代码收藏家 物联网技术中的蓝牙概述简介
目录
一、蓝牙概述
二、蓝牙技术的特点
三、蓝牙系统结构
3.1 蓝牙底层模块
3.2 蓝牙软件模块
3.3 蓝牙应用模型
四、蓝牙的应用场景
一、蓝牙概述
蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，用于实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙技术最初由爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。随着蓝牙技术的不断发展和优化，如今已被广泛应用于各种设备之间，如手机、耳机、音箱、键盘、鼠标等，实现无线连接和数据传输。
蓝牙版本主要有蓝牙2.0、蓝牙2.1、蓝牙3.0、蓝牙4.0、蓝牙4.2、蓝牙5.0、蓝牙5.1、蓝牙5.2、蓝牙5.3、蓝牙5.4 。
二、蓝牙技术的特点
无需物理连接：蓝牙设备之间通过无线信号进行连接，无需使用线缆，为用户提供了更加便捷的使用体验。
短距离通信：蓝牙技术的通信距离通常在10米以内，适用于近距离的无线通信需求。
低功耗：蓝牙技术在设计上考虑了节能要求，许多蓝牙设备都采用低功耗技术，以确保设备的持续工作时间。
安全性：蓝牙技术采用了多种安全措施，如加密、认证等，以确保设备之间的通信安全。
在使用蓝牙设备时，用户通常需要先开启设备的蓝牙功能，并进行搜索和配对操作。一旦配对成功，设备之间就可以进行无线数据传输了。
三、蓝牙系统结构
整个蓝牙系统结构可有底层硬件模块、中间协议层和应用层三部分组成。如图所示。蓝牙底层模块有基带层（BB）、链路管理层（LM）和射频层（RF）构成。PF主要负责射频层和基频调制；BB负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输；LM负责连接的建立、拆除及链路的安全和控制。上层软件模块不能和底层硬件模块直接连接，两个模块接口之间的信息和数据通过主机控制接口（HCI）的解释才能进行传递。HCI实际s上相当于蓝牙协议中软硬件之间的桥梁，它提供了一个用下层BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。中间协议层包括逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）、服务发现协议（SDP）、串口仿真协议（PFCOMM）等。最上层是应用层，对应于各种应用模型和应用程序。
3.1 蓝牙底层模块
蓝牙的底层模块是蓝牙技术的核心，是任何蓝牙设备都必须包括的部分。 蓝牙工作在2.4GHz的IMS频段（工业、科学和医疗频段）。采用了蓝牙技术的设备将能够提供高达720kbit/s的数据交换速率。蓝牙RF定义了三种功率级别，即100mW、2.5mW和1mW。当蓝牙设别的功率为1mW（0dBm）时，蓝牙技术采用跳频技术来消除干扰和降低衰落。 蓝牙支持电路交换和分组交换两种技术，分别定义了两种链路类型，即面向连接的同步链路（SCO）和面向无连接的异步链路（ACL）。每种链路支持16中不同的分组类型，其中4种是控制分组。SCO数据包即可以传送话音，也可以传送数据，但在传送数据时，只用于重发被损坏的那部分数据。 SCO帧内的收发包结构是对称的，即必须同时包含1个、2个或3个时隙。 SCO数据包在保留的时隙内发送；一旦SCO链路建立，主从节点就直接发送SCO分组，无需轮询(Poll)。
蓝牙组网时最多可以有256个蓝牙单元设别连接起来组成微微网（piconet），其中一个主节点和7个从节点处于工作状态，而其他节点则处于空闲模式。主节点负责控制ACL链路的带宽，并决定微微网中的每个从节点可以占用多少宽带及连接的对称性。从节点只有被选中式才能传送数据，即从节点在发送数据前必须接受轮询。ACL链路也支持接收主节点发给微微网中所有从节点的广播信息。微微网络之间可重叠的微微网组成的网络称为散射网（Scatternet）。 为了在很低的功率状态下也能使蓝牙设备处于连接状态，蓝牙规定了三种状态，即停等（Park）状态、保持（Hold）状态和呼吸（Sniff）状态。在Sniff状态中，从节点降低了从微微网“收听”消息的速率，一会儿醒一会儿睡，就如同呼吸一样。而在Hold状态中，节点停止传送数据，但一旦激活，数据传送就立即重新开始。在Park状态中，节点被赋予Park节点地址（PMA地址），并以一定间隔监听主节点的消息。
主节点的消息包括（1）询问该节点是否想成为活动节点；（2）询问任何停等的节点是否想成为活动节点；（3）广播消息。这几种工作模式按照节能效率以升序排一次是：呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和停等（Park）模式。 蓝牙技术的主要系统参数目前大都是以满足美国FCC的要求为标准。对于其他国家的应用，需要作一些改动，如发射功率可频带，可作适应调整。蓝牙呀1.1规范已公布的主要技术指标和系统参数见表
3.2 蓝牙软件模块
L2CAP（逻辑链路控制与适配）是数据链路层的一部分，位于基带协议之上。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它的功能包括：协议的复用能力、分组的分割和重新组装以及组提取。L2CAP允许高层协议和应用发送和接受高达64Byte的数据分组。 SDP（服务发现协议）为应用提供了一个发现可用协议和决定这些可用协议的特性的方法。蓝牙环境下的服务发现与传统的网络环境下的服务发现有很大的不同，在蓝牙环境下，移动的RF（射频）环境变化很大，因此业务的参数也是不断变化的。SDP将强调蓝牙环境的独特的特性。蓝牙使用基于客户/服务器机制定义了根据蓝牙服务类型和属性发现服务的方法，还提供了服务浏览的方法。
RFCOMM（串口仿真协议）的射频通信协议，他可以仿真串行电缆接口协议（如ES-232、V24等），符合ETSI0710串口仿真协议。通过RFCOMM，蓝牙可以在无线环境下实现对高层协议，如ＰＰＰ、ＴＣＰ／ＩＰ、ＷＡＰ等的支持。另外， RFCOMM可以支持ＡＴ命令集，从而可以实现移动电话机和传真机及调制解调器之间的无线连接。 蓝牙对语音的支持是它与ＷＬＡＮ相区别的一个重要的标志。蓝牙电话控制规范是一个基于ＩＴＵ－Ｔ建议Ｑ．９３１的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备间建立语音和数据呼叫控制信令以及用于处理蓝牙ＴＣＳ设备的移动性管理过程。
3.3 蓝牙应用模型
蓝牙SIG定义了几种基本的应用模型，包括文件传输、因特网网桥、局域网接入、三合一电话、终极耳机。
蓝牙应用模型是一种基于蓝牙技术的通信模型，它允许设备之间进行无线数据传输和通信。该模型通常包括以下几个关键组成部分：
蓝牙设备：这是蓝牙通信的基础，包括智能手机、耳机、音箱、手表等各种支持蓝牙功能的设备。
蓝牙协议栈：它定义了蓝牙设备之间如何通信的规则和标准。协议栈由多个层次组成，包括物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。
蓝牙配置文件：这些文件定义了设备间如何协作以实现特定的应用功能。例如，A2DP（高级音频分布配置文件）用于音频流的传输，而HFP（免提配置文件）则用于语音通信。
蓝牙服务：服务是蓝牙设备提供的特定功能或资源。例如，一个蓝牙耳机可能提供音频播放服务，而一个蓝牙打印机则提供打印服务。
蓝牙应用模型的工作流程通常如下：
发现：设备首先通过广播信号相互发现，并确定它们是否能够进行通信。
配对：为了建立安全连接，设备需要进行配对过程，这通常涉及输入PIN码或确认密钥。
连接：一旦配对成功，设备就可以建立连接并开始通信。
数据传输：在连接期间，设备可以发送和接收数据，实现各种应用功能。
蓝牙应用模型因其无线、低功耗和广泛的设备兼容性而广泛应用于各种场景，如音频传输、数据同步、位置跟踪等。
四、蓝牙的应用场景
蓝牙技术在日常生活和工作中发挥着越来越重要的作用，如无线耳机让人们摆脱了线缆的束缚，蓝牙音箱为人们带来了更加便捷的音乐体验等。当然，蓝牙技术的应用远不止于此。随着技术的不断进步和创新，蓝牙技术在许多领域都展现出了巨大的潜力和价值。
在健康医疗领域，蓝牙技术被广泛应用于智能穿戴设备中，如智能手环、智能手表等。这些设备能够实时监测用户的健康状况，如心率、血压、睡眠质量等，并通过蓝牙将数据传输至手机或电脑等终端设备上，方便用户随时查看和管理自己的健康数据。
在智能家居领域，蓝牙技术也被广泛应用。通过蓝牙连接，智能家居设备可以实现互联互通，为用户提供更加智能化、便捷化的生活体验。例如，用户可以通过手机或其他智能设备远程控制家中的灯光、空调、电视等设备，实现智能化的家居管理。
此外，蓝牙技术还在汽车、工业、物流等领域发挥着重要作用。在汽车领域，蓝牙技术可以实现手机与车载系统的无线连接，方便用户在驾驶过程中进行通话、导航等操作。在工业和物流领域，蓝牙技术可以实现设备之间的无线数据传输和监控，提高生产效率和物流效率。
总之，蓝牙技术作为一种重要的无线通信技术，已经深入到人们生活的方方面面。随着技术的不断发展和创新，蓝牙技术将在更多领域展现出更加广阔的应用前景。
作者：大雨淅淅
