蓝牙理论基础蓝牙基础理论概述

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我是靠谱客的博主开朗冥王星，最近开发中收集的这篇文章主要介绍蓝牙理论基础蓝牙基础理论概述，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

蓝牙基础理论概述

蓝牙名称图标简介

Bluetooth技术已经遍布与大街小，巷家喻户晓，但也许很少有人知道，蓝牙（Bluetooth）一词取自于十世纪丹麦国王哈拉尔HaralBluetooth。而将“蓝牙”与后来的无线通讯技术标准关联在一起的，是一位来自英特尔的工程师 Jim Kardach。他在一次无线通讯行业会议上，提议将“Bluetooth”作为无线通讯技术标准的名称。蓝牙的 LOGO 则是来自后弗萨克文的符文组合，将哈拉尔国王名字的首字母 H 和 B 拼在一起，成为了今天大家熟知的蓝色徽标。

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蓝牙技术开始于爱立信联合在 1994 年创制的方案，该方案旨在研究移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的无线通讯创造一组统一规则（标准化协议），以解决用户间互不兼容的移动电子设备的通信问题，1999年在爱立信联合IBM、英特尔、诺基亚及东芝公司等公司在1999 年 7 月 26 日正式公布 1.0A 版，确定使用 2.4GHz 频段。从此之后，蓝牙就开始了迅速发展的历程。

蓝牙技术主要发展历程

版本	时间	PHY极限速率	主要技术更新
1.0A/1.0B	1999	0.7Mbit/s	最早期的蓝牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多个问题，有多家厂商指出他们的产品互不兼容。.
2.0+EDR	2004	1Mbps(3Mbps with EDR)	新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技术通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力，使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps。蓝牙 2.0 支持双工模式：可以一边进行语音通讯，一边传输文档/高质素图片。同时，EDR 技术通过减少工作负债循环来降低功耗，由于带宽的增加，蓝牙 2.0 增加了连接设备的数量。
3.0+HS	2009	1Mbps(3Mbps with EDR，24Mbps over 802.11 WIFI)	High Speed 可以使蓝牙调用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输，传输率高达 24Mbps，是蓝牙 2.0 的 8 倍，轻松实现录像机至高清电视、PC 至 PMP、UMPC 至打印机之间的资料传输。
4.0+BLE	2013	3Mbps with EDR ，1Mbps LE	蓝牙 4.0 是迄今为止第一个蓝牙综合协议规范，将三种规格集成在一起。其中最重要的变化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能，提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式。
5.0	2017	2Mbit/s LE	有效传输距离是蓝牙 4.2 的四倍（理论上可达 300 米）更低的功耗，低速率下保持几个uA，增加了信标、MASH组网、扩展广播、室内定位等等新的技术。

蓝牙协议概述

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PHY层（Physical layer物理层）：PHY层用来指定蓝牙的无线频段2.4G，指定调制解调方式速率等等。它决定了整个BLE芯片的通讯信道、功耗、灵敏度以及selectivity等射频指标。

LL层（Link Layer链路层）：LL层是整个BLE协议栈的核心，也是BLE协议栈的重点。它将物理层的数据封装，定义了各种状态机，以及多种广播包和数据包，正确地识别空口数据包，保证其正确和有效。

HCI（Host controller interface）。HCI是可选的，HCI主要用于用来规范两者之间的通信协议和通信命令等，为Host部分和Controller部分提供接口。

GAP层（Generic access profile）。GAP是对LL层payload（有效数据）进行规范和定义，GAP目前主要用来进行广播，扫描和发起连接等。

L2CAP层（Logic link control and adaptation protocol）。L2CAP对LL进行了一次简单封装，LL只关心传输的数据本身，L2CAP就要区分是加密通道还是普通通道，同时还要对连接间隔进行管理。

SMP（Secure manager protocol）。SMP用来管理BLE连接的加密和安全的，如何保证连接的安全性，同时不影响用户的体验，这些都是SMP要考虑的工作。

ATT（Attribute protocol）。 ATT层用来定义用户命令及命令操作的数据，比如读取某个数据或者写某个数据。BLE协议栈中，开发者接触最多的就是ATT。BLE引入了attribute概念，用来描述一条一条的数据。Attribute除了定义数据，同时定义该数据可以使用的ATT命令，因此这一层被称为ATT层。

GATT（Generic attribute profile ）。GATT用来规范attribute中的数据内容，并运用group（分组）的概念对attribute进行分类管理。没有GATT，BLE协议栈也能跑，但互联互通就会出问题，因此，我们需要依靠他来保持连接可靠通讯。

蓝牙的客户和服务

在蓝牙中，我我们把广播的一方称作服务端（server），它等待客户端（client）去接它，并提供服务。而扫描端（scanner）叫做客户端（clinet）扫描需要链接的设备服务端，请求获取相应的服务。这里要和WIFi的客户和服务区别看待，不要混淆。

蓝牙的通讯信道

蓝牙频率范围2402Mhz-2480Mhz

传统蓝牙在设备工作频率范围内，被分成79个channel，每一个channel占用1MHz的带宽，在0 channel和78 channel之外设立guard band(保护带宽，Lower Guard Band为2MHz，Upper Guard Band为3.5MHz)。没有广播信道和数据信道之分。

低功耗蓝牙设备工作频率范围内被分成40个channel，每一个channel占用2M的带宽，在0 channel和39 channel之外设立guard band（保护带宽，低频Lower Guard Band为2MHz，高频Upper Guard Band为3.5MHz）广播信道为37、38、39，分别指第0、第12、第39个信道。

经典蓝牙和低功耗蓝牙

从蓝牙4.0开始就有了低功耗蓝牙BLE，不能说4.0就是BLE低功耗蓝牙。传统蓝牙和BLE之间是不能互相兼容的，传统蓝牙一直发展到了4.2。我们的智能手机上之所以可以同时使用传统蓝牙和BLE是因为我们手机上基本都是使用的双模蓝牙。传统蓝牙对于数据传输和音频还是有一定优势的，比如我们平时常用的蓝牙耳机。即便手环、手表等等BLE设备陈出不穷，蓝牙BLE5.3标准也要即将面市，确实也还是不能完全替代传统蓝牙的很多市场。