對(duì)于藍(lán)牙，小伙伴們都已經(jīng)熟的不能再熟了，真可謂是已經(jīng)熟透了呀。尤其是在WiFi還沒(méi)有這么普遍的幾年以前，上網(wǎng)下載東西不是這么地方便，那時(shí)候一旦一個(gè)小伙伴有了什么音頻、視頻、文檔、圖像等的珍惜資源時(shí)，大家都是通過(guò)藍(lán)牙來(lái)進(jìn)行資源共享的。用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)講，藍(lán)牙其實(shí)是一個(gè)開(kāi)放性的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)使用隱形的連接線代替電纜來(lái)完成“保持聯(lián)系、不靠電纜、拒絕插頭”的目標(biāo)，雖然目前它的魅力不足WIFI。

藍(lán)牙簡(jiǎn)介

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般是10m之內(nèi))的無(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話(huà)、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。

“藍(lán)牙”(Bluetooth)原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國(guó)王，他將當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來(lái)。用他的名字來(lái)命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來(lái)的意思。藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻(FH，F(xiàn)requency Hopping)和時(shí)分多址(TDMA，me DivesionMuli—access)等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價(jià)地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備(各種移動(dòng)設(shè)備、固定通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)，如數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等，甚至各種家用電器、自動(dòng)化設(shè)備)呈網(wǎng)狀鏈接起來(lái)。藍(lán)牙技術(shù)將是網(wǎng)絡(luò)中各種外圍設(shè)備接口的統(tǒng)一橋梁，它消除了設(shè)備之間的連線，取而代之以無(wú)線連接。

藍(lán)牙協(xié)議棧

藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與數(shù)字通信的開(kāi)放性規(guī)范。它以低成本、近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備建立了一種完整的通信方式和技術(shù)。

藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)質(zhì)是建立通用無(wú)線接口及其控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)，使移動(dòng)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，由此，為不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備提供了近距離(10m~100m)范圍內(nèi)的互操作通道。

協(xié)議層次

藍(lán)牙協(xié)議是通信協(xié)議的一種，為了把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，任何通信協(xié)議都具有層次性，特點(diǎn)如下：

從下到上分層，通過(guò)層層封裝，每一層只需要關(guān)心特定的、獨(dú)立的功能，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù);

在通信實(shí)體內(nèi)部，下層向上層提供服務(wù)，上層是下層的用戶(hù);

在通信實(shí)體之間，協(xié)議僅針對(duì)每一層，實(shí)體之間的通信，就像每一層之間的通信一樣，這樣有利于交流、理解、標(biāo)準(zhǔn)化。

藍(lán)牙協(xié)議也不例外，其協(xié)議層次如下：

從OSI(Open System Interconnecon)模型的角度看，藍(lán)牙是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的協(xié)議，它僅僅提供了物理層(Physical Layer)和數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer )兩個(gè)OSI層次。但由于藍(lán)牙協(xié)議的特殊性、歷史演化因素等原因，其協(xié)議層次又顯的不簡(jiǎn)單，甚至晦澀難懂(如上面圖片所示的Physical Link、Logical Transport等)。

藍(lán)牙協(xié)議分為四個(gè)層次：物理層(Physical Layer)、邏輯層(Logical Layer)、L2CAP Layer和應(yīng)用層(APP Layer)。

物理層，負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?通常稱(chēng)為信道)。通常情況下，一個(gè)通信系統(tǒng)中存在幾種不同類(lèi)型的信道，如控制信道、數(shù)據(jù)信道、語(yǔ)音信道等等。

邏輯層，在物理層的基礎(chǔ)上，提供兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間、和物理無(wú)關(guān)的邏輯傳輸通道(也稱(chēng)作邏輯鏈路)。

L2CAP層，L2CAP是邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(Logical Link Control and Adaptaon Protocol)的縮寫(xiě)，負(fù)責(zé)管理邏輯層提供的邏輯鏈路。基于該協(xié)議，不同Applicaon可共享同一個(gè)邏輯鏈路。類(lèi)似TCP/IP中端口(port)的概念。

APP層，理解藍(lán)牙協(xié)議中的應(yīng)用層，基于L2CAP提供的channel，實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用功能。Profile是藍(lán)牙協(xié)議的特有概念，為了實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)下的不同設(shè)備的互聯(lián)互通，藍(lán)牙協(xié)議不止規(guī)定了核心規(guī)范(稱(chēng)作Bluetooth core)，也為各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，定義了各種Application規(guī)范，這些應(yīng)用層規(guī)范稱(chēng)作藍(lán)牙profile。

藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)為分層結(jié)構(gòu)，具體如圖所示

藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作?；ゲ僮鞯倪h(yuǎn)端設(shè)備需要使用相同的協(xié)議棧，不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議棧。并不是任何應(yīng)用都必須使用全部協(xié)議，而是可以只使用其中的一層或多層。但是，所有的應(yīng)用都要使用藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

設(shè)計(jì)藍(lán)牙協(xié)議棧的主要原則是盡可能地利用現(xiàn)有的各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍(lán)牙技術(shù)的融合以及各種應(yīng)用之間的互通性以及充分利用兼容藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的的開(kāi)放性保證了設(shè)備制造商可自由地選用其專(zhuān)利協(xié)議或常用的公共協(xié)議，在藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范包括Core和Profiles兩大部分.Core是藍(lán)牙的核心，主要定義藍(lán)牙的技術(shù)細(xì)節(jié);Profiles部分定義了在藍(lán)牙的各種應(yīng)用中的協(xié)議棧組成，并定義了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧。

按照各層協(xié)議在整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系中所處的位置，藍(lán)牙協(xié)議可分為底層協(xié)議、中間層協(xié)議和高層協(xié)議三大類(lèi)。

藍(lán)牙底層協(xié)議

藍(lán)牙底層協(xié)議實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙信息數(shù)據(jù)流的傳輸鏈路，是藍(lán)牙協(xié)議體系的基礎(chǔ)，它包括射頻協(xié)議、基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議。

(1)射頻協(xié)議(Radio Frequency Protocol)

藍(lán)牙射頻協(xié)議處于藍(lán)牙協(xié)議棧的最底層，主要包括頻段與信道安排、發(fā)射機(jī)特性和接收機(jī)特性等，用于規(guī)范物理層無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空中數(shù)據(jù)的收發(fā)。藍(lán)牙工作在2.4GHz ISM頻段，此頻段在大多數(shù)國(guó)家無(wú)須申須運(yùn)營(yíng)許可，使得藍(lán)牙設(shè)備可工作于任何不同的地區(qū)。

信道安排上，系統(tǒng)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)、保密性好。藍(lán)牙SIG制定了兩套跳頻方案，其一是分配79個(gè)跳頻信道，每個(gè)頻道的帶寬為1MHz，其二是23信道的分配方案，1.2版本以后的藍(lán)牙規(guī)范目前已經(jīng)不再推薦使用第二套方案。

(2)基帶協(xié){，S((Base Band Protocol)

基帶層在藍(lán)牙協(xié)議棧中位于藍(lán)牙射頻層之上，同射頻層一起構(gòu)成了藍(lán)牙的物理層。

基帶層的主要功能包括：鏈路控制，比如承載鏈路連接和功率控制這類(lèi)鏈路級(jí)路由;管理物理鏈路，SCO鏈路和ACL鏈路;定義基帶分組格式和分組類(lèi)型，其中SCO分組有HVl、HV2、HV3和DV等類(lèi)型，而ACL分組有DMl、DHl、DM3、DH3、DM5、DH5、AUXl等類(lèi)型;流量控制，通過(guò)STOP和GO指令來(lái)實(shí)現(xiàn);采用13比例前向糾錯(cuò)碼、23比例前向糾錯(cuò)碼以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求ARQ(Automatic Repeat Request)方案實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)功能;另外還有處理數(shù)據(jù)包、尋呼、查詢(xún)接入和查詢(xún)藍(lán)牙設(shè)備等功能。

(3)鏈路管理協(xié)議(Link Manager Protocol，LMP)

鏈路管理協(xié)議(LMP)是在藍(lán)牙協(xié)議棧中的一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議.LMP執(zhí)行鏈路設(shè)置、認(rèn)證、鏈路配置和其它協(xié)議：鏈路管理器發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)程鏈路管理器(LM)并與它們通過(guò)鏈路管理協(xié)議(LMP)進(jìn)行通信。

藍(lán)牙中間層協(xié)議

藍(lán)牙中間層協(xié)議完成數(shù)據(jù)幀的分解與重組、服務(wù)質(zhì)量控制、組提取等功能，為上層應(yīng)用提供服務(wù)，并提供與底層協(xié)議的接口，此部分包括主機(jī)控制器接口協(xié)議、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、串口仿真協(xié)議、電話(huà)控制協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。

(1)主機(jī)控制器接口協(xié)議(Host Controller Interface Protocol，HCI)

藍(lán)牙HCI是位于藍(lán)牙系統(tǒng)的邏輯鏈路控制與適配協(xié)議層和鏈路管理協(xié)議層之間的一層協(xié)議.HCI為上層協(xié)議提供了進(jìn)入鏈路管理器的統(tǒng)一接口和進(jìn)入基帶的統(tǒng)一方式。在HCI的主機(jī)和HCI主機(jī)控制器之間會(huì)存在若干傳輸層，這些傳輸層是透明的，只需完成傳輸數(shù)據(jù)的任務(wù)，不必清楚數(shù)據(jù)的具體格式。藍(lán)牙的SIG規(guī)定了四種與硬件連接的物理總線方式，即四種HCI傳輸層：USB、RS232、UART和PC卡

(2)邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(Logical Link Control and AdaptationProtocol，L2CAP)

邏輯鏈路控制與適配層協(xié)議(L2CAP)是藍(lán)牙系統(tǒng)中的核心協(xié)議，它是基帶的高層協(xié)議，可以認(rèn)為它與鏈路管理協(xié)議(LMP)并行工作.L2CAP為高層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，允許高層和應(yīng)用層協(xié)議收發(fā)大小為64 KB的L2CAP數(shù)據(jù)包.L2CAP只支持基帶面向無(wú)連接的異步傳輸(ACE)，不支持面向連接的同步傳輸(sco).L2CAP采用了多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)、組提取技術(shù)，主要提供協(xié)議復(fù)用、分段和重組、認(rèn)證服務(wù)質(zhì)量、組管理等功能。

(3)串口仿真協(xié)議(RFCOMM)

串口仿真協(xié)議在藍(lán)牙協(xié)議棧中位于L2CAP協(xié)議層和應(yīng)用層協(xié)議層之間，基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)TS 07.10，在L2CAP協(xié)議層之上實(shí)現(xiàn)了仿真9針RS232串口的功能，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的串行通信，從而對(duì)現(xiàn)有使用串行線接口的應(yīng)用提供了支持。

(4)電話(huà)控制協(xié)議(Telephony Control Protocol Spectocol，TCS)

電話(huà)控制協(xié)議位于藍(lán)牙協(xié)議棧的L2CAP層之上，包括電話(huà)控制規(guī)范二進(jìn)制(TCS BIN)協(xié)議和一套電話(huà)控制命令(AT Commands)。其中，TCS BIN定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立話(huà)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(dòng)電話(huà)和調(diào)制解調(diào)器的命令，它SIG在ITU.TQ.931的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而成.TCS層不僅支持電話(huà)功能(包括呼叫控制和分組管理)，同樣可以用來(lái)建立數(shù)據(jù)

呼叫，呼叫的內(nèi)容在L2CAP上以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包形式運(yùn)載。

(5)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(Service Discovery Protocol，SDP)

服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)是藍(lán)牙技術(shù)框架中至關(guān)重要的一層，它是所有應(yīng)用模型的基礎(chǔ)。任何一個(gè)藍(lán)牙應(yīng)用模型的實(shí)現(xiàn)都是利用某些服務(wù)的結(jié)果。在藍(lán)牙無(wú)線通信系統(tǒng)中，建立在藍(lán)牙鏈路上的任何兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備隨時(shí)都有可能開(kāi)始通信，僅僅是靜態(tài)設(shè)置是不夠的。藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議就確定了這些業(yè)務(wù)位置的動(dòng)態(tài)方式，可

以動(dòng)態(tài)地查詢(xún)到設(shè)備信息和服務(wù)類(lèi)型，從而建立起一條對(duì)應(yīng)所需要服務(wù)的通信信道。

藍(lán)牙高層協(xié)議

藍(lán)牙高層協(xié)議包括對(duì)象交換協(xié)議、無(wú)線應(yīng)用協(xié)議和音頻協(xié)議。

(1)對(duì)象交換協(xié)議(Object Exchange Protocol，OBEX)

OBEX是由紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)制定用于紅外數(shù)據(jù)鏈路上數(shù)據(jù)對(duì)象交換的會(huì)話(huà)層協(xié)議。藍(lán)牙SIG采納了該協(xié)議，使得原來(lái)基于紅外鏈路的OBEX應(yīng)用有可能方便地移植到藍(lán)牙上或在兩者之間進(jìn)行切換.OBEX是一種高效的二進(jìn)制協(xié)議，采用簡(jiǎn)單和自發(fā)的方式來(lái)交換對(duì)象。它提供的功能類(lèi)似于帥協(xié)議，在假定傳輸層可靠的基礎(chǔ)上，采用客戶(hù)機(jī).服務(wù)器模 式。它只定義傳輸對(duì)象，而不指定特定的傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是從文件到商業(yè)電子賀卡、從命令到數(shù)據(jù)庫(kù)等任何類(lèi)型，從而具有很好的平臺(tái)獨(dú)立性。

(2)無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(Wireless Application Protocol，WAP)

無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(WAP)由無(wú)線應(yīng)用協(xié)議論壇制定，是由移動(dòng)電話(huà)類(lèi)的設(shè)備使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定義的協(xié)議.WAP融合了各種廣域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是將互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和電話(huà)債券的業(yè)務(wù)傳送到數(shù)字蜂窩電話(huà)和其他無(wú)線終端上。選用WAP可以充分利用為無(wú)線應(yīng)用環(huán)境開(kāi)發(fā)的高層應(yīng)用軟件。

(3)音頻協(xié)議(Audio)

藍(lán)牙音頻(Audio)是通過(guò)在基帶上直接傳輸SCO分組實(shí)現(xiàn)的，目前藍(lán)牙SIG并沒(méi)有以規(guī)范的形式給出此部分。雖然嚴(yán)格意義上來(lái)講它并不是藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范的一部分，但也可以視為藍(lán)牙協(xié)議體系中的一個(gè)直接面向應(yīng)用的層次。

藍(lán)牙技術(shù)原理

藍(lán)牙系統(tǒng)主要由天線單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元和藍(lán)牙軟件單元四部分構(gòu)成組成。其中，天線單元即天線，用于完成電信號(hào)的接收與發(fā)送;鏈路控制單元中包括多個(gè)鏈路控制器，其中基帶鏈路控制器用于負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議;鏈路管理單元用于攜帶鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議;藍(lán)牙軟件單元主要包括兩部分，其中第一部分為核心部分，用于規(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)議之間的互用、互操作性等組件，第二部分為協(xié)議子集部分，用于規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用所需的協(xié)議和過(guò)程。