5502蓝牙学习资料.docx

错误! 未找到引用源。错误! 未找到引用源。蓝牙学习资料9目 录1.1.1 蓝牙无线数据传输入门21.1.2 蓝牙技术发展现状及前景21.1.3 蓝牙技术应用环境31.1.4 蓝牙技术的特点31.1.5 蓝牙协议栈介绍41.1.6 蓝牙技术数据安全防范51.1.7 蓝牙技术的常见应用71.1.8 蓝牙传输模块的工作原理81.1.9 蓝牙网络结构9Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.1.1.1 蓝牙无线数据传输入门蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线传输拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。1.1.2 蓝牙技术发展现状及前景虽然蓝牙具有广阔的市场，但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。根据蓝牙的定位，蓝牙应该通过一个体积小、成本低、功耗小、跳速快的单芯片来实现，只有低廉的价格才能在现有的通信产品、家电产品和办公产品中引入蓝牙技术。目前真正基于蓝牙的特性的应用还是很少，这也成为影响蓝牙市场发展的重要因素。蓝牙的技术特点是促进蓝牙市场成熟的关键。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性标准，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。如果把蓝牙技术引入到现代通讯等数字设备工具中，就可以去掉令人讨厌的连接电缆。蓝牙技术还具有plonk and play的概念，有点类似“即插即用”的概念，任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无须用户进行任何设置，可以解释成“即连即用”。这在无线电情况非常嘈杂的环境下，它的优势就更加明显了。蓝牙技术的另一大优势是它应用了全球统一的频率设定，这就消除了“国界”障碍，而在蜂窝式移动电话领域，这个障碍已经困扰用户多年。这将进一步刺激市场的成长。目前，蓝牙的初期产品已经问世，一些芯片厂商已经开始着手改进具有蓝牙功能的芯片。与此同时，一些颇具实力的软件公司或者推出自已的协议和软件，或者与芯片厂商合作推出蓝牙技术实现的具体方案。尽管如此，蓝牙的未来还决定于以下几个方面：一是标准。不同版本不能兼容，从而造成了现在蓝牙市场上有几大标准共存却各自为政的现象。事实上，蓝牙标准的不统一竟然是由于因为蓝牙一贯被标榜为公开、开放的协议。其标准和规格制定也采用在SIG体系内公开讨论的方式进行，导致标准制定旷日费时，往往需要一年左右时间才能完成一项新的标准或者规格，常常落后于市场需求。首先要降低成本；其次要实现方便、实用，并真正给人们带来实惠和好处；第三要安全、稳定、可靠地进行工作；第四要尽快出台一个有权威的国际标准。一旦上述问题被解决，蓝牙将迅速改变人们的生活与工作方式，并大大提高人们的生活质量。还有一个影响因素就是其他的无线技术发展迅速。如工作在2.4GHz频段的802.11b无线局域网络标准目前正引起了业界的普遍关注，主要是因为802.11b是较成熟的无线技术，它已有统一的标准。与蓝牙相比较，IEEE802.11系统在开发和制造方面占据优势，并具备更高的数据传输率。红外线传输再加上电力线局域网络又是一个有着巨大生命力的无线系统。超宽带(ultrawideband，UWB)的短距离通信技术标准现在开始对蓝牙的传统领域提出了挑战。可以预见，未来的信息家电将是以因特网和家庭网络为基础，能以无线连接实现双向传输，蓝牙技术是符合信息家电发展趋势的优选技术。蓝牙技术将会给信息社会中，人们工作和生活方式带来一场新的革命。在不久的未来，基于蓝牙技术的产品将会形成一个新的浪潮，势不可挡地席卷全球。而它的发展前景将同计算机、互联网一样融入人们生活的每一个角落。1.1.3 蓝牙技术应用环境玩游戏、听音乐、结交新朋、与朋友共享照片，越来越多的消费者希望能够方便即时地享受各种娱乐活动，而又不想再忍受电线的束缚。Bluetooth无线技术是唯一一种能够真正实现无线娱乐的技术。内置了Bluetooth技术的游戏设备，让您能够在任何地方与朋友展开游戏竞技在地下通道、在飞机场或在起居室中。由于不需任何电线，玩家能够轻松地发现对方，甚至可以匿名查找，然后开始令人愉快的游戏。Bluetooth无线技术将很快实现使用无线耳机方便地欣赏MP3播放器里的音乐，抛弃妨碍我们使用跑步机、驾驶汽车或在公园游玩的电线。发送照片到打印机或朋友的手机也非常简单。现在，很多商店提提供打印站服务，让消费者能够通过Bluetooth连接打印拍照手机上的照片。娱乐不再局限于设备的线长范围内。不管是骑自行车、徒步旅行、滑雪还是旅行，Bluetooth技术都扩大了业余活动的活动范围，带来真正的无线体验。在下山的斜坡路上无线欣赏音乐，并停下来进行通话。制造商目前能使用Bluetooth技术将MP3播放器手机连接到内置了立体声耳机的滑雪头盔和帽子上。在山上，通过Bluetooth连接将GPS设备链接到PDA上，就能知道您身在何处。地理寻宝和徒步旅行爱好者期待着到最新启用Bluetooth的设备来帮助他们确定路线和跟踪行程。在市里，通过连接到MP3手机或MP3播放器的立体声耳机无线欣赏音乐。暂停音乐以接听来电，通话完毕后继续欣赏。不管是在等待公共汽车还是乘坐火车，您都可以使用Bluetooth技术打发时间。对于装有游戏的设备，可搜索启用类似设置的设备来进行多人游戏。使用在Bluetooth电话上运行的软件应用程序，查找您身边有相同兴趣的其他人，或只是用于识别那些您在日常路线上遇到的Bluetooth设备。看看那些经常与您擦身而过的“熟悉的陌生人”。通过Bluetooth技术，向启用类似设置的手机发送消息，结交新朋友。借助Bluetooth技术扩大您的社交网络。【行动过程】1.1.4 蓝牙技术的特点l 射频特性 工作在2.45GHz频段 收发机配置符合IEEE 802标准48位地址 数据频率为1Mbs 使用扩频和跳频技术，噪音环境也能工作 工作范围约10m，可加至100m l TDMA结构 在1.0B版本的标准中，蓝牙的基带符号速率为1Mb/s，采用数据包的形式按时隙传送，每时隙0.625ms，不排除将来采用更高的符号速率。蓝牙支持64kb/s的实时语音传输和各种速率的数据传输，语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制（CVSD，Continuos Variable Slope Delta Modulation）。语音和数据可单独或同时传输。当仅传输语音时，蓝牙设备最多可同时支持3路全双工的话音通信；当语音和数据同时传输或仅传输数据时，支持433.9 kb/s 的对称全双工通信，或723.2kb/s、57.6 kb/s 的非对称双工通信，后者特别适合无线访问Internet。另外，还采用CRC (Cyclic Redundancy Check)、FEC (Forward Error Correction) 及ARQ (Automatic Repeat Request) 以提高通信的可靠性l 使用调频技术 跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫做伪随机码，就是假的随机码）不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。 与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对应于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳每秒，对应于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时(包括寻呼和查询)则提高为3,200跳每秒。使用这样高的跳频速率，蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力l 蓝牙设备的组网 根据网路的概念提供点对点和点对多点的无线链接。在任意一个有效通信范围内，所有设备的地位都是平等的。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)。利用TDMA，一个Master最多可同时与7个Slave进行通信并和多个Slave（最多可超过200个）保持同步但不通信。一个Master和一个以上的Slave构成的网路称为蓝牙的主从网路(Piconet)。若两个以上的Piconet之间存在著设备间的通信，则构成了蓝牙的分散网路(Scatternet)。基於TDMA原理和蓝牙设备的平等性，任一蓝牙设备在Piconet和Scatternet中，既可作Master，又可作Slave，还可同时既是Master又是Slave。因此，在蓝牙中没有基站的概念。另外，所有设备都是可移动的。l 全球范围内的工作 蓝牙的基本出发点是可使其设备能够在全球范围内应用於任意的小范围通信。任一蓝牙设备，都可根据IEEE 802标准得到一个唯一的48-bit的BD_ADDR，它是一个公开的地址码，可以通过人工或自动进行查询。在BD_ADDR基础上，使用一些性能良好的演算法可获得各种保密和安全码，从而保证了设备识别码(ID，Identification)在全球的唯一性，以及通信过程中设备的鉴权和通信的安全保密l 软件的层次结构 和许多通信系统一样，蓝牙的通信协议采用层次结构。其底层为各类应用所通用，高层则视具体应用而有所不同，大体上分为计算机背景和非计算机背景两种方式，前者通过主机控制接口(HCI，Host Control Interface)实现高、低层的联接，后者则可不用HCI。这种层次结构使其设备具有最大可能的通用性和灵活性。根据通信协议，各种蓝牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其它蓝牙设备，从而构成Piconet或Scatternet ，实现系统提供的各种功能。1.1.5 蓝牙协议栈介绍蓝牙协议规范的目标是允许遵循规范的应用能够进行相互间操作蓝牙SIG规范的完整蓝牙协议栈如图：完整的蓝牙协议栈蓝牙核心协议蓝牙的核心协议由基带，链路管理，逻辑链路控制与适应协议和服务搜索协议等4部分组成（1）基带协议基带协议确保各个蓝牙设备之间的射频连接，以形成微微网络。（2）链路管理协议链路管理协议（LMP）负责蓝牙各各设备间连接的建立和设置。LMP通过连接的发起，交换和核实进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；还控制无线设备的节能模式和工作周期，以及微微网络内设备单元的连接状态。（3）逻辑链路控制和适配协议逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）是基带的上层协议，可以认为L2CAP与LMP并行工作。L2CAP与LMP的区别在于当业务数据不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。（4）服务搜索协议使用服务搜索协议（SDP），可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝牙设备间建立相应的连接。1.1.6 蓝牙技术数据安全防范个人生产设备的快速蔓延趋势正在不断加强，伴随着这个趋势，使用蓝牙的设备也在不断的增长。和其他流行的技术一样，蓝牙正日渐成为黑客的攻击目标。蓝牙设备可以轻易的彼此互连。这也是这个标准被开发出来的目的所在。因此，许多设备生产商在部署蓝牙时，往往只提供了连接的简易性，却忽视了因此而暴露个人或者企业信息资产的巨大风险。1.1.6.1 蓝牙安全模式蓝牙标准定义了3种安全模式被配置为安全模式1的设备没有任何安全机制。这种类型的连接绝对不能被用于共享敏感数据。安全模式2是三种模式之中最具弹性的。一旦两台设备建立了一个物理信道，可以对应用程序以及服务应用营运策略，以规定所需的安全级别。并非所有的应用程序或者服务都必须使用同一安全级别。举例来说，一个健康组织可能会配置一个应用程序在蓝牙设备之间共享患者的信息。在这种情况下，认证，加密，以及授权措施都应该被使用。认证允许一台设备拒绝连接企图，而加密则保护在信道中交换的数据。不过，这些设备却可以共享一些无需加密数据传输的公用信息（比如名片等）。这种仅仅在需要时才使用蓝牙安全措施的能力，可以帮助增强用户性能优化的相关体验。它同样也可以限制连接的设备连接到某个可用服务的子集上。而授权的使用，则可以让一个提供服务的设备根据具体的规则，允许一个连接设备使用某些服务，但却不可以使用其他服务。模式3的安全是最安全的，但是弹性不如模式2。当使用模式3建立了一个信道后，在信道建立完毕之前，就开始了认证协商和加密协商。之后设备之间传输的所有信息都会被加密。但是授权将不被需要，因为一般假定两台设备之间如果通过模式3建立信道的话，它们彼此就是可以全权访问对方所有可用数据以及所有服务的。1.1.6.2 蓝牙的漏洞虽然对蓝牙来说，安全是可以使用的，但是许多的智能手机，移动电话，以及其他设备制造商们还是选择使用了安全模式1。另外，海量的设备都被设置成了“发现/对所有人可用”的模式，这会让设备对所有的服务探查都做出回应。这可以让用户迅速体验到使用piconet的好处，而无需去费神担心具体安全配置的过程。蓝牙设备使用“对所有人可见”模式，标志着设备时刻准备和其他设备建立连接。由于缺乏任何机制以阻止非法访问，这些设备所有的数据都暴露在外，或面临被恶意软件快速传播的危险。无法关闭“发现/对所有人可用”的模式，或无法部署起码模式2的安全级别，可能会导致企业的信息遭到下述方式的泄漏：敏感数据可以被随意浏览攻击者可以盗打电话对相关设备可以进行拒绝服务攻击通讯录可以被人随意下载设备可能被安装恶意软件，以便进一步感染其他设备，包括网络上的附加设备。攻击者可以安装恶意软件，从而获取该设备的当前控制权1.1.6.3 保护蓝牙网络有许多方法可以保护蓝牙设备安全。面对各种安全挑战，首要任务是知晓正确的使用蓝牙设备的方法，以及错误的做法是什么。作为最低限度，策略应当解决下述问题：设置设备，任何连接请求都必须得到用户的批准当不使用蓝牙功能时，应当关闭不使用模式1的蓝牙设备；确保仅在对可信任设备配对时才使用发现模式信任设备应当在安全环境中进行配对，以远离恶意势力的侵扰在合理举例之内，最小化设备使用的范围考虑在每台蓝牙设备上安装反病毒软件和个人防火墙软件1.1.7 蓝牙技术的常见应用l 蓝牙音箱无线蓝牙音响是通过蓝牙技术将音乐传入音响并进行操作和播放，相比传统音响而言省去了布线的麻烦，更注重于实用性和为热爱移动的人们带来的便携性-蓝牙模组。比较好的无线蓝牙音响有着良好的高保真效果，正常情况下有效距离10米范围以内，穿墙效果相对较差，最新一代的蓝牙4.0效果更好更节能,未来会有更大突破,目前10米左右的距离基本上可以保证一般用户家庭需求！蓝牙应用的是全球通用的2.4GHz频段以上的设备，蓝牙在2.4GHz频段中划分为79个子频段，在工作时，蓝牙将会选用其中的均间隔的79个1MHz信道之间跳频，并依靠短包技术进行通信。l 蓝牙应用为移动医疗带来新契机自蓝牙技术联盟推出全新4.0版本技术以来，各制造商会员陆续为新技术创造具体的应用方式：将三种规格(传统蓝牙技术、蓝牙低耗能技术及蓝牙高速技术)合而为一，三种规格可以依据其功能需要同时或单独使用于不同设备。蓝牙4.0版本内包括很多不同的配置文件(profile)，应用于不同的应用案例及个性方案。蓝牙核心规格版本是一个全新的主机架构，加入了属性协议(AttributeProtocol)及通用属性配置文件(GATT)，配置文件和服务组合利用这个新的架构，优化受电池限制设备的数据传输。在这个新架构下，不同的配置文件使能量消耗大幅减少，制造商可因应不同配置或功能，采用不同的蓝牙配置文件，以应用于产品上并达到专有的功能。“未来，人们将越来越熟悉某些蓝牙技术的应用，同时我们也将会见到更多惊喜的创新应用。” 蓝牙技术联盟执行总监麦弗利博士(Michael Foley,Ph. D.)说道：“蓝牙技术能为我们创造美好生活带来无限的可能性。”蓝牙4.0版本技术中低耗能技术的的特点是可进行双模、单模两种应用。在双模应用中，蓝牙低耗能的功能会整合至现有的传统蓝牙控制器中，共享传统蓝牙技术既有的射频和功能，相较于传统的蓝牙技术增加的成本更小。另外，低耗能的单模组芯片组则是一个高度集成的装置，具备轻量式连结层(LinkLayer)，能在最低成本的前提下，支持低耗能的待机模式、简易的装置还原方案、可靠的点对多点的资料传输、安全的加密连结等。蓝牙4.0版本低耗能技术为众多在在医院、诊所和家庭保健应用等医疗设备的连接创造了一个标准化的方法，同时也为这些设备创造了大量机会，让他们可以连接至手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、其它个人计算平台，以及健康、家庭保健和医疗设备配件等设备群中。值得注意的是，仅在2010年中就有超过17亿件蓝牙产品推出市场，而目前全球正在使用的蓝牙设备已超过30亿件。虽然在收集数据和专用通信设备等方面还有部分技术限制，但随着蓝牙4.0版本的蓝牙体温计、心率监测器、血压器、听诊器等相继推出。它已经开启了新一代在医疗和健身领域无线监测设备的一扇大门。未来蓝牙产品或许将在不同领域的新兴市场掀起一连串热潮。l 工作中的蓝牙技术应用过去的办公室因各种电线纠缠不清而非常混乱。从为设备供电的电线到连接计算机至键盘、打印机、鼠标和 PDA 的电缆，无不造成了一个杂乱无序的工作环境。在某些情况下，这会增加办公室危险，如员工可能会被电线绊倒或被电缆缠绕。现在，通过蓝牙无线技术，办公室里再也看不到凌乱的电线，整个办公室也像一台机器一样有条不紊地高效运作。PDA 可与计算机同步以共享日历和联系人列表，外围设备可直接与计算机通信，员工可通过蓝牙耳机在整个办公室内行走时接听电话，所有这些都无需电线连接。蓝牙 技术的用途不仅限于解决办公室环境的杂乱情况。启用蓝牙的设备能够创建自己的即时网络，让用户能够共享演示稿或其它文件，不受兼容性或电子邮件访问的限制。蓝牙 设备能方便地召开小组会议，通过无线网络与其它办公室进行对话，并将干擦白板上的构思传送到计算机。不管是在一个未联网的房间里工作或是试图召开热情互动的会议，蓝牙 无线技术都可以帮助您轻松开展会议、提高效率并增进创造性协作。目前，市场上有许多产品都支持通过蓝牙连接从一个设备向另一个设备无线传输文件。类似 eBeam Projection 之类的产品支持以无线方式将白板诸葛亮会的会议记录保存在计算机上，而其它一些设备则支持多方参与献计献策。 消除台式机杂乱的连线，实现无线高效办公。蓝牙 无线键盘、鼠标及演示设备可以简化工作空间。将 PDA 或手机与计算机无线同步可以及时有效地更新并管理用户的联系人列表和日历。您需要快速、有效且安全的销售方式吗？现在有越来越多的移动销售设备支持 蓝牙 功能，销售人员也得以使用手机进行连接并通过 GPRS、EDGE 或 UMTS 移动网络传输信息。您可以使用蓝牙技术将移动打印机连接至膝上型计算机，现场为客户打印收据。不管是在办公室、在餐桌上、或是在途中，您的工人都可以减少文书处理，缩短等待时间，为客户实现无缝事务处理。提高物流效率。通过使用蓝牙技术连接，货运巨擘 UPS 和 FedEx 已成功减少了需要置换的线缆的使用，并显著提高了工人的效率。1.1.8 蓝牙传输模块的工作原理1.1.8.1 蓝牙通信的主从关系蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。 理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。 一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。 一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。1.1.8.2 蓝牙的呼叫过程蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备，此时从端设备需要处于可被查找状态， 主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，一般蓝牙耳机默认为：1234或0000，立体声蓝牙耳机默认为：8888，也有设备不需要输入PIN码。 配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，根据应