藍(lán)牙技術(shù)原理及應(yīng)用

1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)原理及應(yīng)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(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信(一般10m內(nèi))的無線電技術(shù)，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我們對它已不再陌生，它也是目前數(shù)碼產(chǎn)品中不可或缺的模塊。藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn)讓我們在連接各種設(shè)備的時候不再被繁多的數(shù)據(jù)

4、線所束縛，比如音響、電腦、鼠標(biāo)、鍵盤，甚至是汽車。這技術(shù)是在兩個設(shè)備間進(jìn)行無線短距離通信的最 簡單、最便捷的方法，也能夠簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。,前言,,,,,,,,,藍(lán)牙的技術(shù)介紹,,藍(lán)牙的技術(shù)原理,,藍(lán)牙的主要特點(diǎn),,藍(lán)牙的應(yīng)用,1,2,3,4,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙已經(jīng)經(jīng)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?！∷{(lán)牙1.

5、1標(biāo)準(zhǔn)　　1.1 為最早期版本，傳輸率約在748~810kb/s，因是早期設(shè)計(jì)，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質(zhì)量。藍(lán)牙1.2標(biāo)準(zhǔn)　　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(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)　　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(zhì)素

6、圖片，2.0 版本當(dāng)然也支持 Stereo 運(yùn)作。Bluetooth 2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上作了大量的改進(jìn)，但從1.X標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)下來的配置流程復(fù)雜和設(shè)備功耗較大的問題依然存在。藍(lán)牙2.1標(biāo)準(zhǔn)　　2007年8月2日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟今天正式批準(zhǔn)了藍(lán)牙2.1版規(guī)范，即“藍(lán)牙2.1+EDR”，可供未來的設(shè)備自由使用。和2.0版本同時代產(chǎn)品，目前仍然占據(jù)藍(lán)牙市場較大份額，相對2.0版本主要是提高了待機(jī)時間2倍以上，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有根本性變化。,,

7、,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙3.0標(biāo)準(zhǔn)　　2009年4月21日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)正式頒布了新一代標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(藍(lán)牙核心規(guī)范3.0版 )，藍(lán)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(shù)，允許藍(lán)牙協(xié)議棧針對任

8、一任務(wù)動態(tài)地選擇正確射頻?！　∷{(lán)牙3.0的數(shù)據(jù)傳輸率提高到了大約24Mbps(即可在需要的時候調(diào)用802.11 WI-FI用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸)。在傳輸速度上，藍(lán)牙3.0是藍(lán)牙2.0的八倍，可以輕松用于錄像機(jī)至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機(jī)之間的 資料傳輸，但是需要雙方都達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)功能。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)　　藍(lán)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(qiáng)不

9、同OEM廠商之間的設(shè)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(kuò)大到100米(之前的版本為10米)。該標(biāo)準(zhǔn)芯片被大量的手機(jī)、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(jī)上帶有藍(lán)牙4.0功能。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙4.1標(biāo)準(zhǔn)　　藍(lán)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(shù)據(jù)，那么

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

11、牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)　　2014年12月4日，最新的藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)頒布，改善了數(shù)據(jù)傳輸速度和隱私保護(hù)程度，并接入了該設(shè)備將可直接通過IPv6和6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)。在新的標(biāo)準(zhǔn)下藍(lán)牙信號想要連接或者追蹤用戶設(shè)備必須經(jīng)過用戶許可，否則藍(lán)牙信號將無法連接和追蹤用戶設(shè)備。　　速度方面變得更加快速，兩部藍(lán)牙設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度提高了2.5倍，因?yàn)樗{(lán)牙智能(Bluetooth Smart)數(shù)據(jù)包的容量提高，其可容納的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于此前

12、的10倍左右。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,藍(lán)牙是一個開放性的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)者的初衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標(biāo)和宗旨是：保持聯(lián)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(shè)備之間可以穿過墻壁或公文包，實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。 它推動和擴(kuò)大了無線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備能互連互通，從而實(shí)現(xiàn)個人區(qū)域內(nèi)的快速靈活的數(shù)

13、據(jù)和語音通信?！八{(lán)牙”技術(shù)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(shè)備的主機(jī)之間在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無縫的資源共享。。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,具體地說，“藍(lán)牙”技術(shù)的作用就是簡化小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如移動PC、pad、手機(jī)）之間以及這些設(shè)備與Internet之間的通信，免除在無繩電話或移動電話、調(diào)制解調(diào)器、PDA、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、局域網(wǎng)等之間加裝電線、電纜和連接器。此外，藍(lán)牙技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個遠(yuǎn)

14、離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(shè)備群。藍(lán)牙技術(shù)使用全球通行的、無需申請即可使用的2.45GHzISM（工業(yè)Industry、科學(xué)Science、醫(yī)學(xué)Medicine）頻段。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)介紹,若以2.45GHz為中心頻率，在這個頻段上最多可設(shè)立79個帶寬為1MHz的信道。其收發(fā)信機(jī)采用跳頻擴(kuò)譜技術(shù)，在2.45GHzISM頻段上以1600跳/秒的速率進(jìn)行跳頻通信在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數(shù)據(jù)速率為721kb/s，最高數(shù)據(jù)速度可達(dá)1

15、Mb/s。由于采用低功率時分復(fù)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(kuò)大到100m。藍(lán)牙數(shù)據(jù)包在某個載頻上的某個時隙內(nèi)傳遞，不同類型的數(shù)據(jù)（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(lán)牙設(shè)備的時鐘。除采用跳頻擴(kuò)譜的低功率傳輸外，藍(lán)牙還采用鑒權(quán)和加密等措施來提高通信的安全性。,,,,,,,,,藍(lán)牙的技術(shù)介紹,,藍(lán)牙的技術(shù)原理,,藍(lán)牙

16、的主要特點(diǎn),,藍(lán)牙的應(yīng)用,1,2,3,4,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)原理,,,,藍(lán)牙的主要技術(shù),藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,,藍(lán)牙的核心協(xié)議,,,,,,,,藍(lán)牙的主要技術(shù),藍(lán)牙以無線LANs的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)。應(yīng)用了“Plonkandplay”的概念（類似“即插即用”），即任一藍(lán)牙設(shè)備一旦搜尋到另一個藍(lán)牙設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無需用戶進(jìn)行任何設(shè)置，因此可以解釋成“即連即用”。藍(lán)牙技術(shù)涉及一系列軟硬件技術(shù)、方法和理論，包括：無線通

17、信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程、軟件可靠性理論、協(xié)議的測試技術(shù)、規(guī)范描述語言、嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（EmbeddedRTOS）、跨平臺開發(fā)和用戶界面圖形化技術(shù)、軟硬件接口技術(shù)（如RS232，UART，USB等），高集成、低功耗芯片技術(shù)等。,,,,,,,,藍(lán)牙技術(shù)原理,,,,藍(lán)牙的主要技術(shù),藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,,藍(lán)牙的核心協(xié)議,,,,,,,,藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,藍(lán)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(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個功

18、能單元組成。,注:每個獨(dú)立的同步藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)就被稱為一個微微網(wǎng)（piconet）。,,,,,,,,藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,天線單元： 藍(lán)牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天線屬于微帶天線。藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為０dB的基礎(chǔ)上的?？罩薪涌谧裱嘘P(guān)電平為０dB的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn),,,,,,,,藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,鏈路控制（固件）單元： 基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低

19、層常規(guī)協(xié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。但是，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，F(xiàn)EC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)包對于是否使用FEC是彈性定義的。報(bào)頭總有占１／３比例的FEC碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。,,,,,,,,藍(lán)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(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端LM并通過LMP（鍵路管理協(xié)議）與之通信。LM模塊提供如下服務(wù)： 1.發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；2.請求名稱；3.鏈路地址查詢；4.建立連接；5.鑒權(quán)；鏈路模式協(xié)商和建立；6.決定幀的類型；7.將設(shè)備設(shè)為sni

21、ff（呼吸）模式。Master（主機(jī)）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。將設(shè)備設(shè)為Hold(保持模式)。工作在hold模式的設(shè)備為了節(jié)能在一個較長的周期內(nèi)停止接收數(shù)據(jù)，每一次激活鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作.,,,,,,,,藍(lán)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(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端LM并通過LMP（鍵路管理協(xié)議）與之通信。LM

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

23、數(shù)據(jù)，每一次激活鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作.,,,,,,,,藍(lán)牙的系統(tǒng)組成,軟件（協(xié)議）單元： 藍(lán)牙的軟件單元是一個獨(dú)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(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙規(guī)范是為個人區(qū)域內(nèi)的無線通信制定的協(xié)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(wù)搜尋、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；第二部分為協(xié)議子集（Profile）部分

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

25、MP還要完成像鑒權(quán)和加密等安全方面的任務(wù)，包括生成和交換加密鍵、鏈路檢查、基帶數(shù)據(jù)包大小的控制、藍(lán)牙無線設(shè)備的電源模式和時鐘周期、微微網(wǎng)內(nèi)藍(lán)牙單元的連接狀態(tài)等。,,,,,,,,藍(lán)牙的核心協(xié)議,邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議（L2CAP）完成基帶與高層協(xié)議間的適配，并通過協(xié)議復(fù)用、分用及重組操作為高層提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分類提取，它允許高層協(xié)議和應(yīng)用接收或發(fā)送長達(dá)64000字節(jié)的L2CAP數(shù)據(jù)包。業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議（SDP）是極其重要的部分，它是所有使用模式

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

27、業(yè)務(wù)（如OBEX協(xié)議）提供傳輸能力。該協(xié)議由藍(lán)牙特別興趣小組在ETSI的TS07.10基礎(chǔ)上開發(fā)而成。 電話控制協(xié)議：電話控制協(xié)議包括電話控制規(guī)范二進(jìn)制（TCS BIN）協(xié)議和一套電話控制命令（AT-commands）。其中，TCS BIN定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立話音和數(shù)據(jù)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(diào)制解調(diào)器的命令，它由藍(lán)牙特別興趣小組在ITU-T Q.931的基礎(chǔ)上開

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

29、牙的應(yīng)用,智能家居網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的主要功能 智能家居主所要是實(shí)現(xiàn)的主要功能有：對非智能家電的控制 對現(xiàn)有家用電器和其他設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和檢測，比如燈光、報(bào)警器、微波爐、洗衣機(jī)、自動門以及各種手動的開關(guān)和遙控器等。,,,,,,,,藍(lán)牙的應(yīng)用,智能家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 藍(lán)牙系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)的時候，一般分成兩部分實(shí)現(xiàn)，一是硬件部分，它包括藍(lán)牙協(xié)議棧的下三個層次，即無線收發(fā)、基礎(chǔ)和鏈路客理層(LMP)；二是軟件部分，它包

30、括藍(lán)牙協(xié)議棧的上層，即L2CAP、RFCOMM 、SDP和TCS以及一些藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用。由于每一個藍(lán)牙設(shè)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(shí)現(xiàn)家居內(nèi)電器設(shè)備的控制。,,,,,,,,藍(lán)牙的應(yīng)用,藍(lán)牙系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　 在設(shè)計(jì)時，定義電器設(shè)備為從設(shè)備；與PC機(jī)相連的模塊為主設(shè)備。處理器、PC機(jī)與，藍(lán)牙模塊之間通過HCI（主機(jī)控制接口）來實(shí)現(xiàn)對其硬件的訪問和控制。具體的工作過程如下：　　當(dāng)處理器和主機(jī)控制器通信時，HC

31、I 層以上的協(xié)議在處理器上運(yùn)行，而HCI 層以下的協(xié)議由藍(lán)牙主機(jī)控制器硬件來實(shí)現(xiàn)，它們通過HCI 傳輸層進(jìn)行通信。由微處理器充當(dāng)主機(jī)的角色，其主機(jī)軟件工作在HCI 之上，通過串口與HCI 進(jìn)行交互，調(diào)用HCI 命令，處理HCI 事件和數(shù)據(jù)分組。處理器和主機(jī)控制器中都有HCI，它們具有相同的接口標(biāo)準(zhǔn)。主機(jī)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(yīng)的硬件模塊單元，同時還將模塊中的信息根據(jù)需要向上轉(zhuǎn)發(fā)給處理器，從而完成藍(lán)牙無線通信