物联网与短距离无线通信技术[董健]-第二章推荐课件

1、2本章内容本章内容蓝牙技术概述蓝牙技术概述 蓝牙应用蓝牙应用组网形式组网形式协议栈协议栈32.1.1 “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

2、的绰号。4 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5 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

3、、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。 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6 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（In

4、tel）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

5、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在市场。2.1.1“蓝牙蓝牙”的由来的由来72.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述 蓝牙是一个开放性的无线通信标准，设计者的初蓝牙是一个开放性的无线通信标准，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：保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，并以此重塑人们的生持联系，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，通过统一活方式。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墙壁或的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿过墙壁或公

6、文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的话音和数据通信。话音和数据通信。 8 它推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络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能互连互通，从而实现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据和语音通信。个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。“蓝蓝牙牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电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机之间在近距离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。内实现无缝的资源共享。2.1.2 蓝牙

7、技术概述蓝牙技术概述9 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，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，完成固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数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（用的无线电空中接口（Radio Air InterfaceRadio Air Interface）及）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生

8、产的便携式设备在没有电线或电合，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，能够在近距离范围内具有互缆相互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能（用、互操作的性能（InteroperabilityInteroperability）。）。 2.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述10BLUETOOTH1.0技术指标和系统参数 2.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述112.1.2 蓝牙技术概述蓝牙技术概述122.1.3 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点 蓝牙技术是为了实现以无线电波替换移动设备所蓝牙技术是为了实现以无线电波替换移动设备所使用的电缆而产生的。它试图以相同成本和安

9、全性完使用的电缆而产生的。它试图以相同成本和安全性完成一般电缆的功能，从而使移动用户摆脱电缆束缚，成一般电缆的功能，从而使移动用户摆脱电缆束缚，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。13 1. 1.成本低成本低 为了能够替代一般电缆，它必须具备和一般电缆为了能够替代一般电缆，它必须具备和一般电缆差不多的价格，这样才能被广大普通消费者所接受，差不多的价格，这样才能被广大普通消费者所接受，也才能使这项技术普及开来。蓝牙的最终目标是集成也才能使这项技术普及开来。蓝牙的最终目标是集成于单价为于单价为5 5美元的美元的CMOSCMOS芯片。目前，蓝牙芯片价格降不芯片。目

10、前，蓝牙芯片价格降不下来，既有经济原因，也有技术原因。从技术角度来下来，既有经济原因，也有技术原因。从技术角度来看，蓝牙芯片集成了无线、基带和链路管理层功能，看，蓝牙芯片集成了无线、基带和链路管理层功能，而链路管理功能实际上既可以通过硬件实现，也可以而链路管理功能实际上既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，如果由软件实现链路管理层功能，那通过软件实现，如果由软件实现链路管理层功能，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14 2. 2. 功耗低、体积小功耗低、体积小 蓝牙技术本来目的就是用于互连小型移动设备及其外蓝牙技术本来目

11、的就是用于互连小型移动设备及其外设，它的市场目标是移动笔记本电脑、移动电话、小型设，它的市场目标是移动笔记本电脑、移动电话、小型的的PDAPDA以及它们的外设，因此蓝牙芯片必须具有功耗低、以及它们的外设，因此蓝牙芯片必须具有功耗低、体积小的特点，以便于集成到小型便携设备中去。蓝牙体积小的特点，以便于集成到小型便携设备中去。蓝牙产品输出功率很小产品输出功率很小( (只有只有1mW)1mW)，仅是微波炉使用功率的百，仅是微波炉使用功率的百万分之一，是移动电话的一小部分万分之一，是移动电话的一小部分 3.3.近距离通信近距离通信 蓝牙技术通信距离为蓝牙技术通信距离为10m10m，如果需要的话，还可以

12、选用，如果需要的话，还可以选用放大器使其扩展到放大器使其扩展到100m100m。这已经足够在办公室内任意摆。这已经足够在办公室内任意摆放外围设备，而不用再担心电缆长度是否够用。放外围设备，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15 4.4.安全性安全性 同其它无线信号一样，蓝牙信号很容易被截取，因此蓝牙协同其它无线信号一样，蓝牙信号很容易被截取，因此蓝牙协议提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。蓝牙系统认议提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。蓝牙系统认证与加密服务由物理层提供，采用流密码加密技术，适合于硬证与加密服务由物理层提供，采用流密码加密技术，适

13、合于硬件实现，密钥由高层软件管理。如果用户有更高级别的保密要件实现，密钥由高层软件管理。如果用户有更高级别的保密要求，可以使用更高级、更有效的传输层和应用层安全机制。认求，可以使用更高级、更有效的传输层和应用层安全机制。认证可以有效防止电子欺骗以及不期望的访问，而加密则保护链证可以有效防止电子欺骗以及不期望的访问，而加密则保护链路隐私。除此之外，跳频技术的保密性和蓝牙有限的传输范围路隐私。除此之外，跳频技术的保密性和蓝牙有限的传输范围也使窃听变得困难。也使窃听变得困难。 然而，在提供链路级认证和加密的同时，也阻碍了一些公共然而，在提供链路级认证和加密的同时，也阻碍了一些公共性较强应用模型的用户

14、友好访问，比如服务发现和商业卡虚拟性较强应用模型的用户友好访问，比如服务发现和商业卡虚拟交换等。因此，为了满足这些不同的安全需求，蓝牙协议定义交换等。因此，为了满足这些不同的安全需求，蓝牙协议定义了三种安全模式。模式了三种安全模式。模式1 1不提供安全保障，模式不提供安全保障，模式2 2提供业务级安提供业务级安全，模式全，模式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162.1.4 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

15、功能单元组理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。成。 1.1.天线单元天线单元 蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dB0dB的基的基础上的。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。17 2. 2. 链路控制（固件）单元链路控制（固件）单元 在目前蓝牙产品中，人们使用了在目前蓝牙产品中，人们使用了3 3个个ICIC分别作为连分别作为连接控制器

16、、基带处理器以及射频传输接收器，此外接控制器、基带处理器以及射频传输接收器，此外还使用了还使用了30305050个单独调谐元件。基带链路控制器负个单独调谐元件。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。它有责处理基带协议和其它一些低层常规协议。它有3 3种纠种纠错方案：错方案：1/31/3比例前向纠错（比例前向纠错（FECFEC）码、）码、2/32/3比例前向纠比例前向纠错码和数据的自动请求重发（错码和数据的自动请求重发（ARQARQ）方案。采用）方案。采用FECFEC（前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发的次数，前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。降

17、低数据传输负载。 2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 18 但是，要实现数据的无差错传输，但是，要实现数据的无差错传输，FECFEC就必然要生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使用是因为数据包对于是否使用FECFEC是弹性定义的。报头总是弹性定义的。报头总有占有占1/31/3比例的比例的FECFEC码起保护作用，其中包含了有用的码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。链路信息。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 19 3. 3.链路管理（软件）单元链路管理（软件）单元 链路管理（链路管理（LMLM）软件

18、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。LMLM能够发现其能够发现其它远端它远端LMLM并通过并通过LMPLMP（链路管理协议）与之通信。（链路管理协议）与之通信。LMLM模模块提供如下服务：发送和接收数据；请求名称；链路块提供如下服务：发送和接收数据；请求名称；链路地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立；地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立；决定帧的类型。此外，还控制设备的工作状态即呼吸决定帧的类型。此外，还控制设备的工作状态即呼吸（SniffSniff）、保持（）、保持（HoldHold）和

19、休眠（）和休眠（ParkPark）三种模式。）三种模式。将设备设为呼吸模式，将设备设为呼吸模式，MasterMaster（主机）只能有规律地（主机）只能有规律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 20 Slave Slave降低了从降低了从Pioconet“Pioconet“收听收听”消息的速率，消息的速率，“呼吸呼吸”间隔可以依应用要求做适当调整；将设备设为间隔可以依应用要求做适当调整；将设备设为HoldHold模式模式，MasterMaster可把可把SlaveSlave置为置为HoldHold模式，在这种模式下，只有模式，在这种模式下，只有

20、一个内部计数器在工作。一个内部计数器在工作。SlaveSlave也可主动要求置为也可主动要求置为HoldHold模模式。一旦处于式。一旦处于HoldHold模式的单元被激活，则数据传递也立模式的单元被激活，则数据传递也立即重新开始。即重新开始。HoldHold模式一般被用于连接好几个模式一般被用于连接好几个PiconetPiconet的的情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。 2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 21 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P

21、arkPark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。连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中连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：同步定向连使用。蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接（接（SCOSCO，Synchronous Connection OrientedSynchronous Connection Oriented）类型）类型，主要用于传送话音；异步无连接（，主要用于传送话音；异步无连接（ACLACL，Asy

22、nchronous ConnectionlessAsynchronous Connectionless）类型，主要用于传送）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。鉴权基于息保密机制。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 22 鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用笔记本电脑通过

23、主人自己的移动电话通信。加密被用来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。安全机制。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 23 4. 4. 软件（协议栈）单元软件（协议栈）单元 蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。它必须符合已经制定好统，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。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信而的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信而制

24、定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（CoreCore）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻（搜寻（servicediscoveryservicediscovery）、传输层以及与不同通信）、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；协议间的互用、互操作性等组件； 2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 24 第二部分为协议子集（第二部分为协议子集（ProfileProfile）部分，用以规定）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。不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的

25、协议和过程。 蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（QoSQoS）、协议的复用和分用等功能。在设计协议栈，特别是、协议的复用和分用等功能。在设计协议栈，特别是高层协议时的原则就是最大限度地重用现存的协议，高层协议时的原则就是最大限度地重用现存的协议，而且其高层应用协议（协议栈的垂直层）都使用公共而且其高层应用协议（协议栈的垂直层）都使用公共的数据链路和物理层。的数据链路和物理

26、层。2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 25 蓝牙协议可以分为蓝牙协议可以分为4 4层，即核心协议层、电缆替代层，即核心协议层、电缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。在蓝协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。在蓝牙协议栈中，还有一个主机控制接口（牙协议栈中，还有一个主机控制接口（HCIHCI）和音频（）和音频（AudioAudio）接口。）接口。HCIHCI是到基带控制器、链路管理器以及是到基带控制器、链路管理器以及访问硬件状态和控制寄存器的命令接口。利用音频接访问硬件状态和控制寄存器的命令接口。利用音频接口，可以在一个或多个蓝牙设备之间传递音频数据，口，可以在一个或多个蓝牙

27、设备之间传递音频数据，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 26 通过蓝牙技术可以把各种便携式计算机设备与蜂通过蓝牙技术可以把各种便携式计算机设备与蜂窝移动电话用无线链路连接起来，使计算机与通信密窝移动电话用无线链路连接起来，使计算机与通信密切结合，从而使人们能够随时随地进行数据信息的交切结合，从而使人们能够随时随地进行数据信息的交换与传输。因此蓝牙技术虽然出现不久，但已受到许换与传输。因此蓝牙技术虽然出现不久，但已受到许多行业的关注。据国际开发中心（多行业的关注。据国际开发中心（IDCIDC）预测，到）预测，到20042004年，蓝牙在美国将被嵌入

28、到年，蓝牙在美国将被嵌入到102102万台设备内，在全世界万台设备内，在全世界将被嵌入到将被嵌入到449449万台设备内；到万台设备内；到20062006年内，其市场规模年内，其市场规模将达到将达到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 27 蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有着极其广蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有着极其广阔和诱人的应用前景，它也将对未来的无线移动数据阔和诱人的应用前景，它也将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大的推动作用。蓝牙技术会有突飞猛通信业务产生巨大的推动作用。蓝牙技术会有突飞猛

29、进的发展。但是，它仍然有大量的应用技术细节问题进的发展。但是，它仍然有大量的应用技术细节问题需要解决，仍然是一项发展中的技术。例如，为了防需要解决，仍然是一项发展中的技术。例如，为了防止语音和数据信息误传或被截收，用户必须事先为自止语音和数据信息误传或被截收，用户必须事先为自己应用的各种设备设定某个共同的频率，即不同的用己应用的各种设备设定某个共同的频率，即不同的用户有不同的频率，这样才能保证无线连接时不发生误户有不同的频率，这样才能保证无线连接时不发生误传或被滥用。传或被滥用。 2.1.4 蓝牙系统组成蓝牙系统组成 28 蓝牙标准还无法解决硬件兼容性，并且影响到运行蓝牙标准还无法解决硬件兼容

30、性，并且影响到运行在蓝牙技术之上的软件。另外，蓝牙标准本身能否解在蓝牙技术之上的软件。另外，蓝牙标准本身能否解决好安全问题，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 29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30头戴式耳机头戴式耳机2.2 蓝牙应用蓝牙应用31PC和其它设备互联和其它设备互联2.2 蓝牙应用蓝牙应用32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33其它应用其它应用对讲机对讲机无绳电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

31、蓝牙应用蓝牙应用34相关产品相关产品 Notebook PCs & Desktop computers Printers PDAs Other handheld devices Cell phones Wireless peripherals: Headsets Cameras CD Player TV/VCR/DVD Access Points Telephone Answering Devices Cordless Phones Cars2.2 蓝牙应用蓝牙应用35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36 典型的蓝牙组网模式典型的蓝牙组网模式支持在支

32、持在piconet（微微网）中的点到点和点到多点通（微微网）中的点到点和点到多点通信（广播）信（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37Piconet 结构结构MasterActive SlaveParked SlaveStandbyMaster节点的节点的

33、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38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39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 40蓝牙协议栈蓝牙协议栈2.4 蓝牙协议蓝牙协议41蓝牙协议栈蓝牙协议栈2.4 蓝牙协议蓝牙协议42应用层协议组应用层协议组应用层协议组RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPR

34、FCOMMIPControlApplications2.4 蓝牙协议蓝牙协议43中间件协议组中间件协议组RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPRFCOMMIPControlApplications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44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

35、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45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。RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPRFCOMMIPControlApplications 传输协议组2.4 蓝牙协议蓝牙协议46传输协议组传输协议组FL2CAP(Logical Link Control &Adaptation Protocol)u

36、 处理高层协议的复用（Handles multiplexing of higher level protocols）u 对大数据包进行分块和重组（Segmentation & reassembly of large packets）u 设备发现和QoSDevice discovery & QoSF链路管理器 u 管理连接状态Managing the connection states.u 在从节点(slave)间实现公平性u 能耗管理F基带u 定义分时，分帧u 链路上的流控.F射频 (RF)u 发送和接收比特流2.4 蓝牙协议蓝牙协议47Logical Link Control

37、 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48L2CAP: 功能要求功能要求协议复用协议复用: 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

38、的过程中交换QoS参数参数. 2.4 蓝牙协议蓝牙协议49L2CAP: 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CIDs 0 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50L2CAP层层: 层之间的操作层之间的操作高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

39、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51L2CA layer: Events and Actions2.4 蓝牙协议蓝牙协议52L2CA 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 connection. L2CAP to L2CAP signaling events, e.g. L2CAP_ConnectReq: Received

40、 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53L2CA layer: Actions不同类型的动作不同类型的动作: L2CAP to LP actions, e.g. LP_ConnectReq: Request lo

41、wer 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: data packet transmitted. Upper layer to L2C

42、AP 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54L2CAP: 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55链路管理协议链路管理协议2.4 蓝牙协议蓝牙协议56链路管理协议链路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

43、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57基带协议基带协议2.4 蓝牙协议蓝牙协议58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-significant 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59链路类型链路类型F同步面向连接的链路同步面向