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蓝牙基础知识培训 郑水金 提纲 蓝牙概述 蓝牙体系结构 蓝牙网络原理 蓝牙应用 蓝牙协议栈实现 蓝牙概述 蓝牙概述 蓝牙 Bluetooth 技术是由爱立信 诺基亚 Intel IBM和东芝5家公司于1998年5月共同提出开发的 蓝牙技术的本质是设备间的无线联接 主要用于通信与信息设备 近年来 在电声行业中也开始使用 依据发射输出电平可以有3种距离等级 Class1为100m左右 Class2约为10m Class3约为2 3m 一般情况下 其正常的工作范围是10m半径之内 在此范围内 可进行多台设备间的互联 蓝牙概述 技术特点 采用跳频技术 数据包短 抗信号衰减能力强 采用快速跳频和前向纠错方案以保证链路稳定 减少同频干扰和远距离传输时的随机噪声影响 使用2 4GHzISM频段 无须申请许可证 可同时支持数据 音频 视频信号 采用FM调制方式 降低设备的复杂性 提纲 蓝牙概述 蓝牙体系结构 蓝牙网络原理 蓝牙应用 蓝牙协议栈实现 蓝牙体系结构 体系结构 蓝牙体系结构 体系结构 蓝牙体系结构 底层硬件模块 组成 主要由链路管理层 LMPLinkManagerProtocol 基带层 BBBaseBand 和射频 RFRodioFrequency 组成 蓝牙体系结构 底层硬件模块 功能 射频 RF 将基带模块的数据包通过无线电信号以一定的功率和跳频频率发送出去 实现蓝牙设备的无线连接 基带层 BB 采用查询和寻呼方式 使跳频时钟及跳频频率同步 为数据分组提供对称连接 SCO 和非对称连接 ASL 并完成数据包的定义 前向纠错 循环冗余校验 逻辑通道选择 信号噪化 鉴权 加密 编码和解码等功能 它采用混合电路交换和分组交换方式 既适合语音传送 也适合一般的数据传送 每一个语音通道支持64kb s同步语音 异步通道支持最大速率723 2kb s 反向57 6kb s 的非对称连接或433 9kb s的对称连接 链路管理层 LMP 负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制 通过对链接的发送 交换 实施身份鉴权和加密 并通过协商确定基带数据分组的大小 控制射频部分的电源模式 工作周期及网络内蓝牙设备的连接状态 它为上层软件模块提供了不同的访问入口 蓝牙主机控制器接口HCI HostControllerInterface 由基带控制器 连接管理器 控制和事件寄存器等组成 它是蓝牙协议中软硬件之间的接口 它提供了一个调用下层BB LM 状态和控制寄存器等硬件的统一命令 上 下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过HCI的解释才能进行 蓝牙体系结构 中间协议层 组成 中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP LogicalLinkControlandAdaptationProtocol 服务发现协议SDP ServiceDiscoveryProtocol 串口仿真协议或称线缆替换协议RFCOM和二进制电话控制协议TCS TelephonyControlprotocolSpectocol 组成 蓝牙体系结构 中间协议层 功能 L2CAP是蓝牙协议栈的核心组成部分 也是其它协议实现的基础 它位于基带之上 向上层提供面向连接的和无连接的数据服务 它主要完成数据的拆装 服务质量控制 协议的复用 分组的分割和重组 SegmentationAndReassembly 及组提取等功能 SDP是一个基于客户 服务器结构的协议 它工作在L2CAP层之上 为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性 而服务的属性包括服务的类型及该服务所需的机制或协议信息 RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议 符合ETSI标准的TS07 10串口仿真协议 它在蓝牙基带上仿真RS 232的控制和数据信号 为原先使用串行连接的上层业务提供传送能力 TCS是一个基于ITU TQ 931建议的采用面向比特的协议 它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数据呼叫的控制信令 CallControlSignalling 并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程 蓝牙体系结构 高端应用层 组成 高端应用层由选用协议层组成 可选用的协议PPP TCP IP OBEX ObjectExchangeProtocol WAP WirelessApplicationProtocol WAP WirelessApplicationProtocol 蓝牙体系结构 高端应用层 功能 点到点协议PPP Point to PointProtocol 它由封装 链路控制协议 网络控制协议组成 它定义了串行点到点链路应当如何传输因特网协议数据 它主要用于LAN接入 拨号网络及传真等应用规范 TCP IP 传输控制协议 网络层协议 它定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设备之间的通信 蓝牙采用或共享这些已有的协议去实现与连接因特网的设备的通信 这样 既可提高效率 又可在一定程度上保证蓝牙技术和其它通信技术的互操作性 OBEX ObjectExchangeProtocol 是对象交换协议 它支持设备间的数据交换 采用客户 服务器模式提供与HTTP 超文本传输协议 相同的基本功能 该协议作为一个开放性标准还定义了可用于交换的电子商务卡 个人日程表 消息 和便条等格式 WAP WirelessApplicationProtocol 是无线应用协议 它的目的是要在数字蜂窝电话和其它小型无线设备上实现因特网业务 它支持移动电话浏览网页 收取电子邮件和其它基于因特网的协议 WAE WirelessApplicationEnvironment 是无线应用环境 它提供用于WAP电话和个人数字助理PDA PersonalDigtitalAssistant 所需的各种应用软件 提纲 蓝牙概述 蓝牙体系结构 蓝牙网络原理 蓝牙应用 蓝牙协议栈实现 蓝牙网络原理 网络拓扑结构 蓝牙系统支持两种连接 即点对点或点对多点连接 这样就存在了两种网络拓扑结构 微微网和散射网络 piconet 微微网 共用相同实体通道的二或多个装置 可形成一个特殊网路 亦即piconet 微微网 在piconet中除了一个装置作为主控装置外 最多还可包含7个其他装置 也就是从属装置 Piconet网路中的每个装置通过跳频顺序识别 同一Piconet的所有装置都与这个跳频顺序同步 叠网 scatternet Bluetooth装置可在二或多个重叠的piconet中运作 而构成所谓的scatternet 叠网 每个微微网信道的跳频序列互不相同 蓝牙网络原理 网络拓扑结构 图示为由两个不同的piconet所组成的scatternet之网路拓朴 在此图中 有一个装置是其中一个piconet中的主控装置 但却是另一个piconet中的从属装置 一个装置不得同时成为多个piconet的主控装置 因为这将意味不同的piconet是同步的 但规格指定每个piconet都必须使用不同的跳频模式和主时脉来独立运作 蓝牙网络原理 蓝牙链路的基本状态 主状态 连接状态 Connected 和待机状态 StandBy 子状态 呼叫 Page 呼叫扫描 PageScan 查询 Inquiry 查询扫描 InquiryScan 主单元应答 MasterResponse 从单元应答 SlaveResponse 和查询响应 InquiryResponse 蓝牙网络原理 状态描述 蓝牙网络原理 状态描述 两个主状态待机状态是蓝牙节点进入网络后的默认状态 此时蓝牙设备处于低功耗下 仅有本地时钟以低精度或高精度方式运行 蓝牙节点能够脱离待机状态进入呼叫 呼叫扫描 查询 查询扫描各个子状态 处于待机状态的一个节点在收到其它节点的呼叫并应答后 成为从节点进入 连接 状态 7个子状态呼叫与查询的功能是建立起新的连接 按照蓝牙设备地址呼叫 就能实际建立起连接 另一设备必须处于呼叫扫描状态 发起连接的蓝牙设备执行有关呼叫的一系列规则 就能自动成为主节点 同样地 蓝牙设备启用查询规则 也能建立起连接 另一设备必须处于查询扫描状态 能够在一定范围内发现其他的蓝牙设备或蓝牙时钟 提纲 蓝牙概述 蓝牙体系结构 蓝牙网络原理 蓝牙应用 蓝牙协议栈实现 蓝牙应用 蓝牙产品 计算机各种外设 如蓝牙鼠标 蓝牙键盘等 办公设备 如蓝牙打印机 蓝牙网关等 手机配件 如蓝牙耳机等 家用产品 如蓝牙数码相框 其它 如蓝牙无线条码扫描枪 蓝牙应用 行业应用 蓝牙广告传媒系统蓝牙广告传媒 顾名思义 就是以蓝牙技术为依托 将信息有效地传递到蓝牙的终端载体 手机 有专家称其为 第五媒体 蓝牙广告传媒 以蓝牙技术在精确距离无线发送多媒体数据 在传输过程并不会产生任何的费用 作为一种新媒体 蓝牙媒体可以集图形 图像 声音 文字 视频 动画等多种信息表现形式于一身 在终端手机上一一得到完美展现 由于蓝牙的最大特点就是具有自发传播性 手机终端不仅可以接收广告内容 还可以将广告内容向周围转发 传统的广告只能通过消费者口口相传 才能达到消费者自发传播的效果 且传播过程中难免会存在信息失真 借助于先进的通信手段 消费者可以将手机蓝牙广告转发给其他潜在客户 有利于广告内容在潜在消费者中的准确迅速传播 蓝牙广告传媒系统由于明确了广告的具体受众类型 将广告直接送达目标人群 在向用户发送广告内容的过程中 不仅可以记录用户的手机号码和现场行为 还可通过跟踪记录客户消费信息 甚至直接同消费者通信 准确获知广告效果 比如火车站 机场设置基站 提供客运时刻表相关信息 商场基站提供促销活动信息并提供产品目录与导购服务 医院基站则提供药品价格专家就诊日程等等 蓝牙应用 行业应用 蓝牙旅游解说系统 具有智能化 个性化的特点 能自动根据观众的位置和需要确定解说的语言和内容 使每个观众得到每个展位 景点的完整信息 此类系统具有不可比拟的个性特点 智能化 个性化 无论游客到达的时间先后 也无论游客的语言是否相同 该系统都能自动根据游客的位置和需要确定解说的内容 用户可以根据自己的需要选择自己习惯的语言 每个游客进入展台或景点都是从头讲解该展台或景点的解说词 而不是采用随到随听的集中循环广播方式 游客如果不愿意收听相关景点或展位的信息 可以关闭蓝牙MP3 MP4针对景点或展位基站的数据接收功能 或者游客并不在相关景点或展位基站覆盖范围内时 蓝牙MP3 MP4完全可以只收听 播放音乐或娱乐节目 提纲 蓝牙概述 蓝牙体系结构 蓝牙网络原理 蓝牙应用 蓝牙协议栈实现 蓝牙协议栈实现 Widcomm 第一个windows上的协议栈 由Widcomm公司开发 也就是现在的Broadcom MicrosoftWindowsstack WindowsXPSP2中包括了这个内建的协议栈 开发者也可以调用其API开发第三方软件 WindowsCE 微软给WindowsCE开发的协议栈 但是windowsce本身也支持其它的协议栈 Toshibastack 它也是基于Windows的 不支持第三方开发 但它把协议栈授权给一些laptop商 BlueSoleil 著名的IVT公司的产品 BlueLet IVT公司forembeddedproduct的清量级协议栈 Bluez Linux官方协议栈 该协议栈的上层用Socket封装 便于开发者使用 通过DBUS与其它应用程序通信 Affix NOKIA公司的协议栈 在Symbian系统上运行 BlueDragon 东软公