蓝牙设备连接

蓝牙介绍“蓝牙”是一种开放的技术规范，它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙技术的发展：1994年，爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现低功耗、低成本无线接口的可行性。随着项目的进展，爱立信公司意识到短距无线通信（ShortDistanceWirelessCommunication）的应用前景无限广阔。爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（Bluetooth）。1998年5月，爱立信联合诺基亚（Nokia）、英特尔（Intel）、IBM、东芝（Toshiba）这4家公司一起成立了蓝牙特殊利益集团（SpecialInterestGroup，SIG），负责蓝牙技术标准的制定、产品测试，并协调各国蓝牙的具体使用。截止2010年7月，蓝牙共有六个版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0.以通讯距离来看在不同版本可再分为ClassA(1)/ClassB(2)。蓝牙特点蓝牙是一种短距无线通信的技术规范（一般10m内）。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,ScientificandMedical,ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：（1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。（2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。（3）可以建立临时性的对等连接：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。（4）ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带将2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz；无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫做“伪随机码”，就是假的随机码）不断地从一个信道跳到另一个信道，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μｓ；只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。蓝牙采用了跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱（SpreadSpectrum）。2.4GHzISM频段跳频范围：2.402GHz-2.480GHz数据速率：1MBit/sgross分组交换或电路交换模式异步数据和同步语音（5）低功耗：蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，GeographyRegulatoryRangeRFChannelEurope/USA/Japan2400~2483.5MHzf=2402+kMHz,k=0,…,78France2446.5~2483.5MHzf=2454+kMHz,k=0,…,22有四种工作模式：激活（Active）模式呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式休眠（Park）模式Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式蓝牙的安全模式由于蓝牙是一个公共网络，通常使用安全措施来防止对节点的未授权访问。有三种安全模式可供选用：无安全模式、应用安全模式和无线链路安全模式。采用无安全模式时，任何设备都允许访问LAP，但是规范不允许出现这种情况。采用LAP规定的无线链路安全模式，则在PDA等其它设备希望建立无线连接的时候调用安全处理程序蓝牙的连接的过程在开发中最为重要的一点是了解蓝牙系统如何使用协议组件来构造堆栈,并实现正常工作。使用应用程序之前，在设备之间建立连接有五个步骤：a.查找(或查询)设备：确定邻近的其它蓝牙设备的地址，以及它们使用设备类别(CoD)信息的能力；b.查找名称：也可选择通过连接查找到的节点并向其询问来确定该节点的正确名称；c.查找服务：获取设备支持的应用程序信息，以及连接该应用程序所必须的信息；d.安全保证：采用通行认证、授权处理以及在要求时进行加密处理来保证安全；e.应用连接：使用服务查找得到的参数来调用应用程序。蓝牙技术的系统结构分为三大部分：底层硬件模块、中间协议层和高层应用。底层硬件部分包括无线跳频（RF）、基带（BB）和链路管理（LM）。无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实现数据位流的过滤和传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。链路管理负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制。Bluetooth协议栈分析3.1蓝牙协议栈蓝牙协议栈的体系结构由底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三部分组成。（1）底层硬件模块组成：链路管理协议(LinkManagerProtocol，LMP)；基带(BaseBand，BB)；射频(RadioFrequency，RF)。功能：射频(RF)通过2.4GHz的ISM频段实现数据流的过滤和传输。基带(BB)提供两种不同的物理链路，即同步面向连接链路(SynchronousConnectionOriented，SCO)和异步无连接链路(AsynchronousConnectionLess，ACL)，负责跳频和蓝牙数据，及信息帧的传输，且对所有类型的数据包提供不同层次的前向纠错码(FrequencyErrorCorrection，FEC)或循环冗余度差错校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)。链路管理协议(LMP)负责两个或多个设备链路的建立和拆除，及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口。主机控制器接口(HostControllerInterface，HCI)是蓝牙协议中软硬件之间的接口，提供了一个调用下层BB、LMP、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过HCI的解释才能进行。（2）中间协议层无线应用环境(WAE)无线应用协议（WAP）传输控制协议因特网协议(IP)音频/电话命令（A/T命令）虚拟名片虚拟日历对象交换协议(OBEX)用户数据报协议(DDP)点对点协议（PPP）串口仿真协议（RFCOMM）二进制电话控制协议（TCS-BIN）逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）音频链路管理协议（LMP）基带（BB）蓝牙天线收发器（RF）蓝牙主机控制器接口（HCI）中间协议层高端应用层服务发现协议（SDP）底层硬件模块组成：逻辑链路控制和适配协议(LogicalLinkControlandAdaptationProtocol，L2CAP)；服务发现协议(ServiceDiscoveryProtocol，SDP)；串口仿真协议(或称线缆替换协议RFCOMM)；二进制电话控制协议(TelephonyControlprotocolSpectocol，TCS)。功能：L2CAP位于基带(BB)之上，向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它主要完成数据的拆装、服务质量控制、协议的复用、分组的分割和重组，及组提取等功能。SDP是一个基于客户/服务器结构的协议，它工作在L2CAP层之上，为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，服务的属性包括服务的类型及该服务所需的机制或协议信息。RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议，符合ETSI标准的TS07.10串口仿真Android蓝牙驱动开发5/32协议，它在蓝牙基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为原先使用串行连接的上层业务提供传送能力。TCS定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数据呼叫的控制信令(CallControlSignalling)，并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程。（3）高端应用层组成：点对点协议(Point-to-PointProtocol，PPP);传输控制协议/网络层协议(TCP/IP);用户数据包协议(UserDatagramProtocol,UDP)；对象交换协议(ObjectExchangProtocol，OBEX)；无线应用协议(WirelessApplicationProtocol，WAP);无线应用环境(WirelessApplicationEnvironment，WAE)；功能：PPP定义了串行点对点链路应当如何传输因特网协议数据，主要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范。TCP/IP、UDP定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设备之间的通信。OBEX支持设备间的数据交换，采用客户/服务器模式提供与HTTP(超文本传输协议)相同的基本功能。可用于交换的电子商务卡、个人日程表、消息和便条等格式。WAP用于在数字蜂窝电话和其他小型无线设备上实现因特网业务，支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和其他基于因特网的协议。WAE提供用于WAP电话和个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)所需的各种应用软件。