蓝牙笔记《蓝牙技术基础》

第1章蓝牙技术基础知识

蓝牙技术可分为两类：基础率/增强数据率（BR/EDR）和低耗能（LE）。

BR/EDR：支持持续无线连接，以点对点（P2P）结构建立1:1通信。音频数据流是无线扬声器、耳机和免提车载系统的理想选择。

LE：包括三种连接结构，点对点（一对一）（数据传输理想选择，适用健身追踪器、健康监测仪）、广播（一对多）（兴趣点信息和寻路寻物服务等信标解决方案）和网格（多对多）（建筑自动化、传感器网络和资产跟踪等）。

BR/EDR协议规范：媒体音频服务规范A2DP，音视频控制规范AVRCP，手机音频服务规范HFP，对象推送规范OPP，电话本访问规范PBAP，个人局域网规范PAN，人机交互规范HID。

蓝牙可分为三层：1、APP，用户能接触到的交互层，应用层，使用蓝牙服务，蓝牙行为的发起方。2、蓝牙进程的JAVA实现部分，中间层，用于封装蓝牙服务，向APP提供接口。3、JNI及以下的软硬件层次，底层，用于实现蓝牙协议，与外设交互并向上层提供服务基础。

蓝牙APP调用API并经Binder与APK中相应的服务交互。

SIG：蓝牙特殊利益集团

蓝牙产品：一类是在已有的家用电器产品上增加蓝牙功能，另一类是以蓝牙功能为主的新产品。

第2章蓝牙运行信道上的电波传播

蓝牙无线连接方式：射频RF通信广播方式，接收机与发送机频率谐振相同。

无线电波传播方式：地面传播、电离层传播、直射波（视距/视线传播）（蓝牙无线电波）、散射波。

蓝牙无线电波波长极短，在设备间要尽量减少衍射产生，减少发送与接收设备之间的障碍物，障碍物会让无线电波弯曲。

小尺度衰落：发射天线在较短的范围内移动，电磁波也会随之移动，电场强度也会波动，由此会引起衰减。不同方向的电磁信号合成，信号相位的随机性导致合成信号有较大的变化范围。

信道：通信网中输送信息的通道。是一段频带，通过某些频率，阻挡某些频率。
无线信道：分为业务信道（包括数据信道和语音信道，同一条信道分时占用，语音信号的载波频率有别于数据信号）和控制信道（传递控制信号，主要是呼叫Page和接入Access）。

呼叫用于控制信道的下行信道，指移动中心寻找移动用户的过程。接入用于上行信道，指移动用户寻找移动中心的过程。

蓝牙频段：2.400-2.4835GHz（大多数国家），分配79个跳频信道；2.4465-2.4835GHz（法国等少数国家），分配23个跳频信道。信道带宽都是1MHz。

2.4GHz是水分子的谐振频率，即微波炉的工作频点。由于微波泄漏，在微波炉旁使用蓝牙设备会阻挡蓝牙数据传输，削减蓝牙信息量。

扩展频谱跳频技术：由于2.4GHz是免费频段，又称ISM（工业科学医疗）频段，非常拥挤会相互干扰，因此用频率、时间等方法将可用的无线带宽分割成一段一段的，在每一段内选一个频率。
跳频：在一次传输中，信号从一个频率跳到另一个频率。蓝牙设备使用一个频率发送或接收一个数据分组后，立即按照一定的码序列（又称伪随机码）跳到另一个频率，并不长期在一个频率上工作。

蓝牙跳频信道：具有发送器和接收器按相同次序一起跳频的功能。主单元在发送数据的同时把自己的本地时钟传送给从单元，从单元就能与主单元一起同步跳频。

分贝（dB）：是级差（放大倍数）的计量单位，=10lg(输出功率/输入功率)。为正即增益，为负即衰耗。

分贝瓦（dBW）=10log(P(W)/1(W))，分贝毫瓦（dBmW或dBm）=10log(P(mW)/1(mW))，表示绝对功率的大小。

蓝牙无线电波特点：1、传播范围在室内，覆盖面积小、传输距离近、受建筑材料影响。2、存在反射折射衍射散射等。3、建筑物的影响是主要干扰源，包括静态影响和动态影响。

多普勒频移：移动通信设备在一边移动一边发出无线电波给接收方，导致接收到的电波频率发生变化。

第3章蓝牙发射和接收技术

跳频次数：1600次/s。额定传输速率：1MB/s，由于错误校正及环境因素，真实传输速率约为700KB/s-800KB/s。

蓝牙设备必备模块：射频单元（RF）、基带单元、微控制器、存储器。
三种集成方法：单一芯片（四个模块集成到一个芯片），四芯片（每个模块一个芯片），三芯片（基带与微控制器集成在一个芯片内）。
蓝牙调制方式：高斯滤波移频键控GFSK。

每个微微网的跳频序列都是唯一的，由主节点的蓝牙设备地址决定，跳频序列的相位取决于主节点的蓝牙时钟。

信道进一步划分为时隙，每个时隙对应一个射频频率。时隙编号从0到2^{27-1，以周期2}27循环，编号依据主节点的时钟而定。每一时隙占时625us。
时分双工传送方式：主单元只在偶时隙发送，从单元只在奇时隙发送，错开发送时间。

两种链路：异步无连接ACL（主节点到从节点之间的点到多点）和同步面向连接OSC（主节点到唯一从节点的点到点）。

微微网：一个主节点使用不同的跳频序列与7个从节点进行通信的个人局域网。

散射网中每个微微网有一个识别频率用于与其他微微网区分，同一微微网中所有用户节点都必须与每个识别频率同步。因此散射网中每个从节点要识别跳频序列中两个不同的频率：微微网中的识别频率和本网中的通信频率。

主从节点转换：建立一个新的微微网。

跳频选择的依据：蓝牙时钟和蓝牙地址。

蓝牙语音通信数据压缩方法：波形编码法和语音编码法。

信噪比S/N：信号功率与量化噪声功率之比

第4章蓝牙分组和数据传输技术

蓝牙信道复用技术：在一个信道上传输多个数据信号。实现方法是采用多址技术（频分多址技术FDM，时分多址技术TDM，码分多址技术CDM），蓝牙信号传送在微微网内采用时分复用方案，在散射网内、微微网外采用频分复用方案，分为同步传送和异步传送。

轮询（轮流询问）规则：异步时分传送（又称分组传送）时，时分开关按照事先确定的读数规则读取缓冲器上的数据，该读数规则即为轮询规则，方法有均分读法（每个缓冲器只读一个分组就转至下一个）、完全读法（每个缓冲器所有分组读完再转至下一个）和自动读法（轮询到某个缓冲器，由分组的标志头信息决定是否读取分组，由缓冲器的状态决定读多少个分组）。

分组交换：一种异步时分复用传送技术。把报文截成较短的经过规格化处理了的、带有一定独立含义的一小段数据组。允许并行传输报文。

分组产生与组合装置（PAD）：能将报文分解为分组，又能将分组组合成通信报文的装置。

分组无线交换网衡量质量优劣的技术指标：通过率T（单位时间内成功穿越信道的分组平均所占时间）和传输延时D（一个数据分组从产生到接收端收到所需的平均时间）。

分组无线交换网数据传输的特征：1、组网方式灵活，中心站和中断站都可有可无，各有优点。2、数据经过硬件电路传输会发生延时。3、传输方式有单跳传输（任一节点与其他节点都有无线通路，全连通网络）和多跳传输（任一节点与其他节点没有直接的无线通路，必须通过其他节点转发，非全连通网络）之分。

三种数据传输类型：一对一传输、一对多传输、多对一传输。

多对一数据传输的多址方式：随机多址方式。包括随时发送、扩频和伪码三种形式。

根据数据在信道上的传输过程划分，蓝牙分组可分为三类：ACL分组、SCO分组和链路控制分组。

蓝牙纠错方法：前向纠错FEC和自动重复请求（又称检错重发）ARQ。

蓝牙通信过程的3个确认：1、通信之前，发送方不仅要确认自己是否已经把要发送的数据准备好，还要确认接收方是谁，不能盲目发送。2、在建立了双方的联系后传输数据，传输过程中要确认数据是否已经正常传输完毕。3、数据传输结束后及时断开通道，不占用信道浪费资源，即确认双方都已离开通道。

蓝牙数据传输步骤：1生成数据分组；2接通信道；3启动接口；4传输数据；5检查通信协议的执行情况；6结束通信；7断开通信通道。

蓝牙数据传输基本规则：建立起适于传输的数据链路；传输过程中实施纠错控制；随时能够处理异常突发情况；有效地结束数据传送。

数据传输的格式：信息电文和监控电文

蓝牙信道：链路控制控制信道（LC），链路管理控制信道（LM），异步数据用户信道（UA），等时数据用户信道（UI），同步数据用户信道（US）。5种

蓝牙时钟用途：主节点的时钟能够确定微微网信道的定时和跳频，从节点时钟用于增加补偿值与主节点时钟同步。

蓝牙链路的基本状态：2种主要状态（待机和连接）和7种子状态（呼叫、呼叫扫描、查询、查询扫描、主应答、从应答、从查询）。主状态是稳定工作状态，子状态是有新从节点出现时的过渡状态。

实施呼叫和查询的方法是使用设备识别代码DAC和查询识别代码IAC。

强制呼叫方案适用情况：节点之间的第一次通信；呼叫紧跟查询之后。

呼叫子状态：主节点唤醒从节点并相互连接的过渡状态。此过渡过程中主节点和从节点都处在呼叫状态中。

呼叫扫描子状态：蓝牙设备在呼叫的同时还要扫描。在此状态下若相关输出型号越过触发阈值，节点将进入“从应答”子状态。

查询子状态：发送端在不知道接收端地址的情况下的一种应用，或者发送端去发现其他蓝牙设备是否在其应用范围内的一种操作。

查询与呼叫的不同：1、查询发出的查询分组，不包括查找单元自身的信息，一般为ID分组，主要内容是被查询单元设备的标识信号（一种查询访问码GIAC）和要求被查询设备在查找到之后发出应答的信号。2、查询ID分组是在不同的跳频点连续发出的，查询跳频序列取自GIAC的低地址部分LAP。3、查找单元进入查询子状态，被查找单元进入查询扫描子状态，且不强求被查找单元对查询进行响应。

蓝牙设备连接初始化时，当其他蓝牙连接设备地址已知时用呼叫，地址不知道时用查询。

从查询子状态：从节点应答查找单元查询访问码时所处的子状态。

待机主状态：默认状态，低功耗模式。

连接主状态：蓝牙单元有4种操作模式，激活模式（蓝牙单元积极参与通信）、呼吸模式（蓝牙单元在一种特定时隙上开始传输）、保持模式（从单元不支持信道上的ACL分组）和休眠模式（蓝牙设备维持一种低功耗的通电状态）。

解除休眠的两种方法：1主单元通过发送带有休眠从单元地址的专用LMP命令，解除从单元的休眠。2从单元通过访问窗口申请访问信道。一个主单元最多可以连接255个休眠从单元。

第5章蓝牙信息安全技术

蓝牙信息安全：蓝牙数据的安全、蓝牙设备的安全

信息安全的任务：防止信息泄露；防止信息遭到破坏。

蓝牙信息安全主要从底层链路层和高层应用层着手：链路层有4个方面1、为每个用户提供唯一的48位蓝牙设备地址2提供128位的链路密钥3提供一个8-128位的加密密钥4提供一个128位的随机数。应用层层面上，加入安全保护机制。

第6章蓝牙核心协议

基带协议：在微微网的多个设备之间建立起被称为链路的物理RF连接，并同步微微网内蓝牙设备的跳频频点和本地时钟。提供了两种物理链路，同步面向连接链路SCO和异步无连接链路ACL。
SCO数据分组内容是数据和语音，或只有语音；ACL数据分组仅限于数据。

链路管理协议（LMP）：基带协议的直接上层。3个功能：控制和处理待发送数据分组的大小；管理蓝牙单元的功率模式及其在蓝牙网中的工作状态；控制链路和密钥的生成、交换和使用。

逻辑链路控制和适配协议L2CAP：与LMP并行工作，共同传送往来基带层的数据。为上层提供服务。仅支持ACL链路。主要功能：协议的复用能力、分组的重组和分割、组提取。

服务发现协议SDP：让两个不同的蓝牙设备相识并建立连接，为蓝牙的应用规范打下基础。

第7章蓝牙开发与测试技术

与数据处理器相比，语音处理器的两个特征：语音链路中需要专门的语音处理程序；一个微微网最多允许3个语音链路。