过近几年的发展，我们对它已不再陌生，它 也是目前数码产品中不可或缺的模块。蓝牙技术的出现让 我们在连接各种设备的时候不再被繁多的数据线所束缚， 比如音响、电脑、鼠标、键盘，甚至是汽车。这技术是在 两个设备间进行无线短距

2、离通信的最 简单、最便捷的方 法，也能够简化设备与因特网Internet之间的通信，从而 数据传输变得更加迅速高效。 前言 蓝牙的技术介绍蓝牙的技术介绍 蓝牙的技术原理蓝牙的技术原理 蓝牙的主要特点蓝牙的主要特点 蓝牙的应用蓝牙的应用 1 2 3 4 蓝牙技术介绍 蓝牙已经经过蓝牙已经经过8个版本的更新，分别为个版本的更新，分别为1.1、1.2、 2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2。 蓝牙蓝牙1.1标准标准 1.1 为最早期版本，传输率约在为最早期版本，传输率约在748810kb/s， 因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影 响通讯

3、质量。响通讯质量。 蓝牙蓝牙1.2标准标准 1.2 同样是只有同样是只有 748810kb/s 的传输率，但在的传输率，但在 加上了加上了(改善改善 Software)抗干扰跳频功能。抗干扰跳频功能。 蓝牙技术介绍 蓝牙蓝牙2.0标准标准 2.0 是是 1.2 的改良提升版，传输率约在的改良提升版，传输率约在 1.8M/s2.1M/s，开始支持双工模式，开始支持双工模式即一面作语即一面作语 音通讯，同时亦可以传输档案音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，高质素图片，2.0 版版 本当然也支持本当然也支持 Stereo 运作。运作。Bluetooth 2.0+EDR标标 准在技术上作了大量的改

4、进，但从准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来标准延续下来 的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。 蓝牙蓝牙2.1标准标准 2007年年8月月2日，蓝牙技术联盟今天正式批准了日，蓝牙技术联盟今天正式批准了 蓝牙蓝牙2.1版规范，即版规范，即“蓝牙蓝牙2.1+EDR”，可供未来的，可供未来的 设备自由使用。和设备自由使用。和2.0版本同时代产品，目前仍然占版本同时代产品，目前仍然占 据蓝牙市场较大份额，相对据蓝牙市场较大份额，相对2.0版本主要是提高了待版本主要是提高了待 机时间机时间2倍以上，技术标准没有根本性变化。倍以上，技术标准没

5、有根本性变化。 蓝牙技术介绍 蓝牙蓝牙3.0标准标准 2009年年4月月21日，蓝牙技术联盟日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范正式颁布了新一代标准规范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(蓝牙核心蓝牙核心 规范规范3.0版版 )，蓝牙，蓝牙3.0的核心是的核心是Generic Alternate MAC/PHY(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，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，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射 频。频。 蓝牙蓝牙3.0的数

6、据传输率提高到了大约的数据传输率提高到了大约24Mbps(即即 可在需要的时候调用可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数用于实现高速数 据传输据传输)。在传输速度上，蓝牙。在传输速度上，蓝牙3.0是蓝牙是蓝牙2.0的八倍的八倍 ，可以轻松用于录像机至高清电视、，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至至PMP、 UMPC至打印机之间的至打印机之间的 资料传输，但是需要双方都资料传输，但是需要双方都 达到此标准才能实现功能。达到此标准才能实现功能。 蓝牙技术介绍 蓝牙蓝牙4.0标准标准 蓝牙蓝牙4.0规范于规范于2010年年7月月7日正式发布，新版日正式发布，新版 本的最大意义在于

7、低功耗，同时加强不同本的最大意义在于低功耗，同时加强不同OEM厂商厂商 之间的设备兼容性，并且降低延迟，理论最高之间的设备兼容性，并且降低延迟，理论最高 传输传输 速度依然为速度依然为24Mbps(即即3MB/s)，有效覆盖范围扩大，有效覆盖范围扩大 到到100米米(之前的版本为之前的版本为10米米)。该标准芯片被大量的。该标准芯片被大量的 手机、平板所采用，如苹果手机、平板所采用，如苹果The New iPad平板电脑平板电脑 ，以及苹果，以及苹果iPhone 5、魅族、魅族MX4、HTC One X等手等手 机上带有蓝牙机上带有蓝牙4.0功能。功能。 蓝牙技术介绍 蓝牙蓝牙4.1标准标准

8、蓝牙蓝牙4.1于于2013年年12月月6日发布，与日发布，与LTE无线电无线电 信号之间如果同时传输数据，那么蓝牙信号之间如果同时传输数据，那么蓝牙4.1可以自动可以自动 协调两者的传输信息，理论上可以减少协调两者的传输信息，理论上可以减少 其它信号对其它信号对 蓝牙蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智 能化，比如减少了设备之间重新连接的时间，意味能化，比如减少了设备之间重新连接的时间，意味 着用户如果走出了蓝牙着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断的信号范围并且断 开连接开连接 的时间不算很长，当用户再次回到信号范围中之后的时间不算很长，

9、当用户再次回到信号范围中之后 设备将自动连接，反应时间要比蓝牙设备将自动连接，反应时间要比蓝牙4.0更短。最后更短。最后 一个改进之处是提高传输效率，如果用户连接的设一个改进之处是提高传输效率，如果用户连接的设 备备 非常多，比如连接了多部可穿戴设备，彼此之间非常多，比如连接了多部可穿戴设备，彼此之间 的信息都能即时发送到接接收设备上。的信息都能即时发送到接接收设备上。 蓝牙技术介绍 蓝牙蓝牙4.2标准标准 2014年年12月月4日，最新的蓝牙日，最新的蓝牙4.2标准颁布，改标准颁布，改 善了数据传输速度和隐私保护程度，并接入了该设善了数据传输速度和隐私保护程度，并接入了该设 备将可直接通过备

10、将可直接通过IPv6和和6LoWPAN接入互联网。在接入互联网。在 新的标准下蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必新的标准下蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必 须经过用户许可，否则蓝牙信号将无法连接和追踪须经过用户许可，否则蓝牙信号将无法连接和追踪 用户设备。用户设备。 速度方面变得更加快速，两部蓝牙设备之间的速度方面变得更加快速，两部蓝牙设备之间的 数据传输速度提高了数据传输速度提高了2.5倍，因为蓝牙智能倍，因为蓝牙智能 (Bluetooth Smart)数据包的容量提高，其可容纳的数据包的容量提高，其可容纳的 数据量相当于此前的数据量相当于此前的10倍左右。倍左右。 蓝牙技术介绍 蓝牙是一

11、个蓝牙是一个开放性的无线通信标准开放性的无线通信标准，设计者的初，设计者的初 衷是用隐形的连接线代替线缆。其目标和宗旨是：衷是用隐形的连接线代替线缆。其目标和宗旨是： 保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们 的生活方式。它将取代目前多种电缆连接方案，通的生活方式。它将取代目前多种电缆连接方案，通 过统一的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿过统一的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿 过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成 本小功耗的话音和数据通信。本小功耗的话音和数据通信。 它推动和扩大了无线

12、它推动和扩大了无线 通信的应用范围，使网络中的各种数据和语音设备通信的应用范围，使网络中的各种数据和语音设备 能互连互通，从而实现个人区域内的快速灵活的数能互连互通，从而实现个人区域内的快速灵活的数 据和语音通信。据和语音通信。“蓝牙蓝牙”技术的目的是使特定的移技术的目的是使特定的移 动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主 机之间在近距离内实现无缝的资源共享。机之间在近距离内实现无缝的资源共享。 蓝牙技术介绍 具体地说，具体地说，“蓝牙蓝牙”技术的作用就是简化小型网络技术的作用就是简化小型网络 设备（如移动设备（如移动PC、pad、手机）之间以

13、及这些设备与、手机）之间以及这些设备与 Internet之间的通信，免除在无绳电话或移动电话、调之间的通信，免除在无绳电话或移动电话、调 制解调器、制解调器、PDA、计算机、打印机、局域网等之间加装、计算机、打印机、局域网等之间加装 电线、电缆和连接器。此外，蓝牙技术还为已存在的数电线、电缆和连接器。此外，蓝牙技术还为已存在的数 字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的 个人特别连接设备群。蓝牙技术使用全球通行的、无需个人特别连接设备群。蓝牙技术使用全球通行的、无需 申请即可使用的申请即可使用的2.45GHzISM（工业（工业Indust

14、ry、科学、科学 Science、医学、医学Medicine）频段。）频段。 蓝牙技术介绍 若以若以2.45GHz为中心频率，在这个频段上最多可设为中心频率，在这个频段上最多可设 立立79个带宽为个带宽为1MHz的信道。其收发信机采用跳频扩谱的信道。其收发信机采用跳频扩谱 技术，在技术，在2.45GHzISM频段上以频段上以1600跳跳/秒的速率进行秒的速率进行 跳频通信在发射带宽为跳频通信在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为时，其有效数据速率为 721kb/s，最高数据速度可达，最高数据速度可达1Mb/s。由于采用低功率。由于采用低功率 时分复用方式工作（发射），其有效传输距离大约为时分

15、复用方式工作（发射），其有效传输距离大约为 10m，加上功率放大器时，传输距离可扩大到，加上功率放大器时，传输距离可扩大到100m。 蓝牙数据包在某个载频上的某个时隙内传递，不同类型蓝牙数据包在某个载频上的某个时隙内传递，不同类型 的数据（包括链路管理和控制消息）占用不同信道，并的数据（包括链路管理和控制消息）占用不同信道，并 通过查询（通过查询（Inquiry）和寻呼（）和寻呼（Paging）过程来同步跳）过程来同步跳 频频率和不同蓝牙设备的时钟。除采用跳频扩谱的低功频频率和不同蓝牙设备的时钟。除采用跳频扩谱的低功 率传输外，蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的率传输外，蓝牙还采用鉴权和加

16、密等措施来提高通信的 安全性安全性。 蓝牙的技术介绍蓝牙的技术介绍 蓝牙的技术原理蓝牙的技术原理 蓝牙的主要特点蓝牙的主要特点 蓝牙的应用蓝牙的应用 1 2 3 4 蓝牙技术原理蓝牙技术原理 蓝牙的主要技术 蓝牙的系统组成 蓝牙的核心协议 蓝牙的主要技术 蓝牙以无线蓝牙以无线LANs的的IEEE802.11标准技术为基础。标准技术为基础。 应用了应用了“Plonkandplay”的概念（类似的概念（类似“即插即用即插即用”） ，即任一蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就，即任一蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就 可以建立联系，而无需用户进行任何设置，因此可以解可以建立联系，而无需用户

17、进行任何设置，因此可以解 释成释成“即连即用即连即用”。蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、。蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、 方法和理论，包括：无线通信与网络技术、软件工程、方法和理论，包括：无线通信与网络技术、软件工程、 软件可靠性理论、协议的测试技术、规范描述语言、嵌软件可靠性理论、协议的测试技术、规范描述语言、嵌 入式实时操作系统（入式实时操作系统（EmbeddedRTOS）、跨平台开发）、跨平台开发 和用户界面图形化技术、软硬件接口技术（如和用户界面图形化技术、软硬件接口技术（如RS232， UART，USB等），高集成、低功耗芯片技术等。等），高集成、低功耗芯片技术等。 蓝牙技术原理蓝牙技

18、术原理 蓝牙的主要技术 蓝牙的系统组成 蓝牙的核心协议 蓝牙的系统组成 蓝牙系统一般由蓝牙系统一般由 天线单元、链路控天线单元、链路控 制（固件）单元、制（固件）单元、 链路管理（软件）链路管理（软件） 单元和蓝牙软件（单元和蓝牙软件（ 协议栈）单元四个协议栈）单元四个 功能单元组成功能单元组成。 注注:每个独立的同步蓝牙网络就被称为一个微微网（每个独立的同步蓝牙网络就被称为一个微微网（piconet）。）。 蓝牙的系统组成 天线单元：天线单元： 蓝牙要求其天线部蓝牙要求其天线部 分体积十分小巧、重量分体积十分小巧、重量 轻，因此，蓝牙天线属轻，因此，蓝牙天线属 于微带天线。蓝牙空中于微带天线

19、。蓝牙空中 接口是建立在天线电平接口是建立在天线电平 为为dB的基础上的。的基础上的。 空中接口遵循有关电平空中接口遵循有关电平 为为dB的的ISM频段的频段的 标准标准 蓝牙的系统组成 链路控制（固件）单元：链路控制（固件）单元： 基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层 常规协议。它有种纠错方案：比例前向纠错（常规协议。它有种纠错方案：比例前向纠错（ FEC）码、比例前向纠错码和数据的自动请求重）码、比例前向纠错码和数据的自动请求重 发方案。采用发方案。采用FEC（前向纠错）方案的目的是为了减少（前向纠错）方案的目的是为了减少 数据重发的次数

20、，降低数据传输负载。但是，要实现数数据重发的次数，降低数据传输负载。但是，要实现数 据的无差错传输，据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销就必然要生成一些不必要的开销 比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否 使用使用FEC是弹性定义的。报头总有占比例的是弹性定义的。报头总有占比例的FEC 码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。 蓝牙的系统组成 链路管理（软件）单元：链路管理（软件）单元： 链路管理（链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、）软件模块携带了链路的数据设置、 鉴权、

21、链路硬件配置和其它一些协议。鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其能够发现其 它远端它远端LM并通过并通过LMP（键路管理协议）与之通信。（键路管理协议）与之通信。LM 模块提供如下服务：模块提供如下服务： 1.发送和接收数据；发送和接收数据；2.请求名称；请求名称；3.链路地址查询；链路地址查询；4. 建立连接；建立连接；5.鉴权；链路模式协商和建立；鉴权；链路模式协商和建立；6.决定帧的决定帧的 类型；类型；7.将设备设为将设备设为sniff（呼吸）模式。（呼吸）模式。Master（主（主 机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设

22、备设为 Hold(保持模式保持模式)。工作在。工作在hold模式的设备为了节能在一模式的设备为了节能在一 个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由 LM定义，定义，LC（链路控制器）具体操作（链路控制器）具体操作. 蓝牙的系统组成 链路管理（软件）单元：链路管理（软件）单元： 链路管理（链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、）软件模块携带了链路的数据设置、 鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其能够发现其 它远端它远端LM并通过并通过LMP（键路管理协议）与之通信。（键路管理协议）与之通

23、信。LM 模块提供如下服务：模块提供如下服务： 1.发送和接收数据；发送和接收数据；2.请求名称；请求名称；3.链路地址查询；链路地址查询；4. 建立连接；建立连接；5.鉴权；链路模式协商和建立；鉴权；链路模式协商和建立；6.决定帧的决定帧的 类型；类型；7.将设备设为将设备设为sniff（呼吸）模式。（呼吸）模式。Master（主（主 机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为 Hold(保持模式保持模式)。工作在。工作在hold模式的设备为了节能在一模式的设备为了节能在一 个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由个较长的周期内停

24、止接收数据，每一次激活链路，这由 LM定义，定义，LC（链路控制器）具体操作（链路控制器）具体操作. 蓝牙的系统组成 软件（协议）单元：软件（协议）单元： 蓝牙的软件单元是一个独立的操蓝牙的软件单元是一个独立的操 作系统，不与任何操作系统捆绑。作系统，不与任何操作系统捆绑。 它必须符合已经制定好的蓝牙规范它必须符合已经制定好的蓝牙规范 。蓝牙规范是为个人区域内的无线。蓝牙规范是为个人区域内的无线 通信制定的协议，它包括两部分：通信制定的协议，它包括两部分： 第一部分为核心（第一部分为核心（Core）部分，用）部分，用 以规定诸如射频、基带、连接管理以规定诸如射频、基带、连接管理 、业务搜寻、传

25、输层以及与不同通、业务搜寻、传输层以及与不同通 信协议间的互用、互操作性等组件信协议间的互用、互操作性等组件 ；第二部分为协议子集（；第二部分为协议子集（Profile） 部分，用以规定不同蓝牙应用（也部分，用以规定不同蓝牙应用（也 称使用模式）所需的协议和过程。称使用模式）所需的协议和过程。 蓝牙技术原理蓝牙技术原理 蓝牙的主要技术 蓝牙的系统组成 蓝牙的核心协议 蓝牙的核心协议 蓝牙的核心协议由基带、链路管理（蓝牙的核心协议由基带、链路管理（LMP）、逻辑）、逻辑 链路控制与适应协议（链路控制与适应协议（L2CAP）和业务搜寻协议（）和业务搜寻协议（ SDP）等四部分组成。从应用的角度看，

26、射频、基带和）等四部分组成。从应用的角度看，射频、基带和 LMP可以归为蓝牙的低层协议，它们对应用而言是十分可以归为蓝牙的低层协议，它们对应用而言是十分 透明的。基带和透明的。基带和LMP负责在蓝牙单元间建立物理射频链负责在蓝牙单元间建立物理射频链 路，构成微微网。此外，路，构成微微网。此外，LMP还要完成像鉴权和加密等还要完成像鉴权和加密等 安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、 基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时 钟周期、微微网内蓝牙单元的连接状态等。钟周期、微微网内蓝牙

27、单元的连接状态等。 蓝牙的核心协议 逻辑链路控制与适应协议（逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）完成基带与高）完成基带与高 层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为 高层提供数据业务和分类提取，它允许高层协议和应用高层提供数据业务和分类提取，它允许高层协议和应用 接收或发送长达接收或发送长达64000字节的字节的L2CAP数据包。业务搜寻数据包。业务搜寻 协议（协议（SDP）是极其重要的部分，它是所有使用模式的）是极其重要的部分，它是所有使用模式的 基础。通过基础。通过SDP，可以查询设备信息、业务及业务特征，可以查询设备信息、业务及业务

28、特征 ，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。 SDP支持种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性支持种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性 搜寻和业务浏览（搜寻和业务浏览（browsing）. 蓝牙的核心协议 电缆替代协议：电缆替代协议：串行电缆仿真协议（串行电缆仿真协议（RFCOMM）像）像 SDP一样位于一样位于L2CAP之上，作为一个电缆替代（之上，作为一个电缆替代（cable replacement）协议，它通过在蓝牙的基带上仿真）协议，它通过在蓝牙的基带上仿真RS 232的控制和数据信号，为那些将串行线用作传输机制的控制和数据信号，

29、为那些将串行线用作传输机制 的高级业务（如的高级业务（如OBEX协议）提供传输能力。该协议由协议）提供传输能力。该协议由 蓝牙特别兴趣小组在蓝牙特别兴趣小组在ETSI的的TS07.10基础上开发而成。基础上开发而成。 电话控制协议电话控制协议：电话控制协议包括电话控制规范二进：电话控制协议包括电话控制规范二进 制（制（TCS BIN）协议和一套电话控制命令（）协议和一套电话控制命令（AT- commands）。其中，）。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间定义了在蓝牙设备间 建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；AT- commands则是一套可在多使用

30、模式下用于控制移动则是一套可在多使用模式下用于控制移动 电话和调制解调器的命令，它由蓝牙特别兴趣小组在电话和调制解调器的命令，它由蓝牙特别兴趣小组在 ITU-T Q.931的基础上开发而成。的基础上开发而成。 蓝牙的技术介绍蓝牙的技术介绍 蓝牙的技术原理蓝牙的技术原理 蓝牙的主要特点蓝牙的主要特点 蓝牙的应用蓝牙的应用 1 2 3 4 蓝牙的主要特点 u 无线性强无线性强 u 开放性强开放性强 u 移植性强移植性强 u 兼容性强兼容性强 u 抗干扰性强抗干扰性强 u 功耗低功耗低 u 传输距离小传输距离小 蓝牙的技术介绍蓝牙的技术介绍 蓝牙的技术原理蓝牙的技术原理 蓝牙的主要特点蓝牙的主要特点 蓝牙的应用蓝牙的应用 1 2 3 4 蓝牙的应用 蓝牙的应用 蓝牙的应用 蓝牙的应用 智能家居网络实现的主要功能智能家居网络实现的主要功能 智能家居主所要是实现的主要功能有：对非智能家居主所要是实现的主要功能有：对非 智能家电的控制智能家电的控制 对现有家用电器和其他设备的对现有家用电器和其他设备的 控制、调节和检测，比如灯光、报警器、微波炉控制、调节和检测，比如灯光、报警器、微波炉 、洗衣机、自动门以