蓝牙技术基础知识学习

概述

在网络上收集的一些资料,做一下汇总,方便自己查阅和学习。
作为一种通用的无线通信技术,规范自然是蓝牙技术的核心。蓝牙规范可分为两个层次

  • Core Specification(核心规范),用于规定蓝牙设备必须实现的通用功能和协议层次。它由软件和硬件模块组成,两个模块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。 这个是必选
  • profiles(蓝牙应用规范),它从应用场景的角度为蓝牙技术的使用制定了不同的规范。这也是和大众日常生活接触最多的一部分。蓝牙支持很多Profiles,下文将介绍几种使用最广泛的蓝牙应用规范。profile是可选

两种蓝牙技术:Basic Rate(BR)和Low Energy(LE),蓝牙4.0之后才支持ble,之前的都是br,也叫做经典蓝牙。这两种技术,都包括搜索(discovery)管理、连接(connection)管理等机制,相互独立的,

Basic Rate -经典蓝牙

Basic Rate是正宗的蓝牙技术,可以包括可选(optional)的EDR(Enhanced Data Rate)技术,以及交替使用的(Alternate)的MAC(Media Access Control)层和PHY层扩展(简称AMP),

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。在那个年代,56Kbps的Modem就是高大上了,这个速度可以说是惊为天人了啊!但是科技变化太快了,BR技术转眼就过时了。那怎么办呢?缝缝补补一下,增强速度呗,Enhanced Data Rate就出现了。
使用EDR技术的蓝牙,理论速率可以达到2.1Mbps。这一次的升级换代,还算优雅,因为没有改变任何的硬件架构、软件架构和使用方式上的改变。
也许你也猜到了,EDR又落伍了,看看人家WIFI(WLAN),几十Mbps,上百Mbps,咱们才2.1Mbps,也太寒酸了吧!那怎么办呢?蓝牙组织想了个坏主意:哎,WIFI!把你的物理层和MAC层借我用用呗!这就是AMP(Alternate MAC and PHY layer extension)。艾玛,终于松口气了,我们可以达到24Mbps了。
不过呢,由于蓝牙自身的物理层和AMP技术差异太明显了,这次扩展只能是交替使用(Alternate)的,也就是说,有我(BR/EDR)没你(AMP)。

Low Energy(LE)

上面所讲的BR技术的进化路线,就是传输速率的加快、加快、再加快。但能量是守恒的,你想传的更快,代价就是消耗更多的能量。而有很多的应用场景,并不关心传输速率,反而非常关心功耗。这就是Bluetooth LE(称作蓝牙低功耗)产生的背景。
LE技术相比BR技术,差异非常大,或者说就是两种不同的技术,凑巧都加一个“蓝牙”的前缀而已。后面我们会详细的解释这种差异,以及LE的行为特征。

蓝牙4.0的BLE技术:


蓝牙核心规范4.0的模块增加了以下几个蓝牙低功耗组件

  • GATT:表示服务器属性和客户端属性,描述了属性服务器中使用的服务层次,特点和属性。BLE设备使用它作为蓝牙低功耗应用规范的服务发现。
  • ATT:实现了属性客户端和服务器之间的点对点协议。ATT客户端给ATT服务器发送请求命令,ATT服务器端向ATT客户端发送回复和通知。
  • SMP用于生成对等协议的加密密钥和身份密钥。SMP管理加密密钥和身份密钥的存储,它通过生成和解析设备的地址来识别蓝牙设备。

几个常用的蓝牙规范:

A2DP 
全称为 Advances Audio Distribution Profile ,高质量音频分发规范,定义了如何将立体质量的音频通过流媒体的方式从媒体源传输到接收器上,A2DP使用Asynchronous Connectionless Link(ACL,蓝牙异步传输)信道传输高质量音频内容,它依赖于Generic Audio/Video Distribution Profile(GAVDP,通用音频/视频分发规范)。A2DP必须支持低复杂度及Sub-bandCodec(SBC,低带宽编解码),可选支持MPEG1,2音频,MPEG2、4AAC。A2DP的应用场景如图所示


A2DP有两种应用场景分别是播放和录音。

  • 播放场景是具有蓝牙功能的播放器通过A2DP向蓝牙耳机或蓝牙立体声扬声器传送高质量音频。
  • 录音场景是具有蓝牙功能的麦克风通过A2DP向蓝牙录音器传送高质量音频。

和A2DP相关的规范有Video Distribution Profile(VDP,视频分发规范),Audio/Video Remote Control Profile(AVRCP,音频/视频运程控制规范)。

Object Push Profile
OPP(对象推送规范)定义了推送服务器和客户端之间基于Generic Object Exchange Profile(GOEP,通用对象交换规范)进行对象交换的规范OPP的应用场景如图4所示


OPP主要用于手机与手机或者手机与电脑之间通过蓝牙进行文件操作

HFP
HFP(HFP,免提规范)定义了蓝牙音频网关设备如何通过蓝牙免提设备拨打和接听电话。HFP的应用场景如图所示:


HFP包括两个角色:

  • Audio Gateway(AG,音频网关)和Hands-Free Unit(HF,免提设备)。AG是音频输入和输出的设备,典型的AG设备是手机。HF是执行音频网关的远程音频输入输出设备。
  • HFP常见的场景是汽车上的车载套件,当车载套件和耳机通过蓝牙方式连接到手机时,通过无线蓝牙耳机拨打和接听电话。

和HFP相关的规范有Headset Profile(HSP,耳机规范),Phonebook Access Profile(PBAP,电话簿访问规范。

** Heart Rate Profile**

HRP(心率规范)定位与和医疗/健康相关的应用场景中,它使得蓝牙设备能与心率传感器交互


  • 左图是HRP定义的角色关系。HRP中有两个角色:心率感应器和收集器。心率感应器是GATT服务器,是测量心率的设备,它包含心率服务和设备信息服务,心率服务导出心率测量数据;收集器是GATT客户端,是从心率感应器接收心率测量数据和其它数据的设备。
  • 右图是HRP的应用场景。心率规范用于让设备获得心率传感器的心率测量和其它数据。例如,护士或医生可以用心率传感器测量病人的心率,并把心率数据传到笔记本或手持设备上。

和HRP相关的健康规范有Glucose Profile(GLP,血糖规范),Blood Pressure Profile(BLP,血压规范BLP),Health Thermometer Profile(HTP,健康体温计规范)。

Cycling Speed and Cadence Profile
CSCP(自行车速度和步调规范)让人们在骑自行车锻炼时跟踪速度和节奏。CSCP也基于GATT的规范。自行车速度和步调规范的角色关系和应用场景如图所示

  • 左图是CSCP的角色关系。CSCP定义了两个角色:自行车速度和步调感应器和收集器。CSC感应器是GATT服务器,向收集器报告车轮转速数据或轴转速数据。CSC感应器包含CSC服务和设备信息服务;收集器是GATT客户端,从CSC感应器接收自行车的速度和步调数据。
  • 右图是CSCP的应用场景。传感器测量被广泛应用于运动和健身,通过传感器来监视和控制训练强调,以及在多个训练中衡量进展情况。自行车速度传感器和自行车踏频传感器是用户测量车轮速度或蹬踏节奏的设备。任何设备实现CSC规范可以与CSC传感器连接并接收数据。
    ****HID ****
    HUMAN INTERFACE DEVICE (HID) PROFILE,我们的蓝牙鼠标键盘,遥控器等的配置规范。
    鼠标键盘:



    遥控:


profile 汇总

蓝牙技术联盟的-----蓝牙profile一览表

android 蓝牙结构

Android 4.2BlueDroid框架结构图

android 经典蓝牙

bluetooth

android BLE

[BLE](Bluetooth Low Energy)

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