【蓝牙协议栈】【经典蓝牙】【BLE蓝牙】蓝牙技术特点

news2025/2/26 5:03:59

1. 蓝牙技术特点

2. 经典蓝牙与BLE蓝牙对比

2.1 BT/BLE技术区分

2.2 支持的profile不同

2.3 核心架构，不同的controler

3. Bluetooth的系统构成

4. 蓝牙协议规范

4.1 传输协议

4.2 中介协议

4.3 应用协议

5. 蓝牙硬件接口

1. 蓝牙技术特点

简单地说，蓝牙是一种短程宽带无线电技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。

1、Bluetooth的主要技术特点：

（1）工作频段 ：2.4GHz的工科医（ISM）频段，无需申请许可证。大多数国家使用79个频点，载频为(2402+k)MHz（k=0，1, 2…78），载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。
（2）传输速率：1Mb/s（V2.0以上版本）
（3）调试方式：BT=0.5的GFSK调制，调制指数为0.28-0.35。
（4）采用跳频技术：跳频速率为1600跳/秒，在建链时（包括寻呼和查询）提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性。
（5）语音调制方式：连续可变斜率增量调制（CVSD，ContinuousVariable Slope Delta Modulation），抗衰落性强，即使误码率达到4%，话音质量也可接受。
（6）支持电路交换和分组交换业务：蓝牙支持实时的同步定向联接（SCO链路）和非实时的异步不定向联接（ACL链路），前者主要传送语音等实时性强的信息，后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道，或三个并发的同步话音通道，或同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称全双工通信。
（7）、支持点对点及点对多点通信：蓝牙设备按特定方式可组成两种网络：微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet)，其中微微网的建立由两台设备的连接开始，最多可由八台设备组成。在一个微微网中，只有一台为主设备（Master），其它均为从设备（Slave），不同的主从设备对可以采用不同的链接方式，在一次通信中，链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念。
（8）、工作距离：蓝牙设备分为三个功率等级，分别是：100mW（20dBm）、2.5mW（4dBm）和1mW（0dBm），相应的有效工作范围为：100米、10米和1米。

2. 经典蓝牙与BLE蓝牙对比

2.1 BT/BLE技术区分

(1) 介绍：
        BR(Basic Rate)：蓝牙诞生之初，使用的是BR技术，此时蓝牙的理论传输速率，只能达到721.2Kbps。
        EDR（Enhanced Data Rate）：理论速率可以达到2.1Mbps
        AMP（Alternate MAC and PHY layer extension）：速率为54Mb/s
        AMP (Alternate MAC and PHY layer extension): The rate of 54Mb/s
        LE（Low Energy）：用于非常低功耗的操作，并针对数据传输解决方案进行了优化。
(2) BR/EDR用于传统蓝牙，LE用于低功耗蓝牙，AMP用于高速蓝牙。
(3) BR/EDR 蓝牙设计用于音频连接和流应用（如无线音频）。LE低功率蓝牙技术非常适合用于定期传输少量数据的应用，这些应用看重的是超低的功率消耗。

2.2 支持的profile不同

（1）BT四种基本的profile，其它的profile都会用到这些profile
        GAP（Generic Access Profile）：互相发现对方并建立连接
        SDP（Service Discovery Application Profile）：用来发现支持哪些服务
        SPP（Serial Port Profile）：建立虚拟串口连接
        GOEP（Generic Object Exchange Profile）：通用对象交换，如图片，文档，名片等

        其它的profile，如A2DP音频传输协议、AVRCP音频/视频远程控制协议、HFP控制电话接听挂断拒绝等等
（2）BLE的profil BLE’s profil
        GAP Generic Access Profile：互相发现对方并建立连接
        GATT:通用属性协议，建立在ATT协议之上

————GATTprofile是一个通用规范用于在BLE链路发送和接收被称为“属性（attributes）”的数据片。目前所有的低功耗应用 profile都是基于GATT。
蓝牙SIG定义了许多profile用于低功耗设备。Profile（配置文件）是一个规范，规范了设备如何工作在一个特定的应用场景。
注意：一个设备可以实现多个profile。例如，一个设备可以包含一个心脏监测仪和电池电平检测器。

2.3 核心架构，不同的controler

(1) 蓝牙核心系统由主机（host）和一个或多个控制器（controler）组成由。它们的接口就是HCI（host controler interface）连接主机和控制器
(2) 不同的蓝牙技术有不同的控制器
(3) 还可以合并BR/EDR Controller 和LE Controller到一个Controller，也就是我们常说的双模蓝牙。

注：1）无线射频单元（Radio）：负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。
2）基带或链路控制单元（LinkController）：进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。
3）链路管理单元（LinkManager）：负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。

3. Bluetooth的系统构成

1、无线射频单元(Radio)：

负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。

2、基带或链路控制单元(LinkController)：

进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。

3、链路管理单元(LinkManager)：

负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。

4、蓝牙软件协议实现：

如上图紫色部分，这个后面我们做详细说明。

4. 蓝牙协议规范

传输协议、中介协议、应用协议；

4.1 传输协议

负责蓝牙设备间，互相确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理链路；

底层传输协议：蓝牙射频（Radio）部分、基带链路管理控制器（Baseband&Link Controller）、链路管理协议（Link ManagerProtocol LMP）。负责语言、数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备间的联网组网。
高层传输协议：逻辑链路控制与适配器（LogicalLink Control and Adaptation Protocol）L2CAP 、主机控制接口（HostControl Interface，HCI）。为高层应用屏蔽了跳频序列选择等底层传输操作，为高层程序提供有效、有利于实现数据分组格式。