藍牙技術(shù)報告

1、藍牙簡介:藍牙，是一種支持設備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、 PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙工作在 全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。藍牙的數(shù)據(jù)諫率為1Mb/s。時分雙工 傳輸方案被用來實現(xiàn)全雙工傳輸。使用IEEE802.15協(xié)議。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel）,在一次連接中，無線電收發(fā)器 按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做偽隨機碼”，就是”假”的隨機碼）不斷地從一 個信道”跳”到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按 同樣的規(guī)律進行干

2、擾：跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術(shù)使這個窄帶寬成百 倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。藍牙基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的結(jié)合。在被保留的時隙中可以傳輸同步數(shù)據(jù)包 每個數(shù)據(jù)包以不同的頻率發(fā)送。一個數(shù)據(jù)包名義上占用一個時隙，但實際上可以被擴展到 占用5個時隙。藍牙可以支持異步數(shù)據(jù)信道、多達3個的同時進行的同步話音信道，還可以 用一個信道同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。每個話音信道支持64kb/s同步話音鏈路。異步 信道可以支持一端最大速率為721kb/s而另一端速率為57.6kb/s的不對稱連接，也可以支持 43.2kb/s的對稱連接。拿藍牙與WiFi相比是不適當?shù)模驗閃iFi

3、是一個更加快速的協(xié)議，覆蓋范圍更大。雖 然兩者使用相同的頻率范圍，但是WiFi需要更加昂貴的硬件。藍牙設計被用來在不同的設 備之間創(chuàng)建無線連接，而WiFi是個無線局域網(wǎng)協(xié)議。兩者的目的是不同的。藍牙技術(shù)版本1）截止2010年7月，藍牙共有六個版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.02）以通訊距離來在不同版本可再分為Class A（1）/Class B（2）。3）版本的區(qū)別 1.1為最早期版本，傳輸率約在748810kb/s，因是早期設計，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質(zhì)量。 1.2同樣是只有748810kb/s的傳輸率，但在加上了 （改善Software）抗干擾跳頻功能。（太

4、 深入之技術(shù)理論不再詳述!）。4）通訊距離版本a）Class A是用在大功率/遠距離的藍牙產(chǎn)品上，但因成本高和耗電量大Bluetooth symbol藍牙，不適合作個人通訊產(chǎn)品之用（手機/藍牙耳機/藍牙Dongle等等），故多用在部分商業(yè)特殊 用途上，通訊距離大約在80-100M距離之間。b）Class B是目前最流行的制式，通訊距離大約在830M之間，視產(chǎn)品的設計而定，多用于手機內(nèi)/藍牙耳機/藍牙Dongle的個人通訊產(chǎn)品上，耗電量和體積較細，方便攜帶。5)無論1.1/1.2版本的藍牙產(chǎn)品，本身基本是可以支持Stereo音效的傳輸要求，但只能夠作(單工)方式工作，加上音帶頻率響應不太足夠，并

5、未算是最好之Stereo傳輸工具。6)版本2.0是1.2的改良提升版，傳輸率約在1.8M/s2.1M/s，可以有(雙工)的工作方式。即一面作語音通訊，同時亦可以 傳輸檔案/高質(zhì)素圖片，臺灣有部分藍牙Dongle已經(jīng)有在市面發(fā)售，但在手機內(nèi)有支持藍 牙2.0版本則是很少。藍牙耳機能夠真正使用的亦不多，部分藍牙產(chǎn)品自稱是2.0版本， 但仍然要利用外加配件才能達到。故相信最快也要到今年911月底才成氣候，2.0版本當 然也支持Stereo運作。 7)稍后藍牙2.0版本的芯片，是有機會加入了 Stereo譯碼 芯片，則連 A2DP(Advanced Audio Distribution Profile

6、)也可以不需要了。 8) 2009 年 4月21日，藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)正式頒布了新一代標準規(guī)范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(藍牙核心規(guī)范3.0版 高速)。9 2010年七月七日 藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)正式采納藍牙 4.0 核心規(guī)范(Bluetooth Core Specification Version 4.0)，并啟動對應的認證計劃。藍牙技術(shù)新標準Bluetooth 2.1+EDR解讀 目前應用最為廣泛的是Bluetooth 2.0+EDR標準，該 標準在2004年已經(jīng)推出，

7、支持Bluetooth 2.0+EDR標準的產(chǎn)品也于2006年大量出現(xiàn)。雖然 Bluetooth 2.0+EDR標準在技術(shù)上作了大量的改進，但從1.X標準延續(xù)下來的配置流程復雜 和設備功耗較大的問題依然存在。為了改善藍牙技術(shù)目前存在的問題，藍牙SIG組織(Special Interest Group)推出了 Bluetooth 2.1+EDR版本的藍牙技術(shù)。 1.改善裝置配 對流程：由于有許多使用者在進行硬件之間的藍牙配對時，會遭遇到許多問題，不管是單 次配對，或者是永久配對，在配對的過程與必要操作過于繁雜，以往在連接過程中，需要利 用個人識別碼來確保連接的安全性，而改進過后的連接方式則是會自

8、動使用數(shù)字密碼來進行 配對與連接，舉例來說，只要在手機選項中選擇連接特定裝置，在確定之后，手機會自動列 出目前環(huán)境中可使用的設備，并且自動進行連結(jié)。而短距離的配對方面，也具備了在兩個支持藍牙的手機之間互相進行配對與通訊傳輸?shù)腘FC(Near Field CoMMunication)機 制。NFC是短距離的無線RFID技術(shù)，在針對12公尺的短距離聯(lián)機應用上，以電磁波為 基礎，取代傳統(tǒng)無線電傳輸。由于NFC機制掌控了配對的起始偵測，當范圍內(nèi)的2臺裝置 要進行配對傳輸時，只要簡單的在手機屏幕上點選是否接受聯(lián)機即可。不過要應用NFC功 能，系統(tǒng)必須要內(nèi)建NFC芯片或者是具備相關(guān)硬件功能。 2.更佳的省

9、電效果：藍牙 2.1版加入了 Sniff Subrating的功能，透過設定在2個裝置之間互相確認訊號的發(fā)送間隔來 達到節(jié)省功耗的目的。一般來說，當2個進行連結(jié)的藍牙裝置進入待機狀態(tài)之后，藍牙裝置 之間仍需要透過相互的呼叫來確定彼此是否仍在聯(lián)機狀態(tài)，當然，也因為這樣，藍牙芯片就 必須隨時保持在工作狀態(tài)，即使手機的其它組件都已經(jīng)進入休眠模式。為了改善了這樣這樣 的狀況，藍牙2.1將裝置之間相互確認的訊號發(fā)送時間間隔從舊版的0.1秒延長到0.5秒左 右，如此可以讓藍牙芯片的工作負載大幅降低，也可讓藍牙可以有更多的時間可以徹底休眠。 根據(jù)官方的報告，采用此技術(shù)之后，藍牙裝置在開啟藍牙聯(lián)機之后的待機時

10、間可以有效延 長5倍以上。藍牙3.0技術(shù)規(guī)范(2009年4月21日) 2009年4月21日，藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)正式頒布 了新一代標準規(guī)范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(藍牙核心規(guī)范 3.0 版 高速)，藍牙3.0的核心是Generic Alternate MAC/PHY(AMP)，這是一種全新的交替射頻 技術(shù)，允許藍牙協(xié)議棧針對任一任務動態(tài)地選擇正確射頻。最初被期望用于新規(guī)范的技術(shù)包括802.11以及UMB,但是新規(guī)范中取消了 UMB的應用。作為新版規(guī)范，藍牙3.0的傳輸速度自然會更高，而秘密就在8

11、02.11無線協(xié)議上。通過集成802.11 PAL（協(xié)議適應 層），藍牙3.0的數(shù)據(jù)傳輸率提高到了大約24Mbps（即可在需要的時候調(diào)用802.11 WI-FI用 于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸）。，是藍牙2.0的八倍，可以輕松用于錄像機至高清電視、PC至PMP、 UMPC至打印機之間的資料傳輸。功耗方面，通過藍牙3.0高速傳送大量數(shù)據(jù)自然會消耗更多能量，但由于引入了增強電源控制（EPC）機制，再輔以802.11，實際空閑功耗會明 顯降低，藍牙設備的待機耗電問題有望得到初步解決。事實上，藍牙聯(lián)盟也正在著手制定新 規(guī)范的低功耗版本。此外，新的規(guī)范還具備通用測試方法（GTM）和單向廣播無連接數(shù)據(jù)（UCD）兩項

12、技術(shù)，并且包括了一組HCI指令以獲取密鑰長度。據(jù)稱，配備了藍牙2.1模塊的PC理論上可以通過升級固件讓藍牙2.1設備也支持藍牙3.0。聯(lián)盟成員已經(jīng)開始為 設備制造商研發(fā)藍牙3.0解決方案。藍牙4.0技術(shù)規(guī)范（2010年4月22日）藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）周二（2010年4月20日）表示，藍牙4.0技術(shù)規(guī)范已經(jīng)基本成型，預計于今年第二季度發(fā)布。藍牙4.0包括三個子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍牙技術(shù)、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術(shù)。藍牙4.0的改進之處主要體現(xiàn)在三個方 面，電池續(xù)航時間、節(jié)能和設備種類上。擁有低成本，跨廠商互操作性，3毫秒低延遲、100米以上超長距離、AES-128加密等諸多特色此外，藍牙4.0的有

13、效傳輸距離也有所提升。當前，藍牙的有效傳輸距離為10米（約30英尺），而藍牙4.0的有效傳輸距離可 達到100米（約200英尺）。SIG表示，藍牙4.0完整規(guī)范將于今年6月30日完成，而基于藍牙4.0的設備有望于年底或2011年初上市。藍牙將邁入4.0時代。 藍牙4.0實際是個三位一體的藍牙技術(shù)，它將三種規(guī)格合而為一，分別是傳統(tǒng)藍牙、低功耗藍牙 和高速藍牙技術(shù)，這三個規(guī)格可以組合或者單獨使用。SIG首席技術(shù)總監(jiān)（CTO）葛立表示， 全新的藍牙4.0版本涵蓋了三種藍牙技術(shù)，是一個“三融技術(shù)”，首先藍牙4.0繼承了藍牙技 術(shù)無線連接的所有固有優(yōu)勢，同時增加了低耗能藍牙和高速藍牙的特點，尤以低耗能技

14、術(shù)為 核心，大大拓展了藍牙技術(shù)的市場潛力。低耗能藍牙技術(shù)將為以紐扣電池供電的小型無線產(chǎn) 品及感測器，進一步開拓醫(yī)療保健、運動與健身、保安及家庭娛樂等市場提供新的機會。 目前，藍牙技術(shù)已經(jīng)得到非常普遍的應用，全球大約80%以上的手機都使用了藍牙技術(shù)， 其中將近100%的智能手機都已經(jīng)使用了藍牙技術(shù)。葛立認為，藍牙技術(shù)的普及為物聯(lián)網(wǎng)的 發(fā)展提供了一種技術(shù)選擇，具有極大的發(fā)展空間。低耗電藍牙相關(guān)規(guī)范技術(shù)規(guī)范典型的藍牙低耗電的藍牙無線電頻率2.4 GHz2.4 GHz距離10米10米空中數(shù)據(jù)速率1-3 Mb/s1 Mb/s應用吞吐量0.7-2.1 Mb/s0.2 Mb/sNodes/Active sl

15、aves7-16,777,184無限安全64/128-bit 及用戶自定義的 應用層128-bitAES及用戶自定義的應用層魯棒性自動適應快速跳頻，F(xiàn)EC,快速ACK自動適應快速跳頻延遲(非連接 狀態(tài))發(fā)送數(shù)據(jù)的總 時間100 m/s6 m/s政府監(jiān)管全球全球認證機構(gòu)藍牙技術(shù)聯(lián)盟(BluetoothSIG)藍牙技術(shù)聯(lián)盟(BluetoothSIG)語音能力有沒有網(wǎng)絡拓撲分散網(wǎng)Star-bus耗電量1(作為參考)0.01 至0.5 (視符使用情況)Peak current consumption30 mA15 mA （最高運行時為15mA） Service discovery有有簡介概念有有主要用

16、途手機，游戲機，耳機，stereoaudiostreaming,汽車和PC等手機，游戲機，PC,表，體育和健身，醫(yī)療 保健，汽車，家用電 子，自動化和 工業(yè)等藍牙-術(shù)語表即時網(wǎng)絡一種通常以自發(fā)方式創(chuàng)建的網(wǎng)絡。即時網(wǎng)絡不要求架構(gòu)，受時空限制?；顒訌脑O備廣播(ASB)ASB邏輯傳輸可用于向微微網(wǎng)中的所有活動設備傳輸L2CAP用戶通信。高級音頻分發(fā)配置文件(A2DP)A2DP配置文件描述了立體聲質(zhì)量音頻如何從媒體源流化傳送至匯點。配置文件定義了音頻 源和匯點兩個角色。典型的使用如“隨身聽”類的媒體播放器。音頻源可以是音樂播放器，音 頻匯點則是無線耳機A2DP定義了可在ACL信道上實現(xiàn)單聲道或立體聲高

17、質(zhì)量音頻內(nèi)容 分發(fā)的協(xié)議和程序。音頻/視頻遠程控制配置文件(AVRCP)AVRCP設計用于提供控制TV、Hi-fi設備等的標準接口。此配置文件用于許可單個遠程控 制設備(或其它設備)控制所有用戶可以接入的A/V設備。AVRCP定義了如何控制流媒 體的特征。包括暫停、停止、啟動重放、音量控制及其它類型的遠程控制操作。信標列基礎或適應型微微網(wǎng)物理信道中的保留時隙的一種模式。這些時隙中發(fā)起的傳輸用于同步休 眠的設備?；境上衽渲梦募?BIP)BIP定義了如何遠程控制成像設備，成像設備如何打印，及成像設備如何將圖像傳輸至存儲 設備。典型的應用如使用手機控制數(shù)碼相機的快門操作?；敬蛴∨渲梦募?BPP)

18、BPP允許設備以打印作業(yè)的形式向打印機發(fā)送文本、電子郵件、vCard、圖像或其它項目。 它與HCRP的區(qū)別在于它不需要因打印機而異的驅(qū)動程序。這使它更適用于嵌入式設備， 如手機和數(shù)碼相機，這些設備不大容易使用依賴于打印機供應商的驅(qū)動程序進行更新。Bluetooth無線技術(shù)Bluetooth無線技術(shù)是一種無線通信鏈路，通過跳頻收發(fā)器在無需申請許可證的2.4 GHz I SM波段上工作。它支持在Bluetooth主機間進行實時AV和數(shù)據(jù)通信。鏈路協(xié)議基于時 隙。Bluetooth 基帶這是Bluetooth系統(tǒng)中用于指定或?qū)嵤┟襟w接入及物理層程序，以支持在Bluetooth設備間 進行實時語音、數(shù)

19、據(jù)信息流交換及建立即時網(wǎng)絡的部分。Bluetooth 時鐘Bluetooth控制器子系統(tǒng)內(nèi)部的28位時鐘，每312.5 ms作滴答聲一次。此時鐘的值定義 了各種物理信道中的時隙編號及定時。Bluetooth控制器包含Bluetooth射頻、基帶、資源控制器、鏈路管理器、設備管理器及Bluetooth HCI的 子系統(tǒng)。啟用Bluetooth的設備啟用Bluetooth的設備(或稱Bluetooth設備)是可以使用Bluetooth系統(tǒng)進行短距離無線 通信的設備。Bluetooth設備地址用于識別每個Bluetooth設備的48位地址。這在技術(shù)規(guī)格中通常被稱為BD_ADDR。BD_ADDRBlu

20、etooth設備地址，BD_ADDR用于識別Bluetooth設備。Bluetooth HCIBluetooth HCI為基帶控制器和鏈路管理器提供了命令接口，并可以訪問硬件狀態(tài)和控制寄 存器。此接口提供了訪問Bluetooth基帶功能的統(tǒng)一方法。Bluetooth 主機Bluetooth主機可以是一個計算設備、外圍設備、蜂窩電話、PSTN網(wǎng)絡或LAN接入點等 等。附加至Bluetooth控制器的Bluetooth主機可以與其它附加至其各自Bluetooth控制器 的Bluetooth主機進行通信。Bluetooth配置文件Bluetooth配置文件表達了一般行為，Bluetooth設備可以通

21、過這些行為與其它設備進行通 信。Bluetooth技術(shù)定義了廣泛的配置文件，描述了許多不同類型的使用案例。為了使用B luetooth無線技術(shù)，設備必須能夠翻譯特定Bluetooth配置文件。配置文件定義了可能的應 用。信道可以是物理信道或是L2CAP信道，具體取決于上下文。連接(至服務)建立至某項服務的連接。如果尚未建立，這還包括建立物理鏈路、邏輯傳輸、邏輯鏈路、以 及L2CAP信道。可連接設備位于可發(fā)現(xiàn)范圍內(nèi)的Bluetooth設備，它定期監(jiān)聽其尋呼掃描物理信道并響應該信道上的尋 呼。正在連接設備間通信的一個階段，表示設備間正在建立連接。(連接階段發(fā)生在鏈路建立階段完成之 后。)連接兩個對

22、等應用程序或映射至L2CAP信道上的較高層協(xié)議之間的連接。建立連接創(chuàng)建一個映射至信道的連接的程序。無繩電話配置文件(CTP)CTP定義了如何通過Bluetooth無線鏈路實施無繩電話。此配置文件可用于專用無繩電話 或鄰近實施CTP的基站而用作無繩電話的手機。預期情形為：當在家中時，手機可以使用 連接至陸線的Bluetooth CTP網(wǎng)關(guān)，而在超出范圍時則使用手機網(wǎng)絡。覆蓋區(qū)域兩個Bluetooth設備可以在其中交換具有合格質(zhì)量和性能的消息的區(qū)域。創(chuàng)建安全連接建立包括驗證和加密在內(nèi)的連接的程序。創(chuàng)建信任關(guān)系將遠程設備標記為信任設備的程序。這包括存儲供將來驗證和配對使用的通用鏈路密鑰(如 果沒有鏈

23、路密鑰)。設備發(fā)現(xiàn)從可發(fā)現(xiàn)設備上檢索Bluetooth設備地址、時鐘、設備類別字段及使用的尋呼掃描模式的程 序。撥號網(wǎng)絡配置文件(DUN)DUN提供了通過Bluetooth無線技術(shù)接入Internet和其它撥號服務的標準。最常見的情況 是在手機上撥號，從膝上型計算機以無線方式接入Internet。可發(fā)現(xiàn)設備位于可發(fā)現(xiàn)范圍內(nèi)的Bluetooth設備，它定期監(jiān)聽其查詢掃描物理信道并響應該信道上的查 詢請求。正常情況下，可發(fā)現(xiàn)設備都可以連接。加密數(shù)據(jù)編碼方法，可以防止其他人破譯信息。擴展服務發(fā)現(xiàn)配置文件(ESDP)ESDP定義了通用即插即用設備如何通過Bluetooth無線連接運行。傳真配置文件(F

24、AX)FAX配置文件定義了終端設備如何使用FAX網(wǎng)關(guān)設備。FAX旨在于手機或固定電話和安 裝了傳真軟件的PC之間提供適當定義的接口。典型配置為個人計算機使用手機作為FAX網(wǎng)關(guān)，向任意接收方發(fā)送FAX傳輸。文件傳輸配置文件(FTP)FTP定義了客戶端設備如何瀏覽服務器設備上的文件夾和文件。一旦客戶端找到了文件或 位置，客戶端即可從服務器拉取文件，或通過GOEP從客戶端推送文件至服務器。常規(guī)音頻/視頻分發(fā)配置文件(GAVDP)GAVDP為A2DP和VDP提供了基礎，而后兩者又是設計用于使用Bluetooth無線技術(shù) 分發(fā)音頻和視頻流的系統(tǒng)的基礎。在一般使用中，類似“隨身聽”之類的設備可作為發(fā)起方，

25、 而耳機則作為接收方。通用訪問配置文件(GAP)GAP是所有其它配置文件的基礎，它定義了在Bluetooth設備間建立基帶鏈路的通用方法。 此配置文件定義了一些通用的操作，這些操作可供引用GAP的配置文件以及實施多個配置 文件的設備使用。GAP確保了兩個Bluetooth設備(不管制造商和應用程序)可以通過B luetooth技術(shù)交換信息，以發(fā)現(xiàn)彼此支持的應用程序。不符合任何其它Bluetooth配置文件 的Bluetooth設備必須與GAP符合以確?；镜幕ゲ僮餍院凸泊妗Ｍㄓ脤ο蠼粨Q配置文件(GOEP)GOEP可用于將對象從一個設備傳輸至另一個設備。對象可以是任意的，如圖片、文檔、 名片等等

26、。此配置文件定義了兩個角色：提供拉取或推送對象位置的服務器及啟動操作的客 戶端。GOEP為使用OBEX協(xié)議的其它配置文件提供了通用藍圖。免提配置文件(HFP)HFP描述了網(wǎng)關(guān)設備如何用于供免提設備撥打和接聽呼叫。典型配置如汽車使用手機作為 網(wǎng)關(guān)設備。在車內(nèi)，立體聲系統(tǒng)用于電話音頻，而車內(nèi)安裝的麥克風則用于通話時發(fā)送輸出 音頻。HFP還可用于個人計算機在家中或辦公環(huán)境中作為手機揚聲器的情況。硬拷貝電纜替代配置文件(HCRP)HCRP定義了如何通過Bluetooth無線鏈路完成基于驅(qū)動程序的打印。此配置文件定義了客 戶端和服務器兩種角色?？蛻舳藶榘蛴◎?qū)動程序的設備，該打印程序適用于客戶端希望

27、打印其上內(nèi)容的服務器。常見配置如充當客戶端的個人計算機通過驅(qū)動程序使用充當服務器 的打印機來進行打印。這提供了更為簡便的無線選擇以替代設備和打印機之間的電纜連接。 HCRP沒有設定有關(guān)至打印機的通信的標準，因此驅(qū)動程序需視特定打印機型號或范圍而 定。耳機配置文件(HSP)HSP描述了 Bluetooth耳機如何與計算機或其它Bluetooth設備(如手機)通信。連接和 配置好后，耳機可以作為遠程設備的音頻輸入和輸出接口。人機接口設備配置文件(HID)HID配置文件定義了 Bluetooth HID (如鍵盤、指向設備、游戲設備及遠程監(jiān)視設備)使用 的協(xié)議、程序及功能。查詢設備執(zhí)行查詢程序的Bl

28、uetooth設備。查詢Bluetooth設備傳輸查詢消息并監(jiān)聽響應以試圖發(fā)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)其它Bluetooth設備的程 序。查詢掃描Bluetooth設備監(jiān)聽其查詢掃描物理信道上接收到的查詢消息的程序。藍牙-藍牙應用標準A2DP Advanced Audio Distribution ProfileAVRCP A/V Remote Control ProfileBIP Basic Imaging ProfileBPP Basic Printing ProfileCTP Cordless Telephony ProfileDI Device ID ProfileDUN Dial-Up Networking ProfileFAX Fax ProfileFTP File Transfer ProfileGAVDP Generic A/V Distribution ProfileGOEP Generic Object Exchange ProfileHCRP Hardcopy Replacement ProfileHDP Health Device ProfileHFP Hands-