物联网通信技术Bluetooth.pdf
物联网中的蓝牙技术(Ⅰ)
物联网中的蓝牙技术一、蓝牙技术的起源与发展蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，最初由爱立信公司在1994年开发。
起初，蓝牙技术主要用于连接手机和耳机，以及连接手机和其他外部设备。
随着技术的不断发展，蓝牙技术在物联网领域中得到了广泛的应用。
蓝牙技术的发展也是与物联网的兴起息息相关，它为物联网设备之间的连接和通信提供了便利。
二、蓝牙技术在物联网中的应用在物联网中，蓝牙技术被广泛应用于各种设备之间的连接和通信。
比如智能家居领域，通过蓝牙技术可以实现智能门锁、智能灯具、智能家电等设备之间的连接和控制。
另外，蓝牙技术还被应用于智能穿戴设备、智能健康监测设备、智能交通设备等领域。
蓝牙技术的应用使得这些设备之间可以实现智能化的互联互通，为人们的生活和工作带来了便利。
三、蓝牙技术的优势与劣势在物联网中，蓝牙技术具有许多优势。
首先，蓝牙技术是一种低功耗的通信技术，适合用于物联网设备之间的短距离通信。
其次，蓝牙技术的成本相对较低，可以降低物联网设备的制造成本。
此外，蓝牙技术还具有较高的安全性，可以保障物联网设备之间的通信安全。
然而，蓝牙技术也存在一些劣势，比如传输速度相对较慢，连接距离相对较短等。
四、蓝牙技术的发展趋势随着物联网的不断发展，蓝牙技术也在不断进化和提升。
未来，蓝牙技术将会迎来新的发展趋势。
首先，蓝牙技术将会不断提升其传输速度和连接距离，以满足物联网设备之间更加复杂和高速的通信需求。
其次，蓝牙技术将会更加注重安全性和隐私保护，以保障物联网设备之间的通信安全。
另外，蓝牙技术还将会更加注重与其他通信技术的融合，以实现更加灵活和智能的物联网设备连接和通信。
五、结语总的来说，蓝牙技术在物联网中具有重要的地位和作用，它为物联网设备之间的连接和通信提供了便利。
随着物联网的不断发展，蓝牙技术也将会不断进化和提升，为物联网的发展和应用提供更加强大和稳定的技术支持。
相信在不久的将来，蓝牙技术将会成为物联网领域中不可或缺的一部分。
物联网技术概论-5-物联网通信技术
• CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元 ZigBee 协议栈（Z-Stack™），提供了一个强大和完整 的ZigBee 解决方案。
➢ 由Wi-Fi 联盟于1999发布，Wi-Fi联盟最初为无线 以太网相容联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA），因此，WiFi技术又称无线相容性认证技术。
5.1.1 Wi-Fi技术
• Wi-Fi联盟主要针对移动设备，规范了基于IEEE 802.11协 议的数据连接技术，用以支持包括本地无线局域网（ Wireless Local Area Networks，WLAN）、个人局域 网（Personal Area Networks，PAN）在内的网络。
• WPA协议的提出旨在克服所有WEP协议的安全缺 陷，WPA协议大大改进了之前的无线网络安全保 护能力和访问控制技术，使无线网络数据的安全级 别提高。
• WPA 主要解决了WEP中在客户端与缺乏身份认证 的访问点之间使用相同静态密钥和网络接入时身份 认证方面存在的缺陷问题。
•表7-2 WEP和WPA的比较
➢ 近距离无线通信技术通常有Wi-Fi技术、蓝牙技术、 ZigBee技术。
5.1.1 Wi-Fi技术
• 5.1.1 Wi-Fi技术
➢ Wi-Fi （wireless fidelity，无线保真）技术，是 一种将PC机、笔记本、移动手持设备（如PDA、手 机）等终端以无线方式互相连接的短距离无线电通信 技术。
物联网中常用的几种短距离无线通信技术
物联网中常用的几种短距离无线通信技术李国瑞(西北师范大学知行学院，甘肃兰州730070)摘要：短距离无线通信技术的快速发展有力的推动了物联网技术的发展。
文章重点介绍了物联网中主要应用的RFID、蓝牙、ZigBee、W i-F i等几种短距离无线通信技术的特点及其应用领域。
关键词：物联网；R FID;ZigBee;W i-F i;蓝牙中图分类号:TN925 文献标识码:A文章编号：1673-1131(2017)10-0213-02〇引言物联网被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息革 命浪潮。
而通信是物联网的最基础功能，如果不进行通信，物 联网采集到的大量信息就无法进行传输和交换，因此也不能 利用这些采集到的数据产生广泛的物联网应用。
并且通信是 物物相连的基础，是物联网从一般专业领域发展到各行各业 泛在应用的关键。
物联网应用到几乎现有所有的通信技术，无论是有线的还是无线的通信技术。
但是考虑到物联网的无处不在的特征,要求物联网中互联设备能随时随地的接入，因 此最能体现该特征的还是无线通信技术。
1几种短距离无线通信技术短距离无线通信目前还不存在统一的一个定义，它涉及 到的范围非常宽泛。
一般来讲，要是通信双方利用无线电波 传输信息且传输距离规定在非常有限的范围内，一般是几十 米范围之内，就可以称为短距离无线通信。
短距离无线通信 技术具备三个很明显的特征:第一是比较低的成本，低成本是 短距离无线通信的最基本要求，因为通信终端大范围的使用，需要的数量非常多，若终端的成本较高是很难大范围普及应用的；第二是低功耗，因为是近距离的传输，传输过程中遇到 障碍物的概率也就较小，发射功率一般都很低，小于100 mw ;第三是对等通信，这是短距离无线通信的关键特点，其通信 是没有基础设施的。
当前，射频识别(RFID)、ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等是物联网 中最常用的短距离无线通信技术。
1.1射频识别(RFID)技术射频识别(RFID)技术是物联网中应用非常广泛的的一门 技术，它是一种利用射频信号在空间耦合实现无接触的信息 传输，并通过所传输的信息自动识别目标对象的技术。
常见的物联网通信方式
常见的物联网通信方式物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网连接各种物体，使其具备自动识别、定位、追踪、监控、管理和控制等功能的网络系统。
物联网通信方式是实现物联网应用的基础，下面将介绍一些常见的物联网通信方式。
一、无线通信技术1. Wi-Fi（无线局域网）Wi-Fi是一种基于无线电波传输的局域网技术，适用于小范围内的高速数据传输。
物联网设备通过Wi-Fi连接到互联网，可以实现高速、稳定的无线数据传输。
Wi-Fi通信方式广泛应用于家庭智能设备、智能办公、无人机等领域。
2. 蓝牙（Bluetooth）蓝牙是一种短距离无线通信技术，适用于在10米范围内的设备间通信。
物联网设备可以通过蓝牙连接到智能手机、平板电脑等终端设备，实现数据传输、消息推送、遥控操作等功能。
蓝牙通信方式常见于智能家居、智能穿戴设备等应用场景。
3. ZigBee（低功耗无线网络）ZigBee是一种短距离、低功耗的无线传感器网络技术，适用于物联网设备间的无线通信。
ZigBee通信方式特点是低能耗、传输距离远、网络节点多，常用于智能楼宇、智能农业、智能交通等领域。
4. NB-IoT（窄带物联网）NB-IoT是一种窄带物联网通信技术，适用于大范围覆盖、低功耗的物联网应用。
NB-IoT通信方式具有低成本、低功耗、连接稳定等特点，适用于智能城市、智能能源、智能车载等应用场景。
二、有线通信技术1. 以太网（Ethernet）以太网是一种局域网通信技术，适用于有线网络环境下的数据传输。
物联网设备可以通过以太网连接到互联网，实现高速、稳定的数据传输和远程监控。
以太网通信方式广泛应用于工业自动化、智能交通、智能城市等领域。
2. RS485RS485是一种串行通信标准，适用于远距离、多节点的数据通信。
物联网设备通过RS485接口实现数据传输和设备间的通信。
RS485通信方式常用于环境监测、智能电表、工业自动化等场景。
三、移动通信技术1. 2G/3G/4G/5G移动通信技术是一种基于无线网络实现的长距离通信方式。
ble 原理
ble 原理BLE 原理解析什么是 BLE？BLE（Bluetooth Low Energy）是一种低功耗蓝牙技术，也被称为蓝牙。
它是一种无线通信协议，旨在提供低功耗和短距离通信解决方案。
BLE被广泛应用于物联网、智能家居和健康技术等领域。
BLE 的工作原理BLE在物理层使用的频段进行无线通信。
它使用了GFSK （Gaussian Frequency Shift Keying）调制技术，通过频率的改变来传输数据。
由于BLE的低功耗设计，它的传输距离通常在10至100米之间。
BLE 架构BLE有两个主要的组件：中心设备（Central）和外设（Peripheral）。
中心设备通常是智能手机、电脑或其他移动设备，而外设可以是传感器、运动追踪器等。
BLE的通信通常是单向的，中心设备是主动发起连接和发送命令的一方，外设则被动接收并执行命令。
BLE 连接过程BLE的连接过程可以分为四个主要步骤：1.广播（Advertising）：外设会以一定的频率广播自己的存在和相关信息。
广播数据包中包含设备的唯一标识符（UUID）等信息。
2.扫描（Scanning）：中心设备会扫描周围的BLE设备，并监听广播数据包。
一旦监听到感兴趣的设备，扫描就会停止。
3.连接（Connection）：中心设备通过广播数据包中的唯一标识符（UUID）来和外设建立连接。
4.通信（Communication）：一旦连接建立，中心设备可以发送命令给外设，外设则可以向中心设备发送数据。
BLE 的特点BLE有以下的主要特点：•低功耗：BLE的设计目标之一是提供低能耗的通信解决方案，在物联网和传感器应用中非常重要。
•短距离通信：BLE的传输距离通常限制在10至100米之间，适合用于短距离通信场景。
•快速连接时间：BLE的连接时间通常在几百毫秒内完成，比传统蓝牙连接更快。
结论BLE作为一种低功耗的无线通信技术，广泛应用于物联网和智能家居领域。
它的工作原理基于广播和扫描，通过连接和通信实现中心设备和外设之间的数据交换。
《物联网通信技术》课件
有线通信技术
有线通信技术概述
有线通信技术的特点
有线通信技术是指通过有线介质进行信息 传输的技术，如双绞线、同轴电缆、光纤 等。
有线通信技术具有传输质量稳定、安全性 高、带宽大等优点，但需要铺设线缆，灵 活性较差。
智能医疗物联网通信技术案例
• 总结词：智能医疗物联网通信技术通过实现医疗设备和系统的互联互通 ，提高医疗服务的效率和质量。
• 详细描述：智能医疗物联网通信技术利用无线通信协议和传感器技术，实现医疗设备和系统的远程监控和智能化管理。 这种技术能够提高医疗服务的质量和效率，降低医疗成本，同时保障患者的安全性和隐私权。例如，在远程医疗领域， 物联网通信技术可以实现患者生命体征的实时监测和远程诊疗，提高医疗服务的及时性和准确性。同时，在智能医疗设 备方面，如智能血压计、智能血糖仪等，物联网通信技术可以实现设备的互联互通和数据共享，方便患者自我管理和医 生诊断治疗。
05
CATALOGUE
物联网通信技术的未来展望
5G与物联网通信技术的融合
5G技术为物联网通信提供了更 高效、更可靠的数据传输服务， 将促进物联网应用的广泛普及。
5G技术将与物联网通信技术深 度融合，推动各行业实现数字化 转型，提升生产效率和服务质量
。
5G技术将助力物联网通信技术 在智能交通、智慧医疗、智能家 居等领域的广泛应用，提升人们
的生活品质。
物联网通信技术的标准化发展
随着物联网应用的不断扩大， 物联网通信技术的标准化发展 将越来越重要。
标准化将促进物联网设备之间 的互操作性，降低设备间的兼 容性问题，提高物联网应用的 可靠性。
物联网无线传输技术WIFI、蓝牙、NFC等介绍
物联网无线传输技术WIFI、蓝牙、NFC等介绍随着万物互联时代的到来，物与物之间的连接方式也在不断发展和更新。
如果说，传感器是物联网的触觉，那么，无线传输就是物联网的神经系统，将遍布物联网的传感器连接起来。
在物联网出现以前，网络的接入需求主要体现在PC、移动终端对互联网的接入需求。
如今，随着物联网技术的发展，无线接入不仅仅体现在PC、移动终端对网络的连接需求，还有工业生产环境下物与物之间的连接需求。
近距离无线传输技术包括WIFI、蓝牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC，信号覆盖范围则一般在几十厘米到几百米之间。
近距离无线传输技术主要应用在局域网，比如家庭网络、工厂车间联网、企业办公联网。
1WiFiWi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。
然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。
WiFi技术并不是为了取代蓝牙或者其他短距离无线电技术而设计的，两者的应用领域完全不同，虽然在某些领域上会有重叠。
WiFi设备一般都是设计为覆盖数百米范围的，若是加强天线或者增设热点的话，覆盖面积将会更大，甚至是整幢办公大楼都不成问题。
WiFi无线技术主要为移动设备接入LAN（局域网）、WAN（广域网），以及互联网而设计。
基本上来说，在WiFi标准中，移动设备扮演的是客户端角色，而服务端是网络中心设备;与NFC、蓝牙技术的两移动设备互联互通在点对点（peertopeer）结构上有着巨大的区别。
支持拓扑结构：星型结构使用距离：近、中距离（数百米）应用场景：移动设备等2蓝牙Bluetooth蓝牙是一种通用的短距离无线电技术，蓝牙5.0蓝牙理论上能够在最远100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有10米。
其比较大的特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息。
目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。
物联网常见通信协议RFID、NFC、Bluetooth、ZigBee等梳理
物联⽹常见通信协议RFID、NFC、Bluetooth、ZigBee等梳理1 概述在上⼀篇⽂章《物联⽹常见通信协议与通讯协议梳理【上】-通讯协议》中，对物联⽹常⽤通信协议和通讯协议作了区分，并对通讯协议进⾏了分享；本⽂将对常⽤的通信协议进⾏剖析，重点⾯向市场上使⽤率较⾼的，且⼜不是诸如TCP/IP之类⽼⽣常谈的。
2 近距离通信协议2.1 RFIDRFID的空中接⼝通信协议规范基本决定了RFID的⼯作类型，RFID读写器和相应类型RFID标签之间的通讯规则，包括：频率、调制、位编码及命令集。
ISO/IEC制定五种频段的空中接⼝协议。
（1）ISO/IEC 18000-1《信息技术－基于单品管理的射频识别－第1部分：参考结构和标准化的参数定义》。
它规范空中接⼝通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。
这样每⼀个频段对应的标准不需要对相同内容进⾏重复规定。
（2）ISO/IEC 18000-2《信息技术－基于单品管理的射频识别－第2部分：135KHz以下的空中接⼝通信⽤参数》。
它规定在标签和读写器之间通信的物理接⼝，读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能⼒；规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞⽅法。
（3）ISO/IEC 18000-3《信息技术－基于单品管理的射频识别－第3部分：参数空中接⼝通信在13.56MHz》。
它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。
关于防碰撞协议可以分为两种模式，⽽模式1⼜分为基本型与两种扩展型协议（⽆时隙⽆终⽌多应答器协议和时隙终⽌⾃适应轮询多应答器读取协议）。
模式2采⽤时频复⽤FTDMA协议，共有8个信道，适⽤于标签数量较多的情形。
（4）ISO/IEC 18000-4《信息技术－基于单品管理的射频识别－第4部分：2.45 GHz空中接⼝通信⽤参数》。
它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。
第8章 蓝牙技术 《物联网技术与应用(第2版)》课件
8.1.2 蓝牙技术的发展
截止2014年，蓝牙共有八个版本: V1.1、V1.2、V2.0、V2.1、 V3.0、V4.0、V4.1和V4.2
各种应用程序
应用
通用访问规范
通用属性规范
属性协议
安全管理器
逻辑链路控制和适配协议
主机控制器接口
链路层
物理层
直接测试模式
主机 控制器
图8.3 蓝制器由同时包含了数字和模拟部分射频器件和 负责收发数据包的硬件组成。控制器与外界通过天线相连， 与主机通过主机控制接口（HCI）相连。 物理层
蓝牙V1.1的传输速率约在748~810kb/s，且容易受到同频率 的产品的干扰。
蓝牙V1.2 在V1.1的基础上增加了抗干扰的跳频功能。 蓝牙V 2.0 对蓝牙V1.2 进行了改良提升，传输率约在
1.8Mb/s~2.1Mb/s，可以有双工的工作方式。
蓝牙 V2.1+EDR（增强速率版本）：针对蓝牙设备配 置流程复杂和功耗较大的问题，
1 Mb/s
应用吞吐量
0.7-2.1 Mb/s
0.2 Mb/s
安全
64/128-bit及用户自定义的应用层
128-bit 高级加密标准（AES）及用 户自定义的应用层
鲁棒性 发送数据的总时间 认证机构
语音能力 网络拓扑
主要用途
自动适应快速跳频，FEC
100 m/s Bluetooth SIG
有 分散网
以通讯距离来区分的话，可分为 Class A和Class B两类。
➢ Class A是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，成本高和耗电量 大，通讯距离大约在 80~100m 距离之间。
一种蓝牙ble设备的通信加密方法与流程
一种蓝牙ble设备的通信加密方法与流程蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE）是一种广泛应用于物联网领域的通信技术。
为了保证BLE设备之间的通信安全，需要采用加密方法与流程来确保数据的保密性和完整性。
本文将介绍一种常用的BLE设备通信加密方法与流程。
一、加密方法在BLE设备的通信过程中，常用的加密方法包括对称加密和非对称加密。
对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，具有加密速度快的优点，但密钥的传输和管理较为困难。
非对称加密使用公钥和私钥进行加密和解密，公钥可以公开，但私钥必须保密，具有较高的安全性。
在BLE设备通信中，一般采用混合加密方法，即使用对称加密保证数据传输的速度，同时使用非对称加密保证密钥的安全性。
具体的加密方法如下：1. 密钥协商：通信双方首先进行密钥协商，通过非对称加密算法生成公钥和私钥。
公钥可以公开，私钥必须保密。
2. 密钥交换：通信双方将生成的公钥交换，以确保双方拥有对方的公钥。
3. 密钥生成：通信双方利用对方的公钥和自己的私钥生成共享密钥，用于对称加密算法的密钥。
4. 数据加密：通信双方使用共享密钥进行对称加密，将待传输的数据进行加密。
5. 数据传输：加密后的数据通过BLE设备进行传输。
6. 数据解密：接收方使用共享密钥进行对称解密，将接收到的数据进行解密。
二、加密流程在BLE设备通信中，加密流程一般包括以下几个步骤：1. 设备连接：通信双方通过BLE设备进行连接，建立通信通道。
2. 密钥协商：通信双方进行密钥协商，生成公钥和私钥。
3. 密钥交换：通信双方交换公钥，确保双方拥有对方的公钥。
4. 密钥生成：通信双方利用对方的公钥和自己的私钥生成共享密钥。
5. 数据加密：发送方使用共享密钥进行对称加密，将待传输的数据进行加密。
6. 数据传输：加密后的数据通过BLE设备进行传输。
7. 数据解密：接收方使用共享密钥进行对称解密，将接收到的数据进行解密。
通过以上加密流程，BLE设备可以确保通信过程中数据的保密性和完整性。
BLE技术知识点大全
BLE技术知识点大全BLE（Bluetooth Low Energy）是一种低功耗的无线通信技术，主要用于物联网设备的远程连接。
以下是关于BLE技术的一些知识点：1.BLE的基本原理：BLE是基于蓝牙技术的一种低功耗通信协议，在2.4GHz频段进行通信，使用GFSK调制方式，传输距离通常在10-100米之间。
2.BLE的应用场景：BLE技术广泛应用于物联网设备、智能家居、健康监测、智能手环、智能手表、无线耳机等领域，可以实现设备之间的远程通信和数据传输。
3.BLE的工作模式：BLE有两种工作模式，一种是广播模式，设备以广播的形式发送数据，其他设备可以接收到数据；另一种是连接模式，设备之间建立连接后进行数据传输。
4.BLE的主从模式：BLE设备可以分为主设备和从设备，主设备发起连接和控制从设备，从设备接收并响应主设备的指令。
5. BLE的数据传输方式：BLE使用GATT（Generic Attribute Profile）协议进行数据传输，通过定义服务、特征和描述符来实现数据的读取、写入和通知。
6.BLE的功耗优势：相比传统蓝牙技术，BLE在传输过程中功耗更低，主要通过降低通信速率、减少连接时间和采用快速连接方式来实现。
7.BLE的安全性：BLE使用128位的AES加密算法来保证数据的安全传输，可以防止数据被窃听和篡改。
8.BLE的频谱共存技术：BLE采用频率跳变技术，将通信频率在不同的时间片段进行跳变，以避免和其他无线设备的干扰。
9.BLE与传统蓝牙的区别：BLE相比传统蓝牙具有更低的功耗、更短的连接时间和更简化的协议栈，适合于低功耗设备和短距离通信。
10. BLE的版本：BLE的技术标准由Bluetooth SIG（SpecialInterest Group）制定，目前最新的BLE版本是5.2，不断更新的版本提供了更高的速率、更低的功耗和更广的覆盖范围。
11. BLE Mesh：BLE Mesh是基于BLE技术的一种网络拓扑结构，可以实现设备之间的多对多通信，适用于大规模物联网设备的部署。
bluetooth标准(一)
bluetooth标准(一)Bluetooth标准介绍•Bluetooth是一种无线通信技术，它通过短距离无线连接实现设备之间的数据传输和通信。
•Bluetooth标准规定了通信协议、频率范围、功耗要求等方面的规范。
Bluetooth标准的发展历程•Bluetooth技术最早由爱立信公司于1994年提出。
•1998年，Bluetooth 标准发布，支持1Mbps的数据传输速率。
•随后，Bluetooth 、、等版本相继发布，提高了传输速率和功耗效率。
•2010年，Bluetooth 标准发布，引入了低功耗技术，适用于物联网设备。
•2016年，Bluetooth 标准发布，提供更远的通信距离和更高的传输速率。
Bluetooth标准的特点•低功耗：Bluetooth标准采用了低功耗技术，可满足各种电池供电设备的需求。
•短距离通信：Bluetooth通信范围一般在10米以内，适用于近距离设备间的通信。
•快速连接：Bluetooth设备可以在很短的时间内建立连接，方便快捷。
•多设备连接：Bluetooth标准支持多个设备同时连接，实现多设备之间的数据交互。
Bluetooth标准的应用领域•蓝牙耳机和音箱：通过Bluetooth连接手机或其他设备，实现音频传输。
•智能家居：Bluetooth技术用于连接智能设备，如智能灯泡、智能插座等。
•汽车系统：用于实现车载娱乐和无线通信功能。
•医疗设备：用于传输医疗设备的数据，如血压计、血糖仪等。
•游戏控制器：通过Bluetooth连接游戏主机或手机，实现游戏的操控。
Bluetooth标准的发展前景•蓝牙技术在物联网领域具有广阔的应用前景。
•随着蓝牙标准的不断演进，传输速率和通信距离将进一步提高。
•Bluetooth标准将与其他无线通信技术集成，实现更方便的设备连接和数据传输。
以上是关于Bluetooth标准的介绍，希望对读者了解蓝牙技术有所帮助。
物联网通信技术--Bluetooth资料精
各种通信设备、电器设备之间的“无线沟通”， 是技术层面上的跨平台的“大统一、大联合
消除cable
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth的特点
（1）拓扑结构
蓝牙技术支持点对点或点对多点的话音、数据业务， 采用一种灵活的无基站的组网方式。
一个蓝牙设备可同时与多个蓝牙设备相连，在有效 通信范围内所有设备的地位都是平等的，具有相同 的权限。
物联网通信技术
近距离无线通信 ——Bluetooth技术
3.3 Bluetooth技术
3.3.1 Bluetooth技术概述 3.3.2 Bluetooth协议体系结构 3.3.3 Bluetooth应用及产品
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth简介
1998年5月爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五 家公司于联合成立了Bluetooth（蓝牙）特别兴趣 小组（Special Interest Group，SIG），并制订了 短距离无线通信技术标准—蓝牙技术。
Page(寻呼)
(known address)
Connection
.Active power(活动)
• Sniff(呼吸) • Hold(保持) • Park(休眠)
蓝牙系统—四个功能单元组成
天线单元 链路控制（固件）单元 链路管理（软件）单元 蓝牙软件（协议栈）单元
1. 无线单元 蓝牙是以无线LAN的IEEE802.11标准技术为基础 的，使用2.45GHz ISM （工业、科学、医学）全 球通自由波段。
Bluetooth利用短距离、低成本的无线连接替代 了电缆连接，从而为现存的数据网络和小型的外 围设备提供了统一的连接。
第10章-物联网通信技术(曾宪武)LXX20147
4） 蓝牙基带协议结合电路交换和分组交换机， 适用于语音 和数据传输。 蓝牙软件构架规范要求从设备支持基本水平的 互操作性。 蓝牙设备需要支持一些基本互操作特性要求， 对 某些设备， 涉及无线模块、 空中协议以及应用层协议和对象 交换格式。 蓝牙设备必须能够彼此识别并装载与之相应的软 件， 以支持设备更高层次的性能。
第二十一页，共191页。
5） 主机控制器提供了与蓝牙应用模块的控制接口， 包括数 据总线、 控制总线等。 主机控制器接口是与蓝牙通信相结合 的中间环节， 两者相互配合， 共同完成蓝牙通信与应用。
第二十二页，共191页。
2. 蓝牙通信的工作频段在2.4~2.4835 GHz的开放频段上， 采 用跳频(HF)技术， 以实现抗干扰和抑制信号衰减。 蓝牙的射 频电路采用专用芯片来完成， 以实现跳频和时分多址(TDMA)。
第十五页，共191页。
10.1.2
1. 蓝牙系统可分为蓝牙通信系统模块与蓝牙应用模块两大部 分。 蓝牙应用模块主要由主机控制器接口、 高层协议和应用 程序等构成。 蓝牙系统结构如图10.1.1所示。
第十六页，共191页。
图10.1.1 蓝牙系统结构图
第十七页，共191页。
1） 无线射频通信模块以无线LAN的IEEE802.11 技术为基础， 使用2.4 GHz的ISM全球通自由波段。 蓝牙天线属于微带天线， 以天线电平为0 dBm的基础上建立空中接口， 并遵从美国联邦 通信委员会(FFC)有关0 dBm电平的ISM频段标准。 该模块的 发射功率可达100 mW， 系统最大跳频速率为1600跳/秒， 在 2.402~2.480 GHz之间采用了79个间隔为1 MHz的频点来实现。 系统设计的通信距离为10 m， 如经过增大发射功率， 其通信 距离可达到100 m。
物联网与短距离无线通信技术第二章
--2.1-2蓝牙技术概述->号-BLUETOOTH1.0技术指标和系统参数-工作频段-ISM频段，2.4 22.480GHz-双工方式-全双工，TDD时分双工-业务类型-支持电路交换和分组交换业务-数据速率-1M /s-非同步信道速率-非对称连接721kb/s/57.6kb/s,对称连接432.6kb/s-64 kb/ -功率-美国FCC要求<0dBm1mW,其他国家可扩展到100mW
2.12蓝牙技术概述-≥号-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 实现-个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。“蓝-牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电-脑以及各种便 式通信设备的主机之间在近距离-内实现无缝的资源共享
2.12蓝牙技术概述-≥号-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 础，为-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-用的无 电空中接口Radio Air Interface及-其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结-合，使不 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-用、互操作的性能Inte operability.
2.12蓝牙技术概述-≥号-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 宗旨是：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、低成本小功耗的-话音和数据 信
2.11“蓝牙”的由来->号-1998年2月，瑞典爱立信-ERICSSON、芬兰诺基亚NOKIA-日本东芝 OSHIBA、美国IBM和英特尔Intel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SIGSpecial Interest Group。之后，蓝牙引起了越来-越多企业的关注。-1999年1 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S1G。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， 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 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卫-业界如此广泛的关注和支持，也是以 所罕见的。这说明基手此-项技术的产品具gt;-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19 4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 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 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 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
物联网设备连接与通信技术指南
物联网设备连接与通信技术指南第1章物联网设备连接基础 (3)1.1 物联网设备概述 (3)1.2 连接方式与协议介绍 (4)1.3 设备识别与地址分配 (4)第2章传感器技术与设备接入 (5)2.1 传感器工作原理 (5)2.2 常用传感器分类与选型 (5)2.2.1 物理传感器 (5)2.2.2 化学传感器 (5)2.2.3 生物传感器 (6)2.3 传感器数据采集与传输 (6)2.3.1 数据采集 (6)2.3.2 数据处理 (6)2.3.3 数据传输 (6)第3章无线通信技术 (6)3.1 无线局域网技术 (6)3.1.1 基本原理 (7)3.1.2 协议标准 (7)3.1.3 物联网应用 (7)3.2 蓝牙与蓝牙低功耗技术 (7)3.2.1 蓝牙技术 (7)3.2.2 蓝牙低功耗技术 (7)3.2.3 物联网应用 (7)3.3 ZigBee技术 (7)3.3.1 基本原理 (8)3.3.2 协议栈 (8)3.3.3 物联网应用 (8)3.4 LoRa与NBIoT技术 (8)3.4.1 LoRa技术 (8)3.4.2 NBIoT技术 (8)3.4.3 物联网应用 (8)第4章有线通信技术 (8)4.1 以太网技术 (8)4.1.1 概述 (8)4.1.2 工作原理 (9)4.1.3 技术标准 (9)4.1.4 接口与连接器 (9)4.1.5 应用场景 (9)4.2 串行通信技术 (9)4.2.1 概述 (9)4.2.2 工作原理 (9)4.2.4 接口与连接器 (9)4.2.5 应用场景 (9)4.3 Modbus协议及应用 (10)4.3.1 概述 (10)4.3.2 协议结构 (10)4.3.3 传输介质 (10)4.3.4 应用场景 (10)第5章网络协议与传输层技术 (10)5.1 TCP/IP协议族 (10)5.1.1 IP协议 (10)5.1.2 TCP协议 (11)5.2 UDP协议与CoAP协议 (11)5.2.1 UDP协议 (11)5.2.2 CoAP协议 (11)5.3 MQTT协议与XMPP协议 (12)5.3.1 MQTT协议 (12)5.3.2 XMPP协议 (12)第6章设备数据加密与安全 (13)6.1 加密算法与安全协议 (13)6.1.1 加密算法概述 (13)6.1.2 对称加密算法 (13)6.1.3 非对称加密算法 (13)6.1.4 哈希算法 (13)6.1.5 安全协议 (13)6.2 设备身份认证与访问控制 (13)6.2.1 设备身份认证 (13)6.2.2 访问控制 (13)6.3 安全传输技术 (14)6.3.1 传输层安全（TLS） (14)6.3.2 数据传输加密 (14)6.3.3 安全通道建立 (14)6.3.4 安全通信协议 (14)第7章云平台接入与数据管理 (14)7.1 云平台架构与功能 (14)7.1.1 云平台架构 (14)7.1.2 云平台功能 (14)7.2 设备影子与数据同步 (15)7.2.1 设备影子 (15)7.2.2 数据同步 (15)7.3 数据存储与处理技术 (15)7.3.1 数据存储技术 (15)7.3.2 数据处理技术 (16)第8章边缘计算与设备自治 (16)8.2 边缘计算架构与关键技术 (16)8.2.1 架构特点 (16)8.2.2 关键技术 (16)8.3 设备侧数据处理与分析 (17)第9章智能语音与设备控制 (17)9.1 语音识别技术 (17)9.1.1 语音识别概述 (17)9.1.2 语音识别原理 (17)9.1.3 语音识别算法 (18)9.1.4 语音识别技术在物联网设备中的应用 (18)9.2 语音合成与播放技术 (18)9.2.1 语音合成技术 (18)9.2.2 语音播放技术 (18)9.2.3 语音合成与播放技术在物联网设备中的应用 (18)9.3 设备控制接口与协议 (18)9.3.1 设备控制接口 (18)9.3.2 设备控制协议 (18)9.3.3 语音控制接口与协议的融合 (18)9.3.4 语音控制接口与协议的应用案例 (18)第10章应用案例与实践 (19)10.1 智能家居物联网应用 (19)10.1.1 智能照明系统 (19)10.1.2 智能安防系统 (19)10.1.3 智能环境监测系统 (19)10.2 工业物联网应用 (19)10.2.1 设备状态监测与维护 (19)10.2.2 智能仓储物流 (19)10.2.3 智能生产线 (19)10.3 健康医疗物联网应用 (20)10.3.1 智能穿戴设备 (20)10.3.2 远程医疗 (20)10.3.3 智能药品管理 (20)10.4 智能交通物联网应用 (20)10.4.1 智能交通信号灯 (20)10.4.2 车联网 (20)10.4.3 智能停车系统 (20)第1章物联网设备连接基础1.1 物联网设备概述物联网（Internet of Things, IoT）是指将各种物理设备、传感器、软件和网络连接起来，实现数据收集、交换和处理的巨大网络。
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Bluetooth能够有效地简化-多种通信终端(PDA/智能手机) -Internet 使数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓 宽道路。
Bluetooth是实现语音和数据无线传输的开放性 规范，蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米， 强的可以达到100米左右。
Page(寻呼)
(known address)
Connection
.Active power(活动)
• Sniff(呼吸) • Hold(保持) • Park(休眠)
蓝牙系统—四个功能单元组成
天线单元 链路控制（固件）单元 链路管理（软件）单元 蓝牙软件（协议栈）单元
1. 无线单元 蓝牙是以无线LAN的IEEE802.11标准技术为基础 的，使用2.45GHz ISM （工业、科学、医学）全 球通自由波段。
物联网通信技术
近距离无线通信 ——Bluetooth技术
3.3 Bluetooth技术
3.3.1 Bluetooth技术概述 3.3.2 Bluetooth协议体系结构 3.3.3 Bluetooth应用及产品
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth简介
1998年5月爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五 家公司于联合成立了Bluetooth（蓝牙）特别兴趣 小组（Special Interest Group，SIG），并制订了 短距离无线通信技术标准—蓝牙技术。
链路控制器负责处理基带协议和其他一些底层常 规协议。
链路管理（Link management）
链路管理（LM）软件模块实现链路的建立、认 证及链路硬件配置等。
链路管理器可发现其他链路管理器，并通过链路 管理协议（LMP）建立通信联系。
LM提供的服务有： 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、决定帧 的类型等。
（4） 90年代，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时， 跳频通信的应用又拓宽到民用领域。
跳频 在GSM中应用
技术最初用于军事传输系统，目的是保证 安全性和防止拥塞,有效地提高系统质量,提 高频率利用率.
用在GSM上,主要是用来解决容量以及通话 质量问题.
使用跳频的背景:
网络的不断扩容，导致频率的复用愈来愈密，频率规 划愈来愈难，来自网内的干扰愈来愈多
一个master与一个以上的slave构成的网络成为主 从网络（piconet），又称微微网。
两个以上的piconet之间存在着设备间的通信则构 成了散射网（scatternet）。
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth的特点
多个 蓝牙设备组成的微微网Piconet
3.3.1 Bluetooth技术概述
2012-12-12
跳频的频率分集
信号衰落的谷点在不同的频率出现在不同的位置 采用跳频，每个突发脉冲的调制频率不同，如果 某一频点发生了频率选择性衰落，则手机接收的 信号位于谷点的时间不会超过一个burst周期
平滑快衰落环境
抑制衰落的有效手段：频率分集
F1 Non Hopping
Hopping F1 Spread corrupted bursts
非跳频网络中的干扰情形
● 空间上
● 干扰集中在同频的扇 区
f1
● 时间上
● 干扰无时不在
Interference areas f1
● 用户受到持续的干扰
● 解决手段－加大同频基站 的距离
● 代价－频率复用率降低
39
2012-12-12
跳频网络中的干扰情形
f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4
网络质量的关键因素 是任何移动通信系统都
面临的挑战
跳
频
的
Frequency
理
论
依 Low correlation 据
？
High correlation Signal
34
对网络质量的影响
多径衰落的频率响应
f3
Close
frequencies
exhibit similar
f2
fading
f1 Time
分散网
两个或更多的微微网在重叠的区域可以建 立特殊的呼叫。
Slave
Slave
Master
Slave
Slave
Slave
Master
Slave Slave
微微网的应用（一拖七）
建立通信的过程
Standby(缺省)
Inquiry(查询)
(unknown address)
• Standby – 等待加入一个微微网。 • Inquiry – 邀请周围的无线连接。 • Page – 连接一个明确的无线链路。 • Connected – 加入一个皮网(主设备或 者从设备)
ISM频段：Industry Science and Medical Band （工业、科学、医学）。
信道数：79 个 （0-78） 范围：2.402GHz - 2.480GHz
信道间隔：1MHz
Geography Regulatory Range
RF Channel
Europe/USA/Japan 2400~2483.5 MHz f = 2402+k MHz, k=0, …, 78
首先提出通信要求的设备称为主设备（master）， 被动进行通信的设备称为从设备（slave）。
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth的特点
（1）拓扑结构
利用时分多址（TDMA，Time Division Multi-acc ess ），一个master最多可以同时与7个slave进行 通信。
发展史：
（1）是扩频通信的一个分支，突出优点是抗干扰性强， 因而很适用于军事领域。
（2）70年代末第一部跳频电台问世，就预示着其发展势 头锐不可挡。到了８０年代，世界各国军队普遍装备跳频 电台。
（3）通信的安全性而言，跳频短波通信比卫星通信更为 可靠。这是因为提供卫星服务的机构对其所属国承担了战 略责任，必须受到该国政府的控制。而跳频短波通信是完 全自主的，因而也是最可信赖的。
古北欧字母“H”和“B”
各种通信设备、电器设备之间的“无线沟通”， 是技术层面上的跨平台的“大统一、大联合
消除cable
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth的特点
（1）拓扑结构
蓝牙技术支持点对点或点对多点的话音、数据业务， 采用一种灵活的无基站的组网方式。
一个蓝牙设备可同时与多个蓝牙设备相连，在有效 通信范围内所有设备的地位都是平等的，具有相同 的权限。
Bluetooth的特点
多个微微网组成的散射网scatternet
微微网（皮网）
Slave
Slave
Slave Slave
Slave
Master
Slave
Slave
一个微微网可由8个蓝牙设备 组成。
在同一个微微网中，主设备为 所有的设备提供时钟和跳频同 步序列。
在同一个微微网中，所有的设 备有同样的跳频序列。
蓝牙天线属于微带天线，空中接口是建立在天线 电平为0dBm基础上的，遵从FCC（美国联邦通信 委员会）有关0dBm电平的ISM频段的标准。
蓝牙设备的最大发射功率分3个等级，100mW （20dBm），2.5mW（4dBm），1mW（0dBm)。
当采用扩频技术时，其发射功率可增 加到100mW。频谱扩展功能是通过 起始频率为2.402GHz、终止频率为 2.480GHz、间隔为1MHz的79个跳 频频点来实现的。
FH把干扰分散到了携带突发脉冲的不同载频上，这种效果被 称为“均化干扰”或“干扰分集”
蜂窝网络是频率复用的，同频干扰是存在，跳频使信号所受 的是不连续的干扰，而非连续干扰， 电波环境得到了改善。
对于每一个突发脉冲所受的干扰是变化的，这一点有利于通 话质量的提高，否则，整个通话会受到很大干扰-----干扰分 散到了携带突发脉冲的不同的载频上。
– 减少每个用户受到干扰 的机率
– 充分发挥信道编码和交 织技术
– 平均话音质量得以提高
使AGR得以使用
2012-12-12
GSM系统的跳频示意图
• 采用每帧改变频率的方法，即每隔 4.615 ms改变 载波频率，亦即跳频速率为 1/4.615 ms=217 跳/秒。
Bluetooth工作频段----2.4GHz ISM 频段
跳频
BURST
Bn || fn Bn-1 || fn-1
……
信息通过不断跳跃改变 的频率来传输
B1 || f1
跳频是指某次通话所使用载波频率在一定范围内，按某种规 律跳变。每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。
多径衰落（Multipath）
多径衰落产生于散射的 环境
是移动通信特有的现象 降低传输质量，是影响
F2 Corrupted Bursts
跳频的干扰分集
B4
B3
B2
B1
f4
f3
f2
f1
f4 f3 f2
f1
平滑、均化干扰
在GSM系统中，小区中每个频点所受的干扰强度和分布是不 一样的，同一路通话的突发脉冲的载频的变化，降低了信号 所受的干扰？？？， 通话受到的电波干扰被平均
否则，移动台一直工作在固定的频点上，则整个通话过程的 每一个突发脉冲可能都会受到固定不变的强干扰。
France 2446.5~2483.5 MHz f = 2454+k MHz, k=0, …, 22
数据速率： ①1MBit/s gross ②分组交换或电路交换模式 ③异步数据和同步语音 功率： ① Class 1:+20dBm (with PA) ② Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） ③ Class 3:0dBm