藍牙技術原理及應用

1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,藍牙技術原理及應用,主講：周洋,PPT模板下載：www.1ppt.com/moban/ 行業(yè)PPT模板：www.1ppt.com/hangye/ 節(jié)日PPT模板：www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下載：www.1ppt.com/sucai/PPT背景圖片：www.1ppt.com/beijing/ PPT圖表下載：www.1p

2、pt.com/tubiao/ 優(yōu)秀PPT下載：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程： www.1ppt.com/word/ Excel教程：www.1ppt.com/excel/ 資料下載：www.1ppt.com/ziliao/ PPT課件下載：www.1p

3、pt.com/kejian/ 范文下載：www.1ppt.com/fanwen/ 試卷下載：www.1ppt.com/shiti/ 教案下載：www.1ppt.com/jiaoan/,制作:,汪翔吳智星,,,,,,,,藍牙，是一種支持設備短距離通信(一般10m內)的無線電技術，經過近幾年的發(fā)展，我們對它已不再陌生，它也是目前數碼產品中不可或缺的模塊。藍牙技術的出現讓我們在連接各種設備的時候不再被繁多的數據

4、線所束縛，比如音響、電腦、鼠標、鍵盤，甚至是汽車。這技術是在兩個設備間進行無線短距離通信的最 簡單、最便捷的方法，也能夠簡化設備與因特網Internet之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速高效。,前言,,,,,,,,,藍牙的技術介紹,,藍牙的技術原理,,藍牙的主要特點,,藍牙的應用,1,2,3,4,,,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙已經經過8個版本的更新，分別為1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2?！∷{牙1.

5、1標準　　1.1 為最早期版本，傳輸率約在748~810kb/s，因是早期設計，容易受到同頻率之產品所干擾下影響通訊質量。藍牙1.2標準　　1.2 同樣是只有 748~810kb/s 的傳輸率，但在加上了(改善 Software)抗干擾跳頻功能。,,,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙2.0標準　　2.0 是 1.2 的改良提升版，傳輸率約在 1.8M/s~2.1M/s，開始支持雙工模式——即一面作語音通訊，同時亦可以傳輸檔案/高質素

6、圖片，2.0 版本當然也支持 Stereo 運作。Bluetooth 2.0+EDR標準在技術上作了大量的改進，但從1.X標準延續(xù)下來的配置流程復雜和設備功耗較大的問題依然存在。藍牙2.1標準　　2007年8月2日，藍牙技術聯盟今天正式批準了藍牙2.1版規(guī)范，即“藍牙2.1+EDR”，可供未來的設備自由使用。和2.0版本同時代產品，目前仍然占據藍牙市場較大份額，相對2.0版本主要是提高了待機時間2倍以上，技術標準沒有根本性變化。,,

7、,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙3.0標準　　2009年4月21日，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)正式頒布了新一代標準規(guī)范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(藍牙核心規(guī)范3.0版 )，藍牙3.0的核心是"Generic Alternate MAC/PHY"(AMP)，這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協議棧針對任

8、一任務動態(tài)地選擇正確射頻?！　∷{牙3.0的數據傳輸率提高到了大約24Mbps(即可在需要的時候調用802.11 WI-FI用于實現高速數據傳輸)。在傳輸速度上，藍牙3.0是藍牙2.0的八倍，可以輕松用于錄像機至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機之間的 資料傳輸，但是需要雙方都達到此標準才能實現功能。,,,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙4.0標準　　藍牙4.0規(guī)范于2010年7月7日正式發(fā)布，新版本的最大意義在于低功耗，同時加強不

9、同OEM廠商之間的設備兼容性，并且降低延遲，理論最高 傳輸速度依然為24Mbps(即3MB/s)，有效覆蓋范圍擴大到100米(之前的版本為10米)。該標準芯片被大量的手機、平板所采用，如蘋果The New iPad平板電腦，以及蘋果iPhone 5、魅族MX4、HTC One X等手機上帶有藍牙4.0功能。,,,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙4.1標準　　藍牙4.1于2013年12月6日發(fā)布，與LTE無線電信號之間如果同時傳輸數據，那么

10、藍牙4.1可以自動協調兩者的傳輸信息，理論上可以減少 其它信號對藍牙4.1的干擾。改進是提升了連接速度并且更加智能化，比如減少了設備之間重新連接的時間，意味著用戶如果走出了藍牙4.1的信號范圍并且斷 開連接的時間不算很長，當用戶再次回到信號范圍中之后設備將自動連接，反應時間要比藍牙4.0更短。最后一個改進之處是提高傳輸效率，如果用戶連接的設備 非常多，比如連接了多部可穿戴設備，彼此之間的信息都能即時發(fā)送到接接收設備上。,,,,,,,,藍

11、牙技術介紹,藍牙4.2標準　　2014年12月4日，最新的藍牙4.2標準頒布，改善了數據傳輸速度和隱私保護程度，并接入了該設備將可直接通過IPv6和6LoWPAN接入互聯網。在新的標準下藍牙信號想要連接或者追蹤用戶設備必須經過用戶許可，否則藍牙信號將無法連接和追蹤用戶設備?！　∷俣确矫孀兊酶涌焖伲瑑刹克{牙設備之間的數據傳輸速度提高了2.5倍，因為藍牙智能(Bluetooth Smart)數據包的容量提高，其可容納的數據量相當于此前

12、的10倍左右。,,,,,,,,藍牙技術介紹,藍牙是一個開放性的無線通信標準，設計者的初衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標和宗旨是：保持聯系，不靠電纜，拒絕插頭，并以此重塑人們的生活方式。它將取代目前多種電纜連接方案，通過統(tǒng)一的短程無線鏈路，在各信息設備之間可以穿過墻壁或公文包，實現方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數據通信。 它推動和擴大了無線通信的應用范圍，使網絡中的各種數據和語音設備能互連互通，從而實現個人區(qū)域內的快速靈活的數

13、據和語音通信?！八{牙”技術的目的是使特定的移動電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設備的主機之間在近距離內實現無縫的資源共享。。,,,,,,,,藍牙技術介紹,具體地說，“藍牙”技術的作用就是簡化小型網絡設備（如移動PC、pad、手機）之間以及這些設備與Internet之間的通信，免除在無繩電話或移動電話、調制解調器、PDA、計算機、打印機、局域網等之間加裝電線、電纜和連接器。此外，藍牙技術還為已存在的數字網絡和外設提供通用接口以組建一個遠

14、離固定網絡的個人特別連接設備群。藍牙技術使用全球通行的、無需申請即可使用的2.45GHzISM（工業(yè)Industry、科學Science、醫(yī)學Medicine）頻段。,,,,,,,,藍牙技術介紹,若以2.45GHz為中心頻率，在這個頻段上最多可設立79個帶寬為1MHz的信道。其收發(fā)信機采用跳頻擴譜技術，在2.45GHzISM頻段上以1600跳/秒的速率進行跳頻通信在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數據速率為721kb/s，最高數據速度可達1

15、Mb/s。由于采用低功率時分復用方式工作（發(fā)射），其有效傳輸距離大約為10m，加上功率放大器時，傳輸距離可擴大到100m。藍牙數據包在某個載頻上的某個時隙內傳遞，不同類型的數據（包括鏈路管理和控制消息）占用不同信道，并通過查詢（Inquiry）和尋呼（Paging）過程來同步跳頻頻率和不同藍牙設備的時鐘。除采用跳頻擴譜的低功率傳輸外，藍牙還采用鑒權和加密等措施來提高通信的安全性。,,,,,,,,,藍牙的技術介紹,,藍牙的技術原理,,藍牙

16、的主要特點,,藍牙的應用,1,2,3,4,,,,,,,,藍牙技術原理,,,,藍牙的主要技術,藍牙的系統(tǒng)組成,,藍牙的核心協議,,,,,,,,藍牙的主要技術,藍牙以無線LANs的IEEE802.11標準技術為基礎。應用了“Plonkandplay”的概念（類似“即插即用”），即任一藍牙設備一旦搜尋到另一個藍牙設備，馬上就可以建立聯系，而無需用戶進行任何設置，因此可以解釋成“即連即用”。藍牙技術涉及一系列軟硬件技術、方法和理論，包括：無線通

17、信與網絡技術、軟件工程、軟件可靠性理論、協議的測試技術、規(guī)范描述語言、嵌入式實時操作系統(tǒng)（EmbeddedRTOS）、跨平臺開發(fā)和用戶界面圖形化技術、軟硬件接口技術（如RS232，UART，USB等），高集成、低功耗芯片技術等。,,,,,,,,藍牙技術原理,,,,藍牙的主要技術,藍牙的系統(tǒng)組成,,藍牙的核心協議,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,藍牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍牙軟件（協議棧）單元四個功

18、能單元組成。,注:每個獨立的同步藍牙網絡就被稱為一個微微網（piconet）。,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,天線單元： 藍牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍牙天線屬于微帶天線。藍牙空中接口是建立在天線電平為０dB的基礎上的。空中接口遵循有關電平為０dB的ISM頻段的標準,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,鏈路控制（固件）單元： 基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和其它一些低

19、層常規(guī)協議。它有３種糾錯方案：１／３比例前向糾錯（FEC）碼、２／３比例前向糾錯碼和數據的自動請求重發(fā)方案。采用FEC（前向糾錯）方案的目的是為了減少數據重發(fā)的次數，降低數據傳輸負載。但是，要實現數據的無差錯傳輸，FEC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數據的傳送效率。這是因為數據包對于是否使用FEC是彈性定義的。報頭總有占１／３比例的FEC碼起保護作用，其中包含了有用的鏈路信息。,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,鏈路管理（軟件）單元

20、： 鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協議。LM能夠發(fā)現其它遠端LM并通過LMP（鍵路管理協議）與之通信。LM模塊提供如下服務： 1.發(fā)送和接收數據；2.請求名稱；3.鏈路地址查詢；4.建立連接；5.鑒權；鏈路模式協商和建立；6.決定幀的類型；7.將設備設為sni

21、ff（呼吸）模式。Master（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數據。將設備設為Hold(保持模式)。工作在hold模式的設備為了節(jié)能在一個較長的周期內停止接收數據，每一次激活鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作.,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,鏈路管理（軟件）單元： 鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協議。LM能夠發(fā)現其它遠端LM并通過LMP（鍵路管理協議）與之通信。LM

22、模塊提供如下服務： 1.發(fā)送和接收數據；2.請求名稱；3.鏈路地址查詢；4.建立連接；5.鑒權；鏈路模式協商和建立；6.決定幀的類型；7.將設備設為sniff（呼吸）模式。Master（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數據。將設備設為Hold(保持模式)。工作在hold模式的設備為了節(jié)能在一個較長的周期內停止接收

23、數據，每一次激活鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作.,,,,,,,,藍牙的系統(tǒng)組成,軟件（協議）單元： 藍牙的軟件單元是一個獨立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經制定好的藍牙規(guī)范。藍牙規(guī)范是為個人區(qū)域內的無線通信制定的協議，它包括兩部分：第一部分為核心（Core）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務搜尋、傳輸層以及與不同通信協議間的互用、互操作性等組件；第二部分為協議子集（Profile）部分

24、，用以規(guī)定不同藍牙應用（也稱使用模式）所需的協議和過程。,,,,,,,,藍牙技術原理,,,,藍牙的主要技術,藍牙的系統(tǒng)組成,,藍牙的核心協議,,,,,,,,藍牙的核心協議,藍牙的核心協議由基帶、鏈路管理（LMP）、邏輯鏈路控制與適應協議（L2CAP）和業(yè)務搜尋協議（SDP）等四部分組成。從應用的角度看，射頻、基帶和LMP可以歸為藍牙的低層協議，它們對應用而言是十分透明的?；鶐Ш蚅MP負責在藍牙單元間建立物理射頻鏈路，構成微微網。此外，L

25、MP還要完成像鑒權和加密等安全方面的任務，包括生成和交換加密鍵、鏈路檢查、基帶數據包大小的控制、藍牙無線設備的電源模式和時鐘周期、微微網內藍牙單元的連接狀態(tài)等。,,,,,,,,藍牙的核心協議,邏輯鏈路控制與適應協議（L2CAP）完成基帶與高層協議間的適配，并通過協議復用、分用及重組操作為高層提供數據業(yè)務和分類提取，它允許高層協議和應用接收或發(fā)送長達64000字節(jié)的L2CAP數據包。業(yè)務搜尋協議（SDP）是極其重要的部分，它是所有使用模式

26、的基礎。通過SDP，可以查詢設備信息、業(yè)務及業(yè)務特征，并在查詢之后建立兩個或多個藍牙設備間的連接。SDP支持３種查詢方式：按業(yè)務類別搜尋、按業(yè)務屬性搜尋和業(yè)務瀏覽（browsing）.,,,,,,,,藍牙的核心協議,電纜替代協議：串行電纜仿真協議（RFCOMM）像SDP一樣位于L2CAP之上，作為一個電纜替代（cable replacement）協議，它通過在藍牙的基帶上仿真RS 232的控制和數據信號，為那些將串行線用作傳輸機制的高級

27、業(yè)務（如OBEX協議）提供傳輸能力。該協議由藍牙特別興趣小組在ETSI的TS07.10基礎上開發(fā)而成。 電話控制協議：電話控制協議包括電話控制規(guī)范二進制（TCS BIN）協議和一套電話控制命令（AT-commands）。其中，TCS BIN定義了在藍牙設備間建立話音和數據呼叫所需的呼叫控制信令；AT-commands則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話和調制解調器的命令，它由藍牙特別興趣小組在ITU-T Q.931的基礎上開

28、發(fā)而成。,,,,,,,,,藍牙的技術介紹,,藍牙的技術原理,,藍牙的主要特點,,藍牙的應用,1,2,3,4,,,,,,,,藍牙的主要特點,無線性強 開放性強 移植性強 兼容性強 抗干擾性強 功耗低 傳輸距離小,,,,,,,,,,,,,,,,藍牙的技術介紹,,藍牙的技術原理,,藍牙的主要特點,,藍牙的應用,1,2,3,4,,,,,,,,藍牙的應用,,,,,,,,藍牙的應用,,,,,,,,藍牙的應用,,,,,,,,藍

29、牙的應用,智能家居網絡實現的主要功能 智能家居主所要是實現的主要功能有：對非智能家電的控制 對現有家用電器和其他設備的控制、調節(jié)和檢測，比如燈光、報警器、微波爐、洗衣機、自動門以及各種手動的開關和遙控器等。,,,,,,,,藍牙的應用,智能家居網絡結構 藍牙系統(tǒng)在實現的時候，一般分成兩部分實現，一是硬件部分，它包括藍牙協議棧的下三個層次，即無線收發(fā)、基礎和鏈路客理層(LMP)；二是軟件部分，它包

30、括藍牙協議棧的上層，即L2CAP、RFCOMM 、SDP和TCS以及一些藍牙技術應用。由于每一個藍牙設備都擁有一個全球唯一的地址碼，因此可以利用該地址碼方便的實現家居內電器設備的控制。,,,,,,,,藍牙的應用,藍牙系統(tǒng)的軟件設計　 在設計時，定義電器設備為從設備；與PC機相連的模塊為主設備。處理器、PC機與，藍牙模塊之間通過HCI（主機控制接口）來實現對其硬件的訪問和控制。具體的工作過程如下：　　當處理器和主機控制器通信時，HC

31、I 層以上的協議在處理器上運行，而HCI 層以下的協議由藍牙主機控制器硬件來實現，它們通過HCI 傳輸層進行通信。由微處理器充當主機的角色，其主機軟件工作在HCI 之上，通過串口與HCI 進行交互，調用HCI 命令，處理HCI 事件和數據分組。處理器和主機控制器中都有HCI，它們具有相同的接口標準。主機控制器中的HCI 解釋來自處理器的信息并將信息發(fā)向相應的硬件模塊單元，同時還將模塊中的信息根據需要向上轉發(fā)給處理器，從而完成藍牙無線通信