《物联网技术与应用(第2版)》第8章 蓝牙技术

蓝牙具有很好的抗干扰能力 ：蓝牙设备在某个频点发送数 据之后，在跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是 伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μs。
蓝牙模块体积很小，可以方便地继承到各种设备中。
蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式，即激活 （Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和 休眠（Park）模式。
技术规范
经典的蓝牙
低功耗蓝牙
无线电频率
2.4 GHz
2.4 GHz
距离
10米
10米
空中数据速率
1-3 Mb/s
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
➢ Class B是目前最流行的制式，通讯距离大约在 8~30m 之间，多 用于个人通讯产品上，耗电量和体积均较小，方便携带。
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
在控制器内既有物理层和链路层，又有直接测试模式和主 机控制器接口（HCI）层的下半部分。在主机内包含三个 协议：逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、属性协议 （Attribute Protocol）和安全管理器协议（Security Manager Protocol），此外还包括通用属性规范（GATT）、通用访 问规范（GAP）。
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 蓝牙体系结构
8.2.1 控制器
蓝牙控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
蓝牙具有开放的接口标准。
蓝牙产品的成本低 。
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
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。
根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master） 与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求 的蓝牙设备，而连接响应方则为从设备。
从设备1
从设备2
从设备6
主设备
从设备3
从设备5
从设备4
微微网1 主设备
从设备
微微网2 主/从设备
主设备
微微网3
图8-1、8-2 蓝牙微微网结构（左）和散射网结构（右）
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
手机，游戏机，耳机，立体声音频 数据流，汽车和PC等
快速 ACK 自动适应快速跳频
<6 m/s Bluetooth SIG
没有
Star-bus
手机，游戏机，PC，表，体育和健 身，医疗保健，
汽车，家用电子，自动化和工业等
➢ 加入了减速呼吸（Sniff Subrating）功能，即通过设定在 两个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗 的目的。
蓝牙V3.0根据IEEE 802.11适配层协议应用了Wi-Fi技 术，传输速度提高到了大约24Mbps。这样，蓝牙3.0 设备将能通过Wi-Fi连接到其它设备进行数据传输。 功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消 耗更多能量。
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，
➢ 改善了蓝牙装置的配对流程，自动采用数字密码来进行 配对与连接（举例来说，只要在手机选项中选择连接特 定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使 用的设备，并且自动进行连结）；
➢ 为开发人员增加了更多的灵活性，能够支持同时连接多 部设备。
蓝牙V4.2改善了数据传输速度和隐私保护程度：数据 传输速度提高了2.5倍；连接或者追踪用户设备必须 经过用户许可；支持灵活的互联网连接选项 （IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart 网关），实现物 联网。
8.2 蓝牙技术的体系结构
物联网
第八章 蓝牙技术
本章内容： 蓝牙技术概述 蓝牙技术体系结构 无线片上系统CC2540概述 本章小结
8.1蓝牙技术概述
8.1.1蓝牙的基本概念和特点
蓝牙（Bluetooth）是一种短距离无线通信的技术规范 。工 作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学频段。
蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据通道、 三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。
蓝牙V4.0规范包括经典蓝牙、高速蓝牙和蓝牙低功耗协议。 高速蓝牙基于Wi-Fi，经典蓝牙则包括旧有蓝牙协议。
蓝牙V4.0是V3.0的升级版本，它较V3.0更省电、成本更低、 更低延迟（3毫秒延迟）、更长的有效连接距离，同时加 入了AES-128位加密机制。
表8-1 经典蓝牙和低功耗蓝牙的性能对比
蓝牙4.1版本是对蓝牙4.0版本的软件更新：
➢ 当蓝牙信号与LTE无线电信号之间同时传输数据，那么 蓝牙V4.1可以采用自动协调机制减少其它信号对蓝牙4.1 的干扰；
➢ 减少了设备之间重新连接的时间，当用户离开并再次回 到蓝牙信号范围内的时间不长，那么设备将自动连接；
➢ 提高了传输效率，能够及时实现多Fra Baidu bibliotek可穿戴设备之间的 信息传递；
蓝牙体系结构分成三个基本部分：控制器、主机和应用程 序。
➢ 控制器通常是一个物理设备，它能够发送和接收无线电信号， 并可以将这些信号翻译成携带信息的数据包。
➢ 主机通常是一个软件栈，管理两台或多台设备间如何通信以及 如何利用无线电同时提供几种不同的服务。
➢ 应用程序则使用软件栈，进而使控制器来实现用户实例。