超低功耗蓝牙协议规范解析

[摘要]：本文介绍了一种功耗比标准蓝牙更低的超低功耗蓝牙技术，分别描述了这种技术的由来、协议栈构成、拓扑结构、Radio层的工作状态和工作角色以及特点。在技术特点部分中，详细介绍了超低功耗蓝牙技术实现低功耗的原理。

[关键词]：超低功耗；蓝牙；跳频；低能耗

[Abstract]：This article introduces a technology of Ultra

Low Power Bluetooth whose power is lower than the standard Bluetooth, describes respectively origin, structure of protocol stack and topology, operating states and roles of Radio layer, characteristics of the technology. In the part of characteristics of the technology, the reason why Ultra Low Power Bluetooth technology can realize ultra low power is detailed, and a table that contains some parameters of Ultra Low Power Bluetooth compared with the standard Bluetooth technology is also showed.

[Keywords]：ultra low power; Bluetooth; frequency hopping; low energy

目录

第1章蓝牙技术简介 (1)

1.1 蓝牙技术的概述 (1)

1.2蓝牙技术的特点 (2)

1.3蓝牙技术的应用 (5)

1.4 ULP蓝牙技术的价值 (8)

第2章 ULP蓝牙系统体系结构 (10)

2.1 ULP蓝牙系统体系结构概述 (10)

2.2蓝牙系统的拓扑结构 (11)

2.3蓝牙系统RADIO层的状态和角色 (13)

第3章 ULP蓝牙技术规范 (15)

3.1 物理层规范 (15)

3.1.1 信道分配 (15)

3.1.2发射机 (15)

3.1.3 接收机 (16)

3.2 链路层规范 (17)

3.3 主机接口规范 (19)

3.4 主机规范 (22)

3.5 安全服务规范 (26)

3.5.1 密钥 (26)

3.5.2 匹配和密钥交换 (27)

第四章蓝牙应用前景 (30)

4.1 ULP蓝牙技术的特点 (30)

4.2 ULP蓝牙技术的应用 (34)

致谢.............................. 错误!未定义书签。附录 (37)

参考文献 (39)

第1章蓝牙技术简介

1.1 蓝牙技术的概述

随着时代的发展社会的进步信息化技术逐步的完善，各种通信手段日益增多。我们日常生活中常见的蓝牙就是一个鲜活的例子。

所谓蓝牙技术实际上是一种短距离无线电技术，利用蓝牙技术能够有效的简化掌上电脑、笔记本电脑、和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信从而使这些现

代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信开拓道路。说的通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的通信网络。蓝牙技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，因此，目前无线通信的蓝牙刚刚露出一点芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。

蓝牙是以公元10世纪统一丹麦和瑞典的一位斯堪的

纳维亚国王的名字命名。它孕育着颇为神奇的前景：对手机而言，与耳机之间不再需要连线；在个人计算机，主机与键盘、显示器和打印机之间可以摆脱纷乱的连线；在更大范围内，电冰箱、微波炉和其它家用电器可以与计算机网络的连接，实现智能化操作。

发明蓝牙技术的是瑞典电信巨人爱立信公司。由于这种技术具有十分可喜的应用前景，1998年5月，五家世界顶级通信计算机公司：爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团，目的是加速其开发、推广和应用。此项无线通信技术公布后，便迅速得到了包括摩托罗拉、3COM、朗讯、康柏、西门子等一大批公司的一致拥护，至今加盟蓝牙SIG的公司已达到2000多个，其中包括许多世界最著名的计算机、通信以及消费电子产品领域的企业和生产厂家。一项公开的技术规范能够得到工业界如此广泛的关注和支持，这说明基于此项蓝牙技术的产品将具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。蓝牙共同利益集团现已改成蓝牙推广集团。

1.2蓝牙技术的特点

蓝牙技术发展的最大障碍是成本太高，突出表现在芯片大小和价格难以下调并存在抗干扰性能不强、传输距离

太短、信息安全等问题，这就使得很多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。其特点主要有以下几点：

（1）工作在2.4GHz的ISM频段，工作频段无需申请许可。

（2）当发射功率为1mW时，通信距离可达到10m，发射功率为100mW时通信距离可达100m。

（3）使用1Mb/s速率已达到最大限制宽带。

（4）使用快速调频（166跳/s）技术抗干扰。

（5）在干扰下，使用短数据帧尽可能增大容量。

（6）快速确认机制能在链路情况良好时实现较低的编码开销。

（7）采用CVSD话音编码，可在高误码率下使用。

（8）灵活帧方式支持广泛的应用领域。

（9）宽松链路配置支持低价单芯片集成。

（10）严格设计的空中接口使功耗最小。

（11）发射功率自适应，低干扰。

（12）采用灵活的无机站组网方式，使得一个蓝牙单元同时最多可以和7个其它的蓝牙单元通信，同时支持点对点和一点对多点的连接。

在业务的支持上，蓝牙规范同时支持数据业务和话音