物联网技术与应用第2版武奇生电子课件第8章节蓝牙技术.ppt

尚辅网 / 物联网 武奇生 第八章 蓝牙技术 本章内容： 蓝牙技术概述 蓝牙技术体系结构 无线片上系统CC2540概述 本章小结 8.1蓝牙技术概述 蓝牙（Bluetooth）是一种短距离无线通信的技术规范 。工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学频段。 蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据通道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。 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，而连接响应方则为从设备。 8.1.1蓝牙的基本概念和特点 图8-1、8-2 蓝牙微微网结构（左）和散射网结构（右） 蓝牙具有很好的抗干扰能力 ：蓝牙设备在某个频点发送数据之后，在跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μs。 蓝牙模块体积很小，可以方便地继承到各种设备中。 蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式，即激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。 蓝牙具有开放的接口标准。 蓝牙产品的成本低 。 8.1.2 蓝牙技术的发展 截止2014年，蓝牙共有八个版本: V1.1、V1.2、V2.0、V2.1、V3.0、V4.0、V4.1和V4.2 以通讯距离来区分的话，可分为 Class A和Class B两类。 Class A是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，成本高和耗电量大，通讯距离大约在 80~100m 距离之间。 Class B是目前最流行的制式，通讯距离大约在 8~30m 之间，多用于个人通讯产品上，耗电量和体积均较小，方便携带。 蓝牙V1.1的传输速率约在748~810kb/s，且容易受到同频率的产品的干扰。 蓝牙V1.2 在V1.1的基础上增加了抗干扰的跳频功能。 蓝牙V 2.0 对蓝牙V1.2 进行了改良提升，传输率约在 1.8Mb/s~2.1Mb/s，可以有双工的工作方式。 蓝牙 V2.1+EDR（增强速率版本）：针对蓝牙设备配置流程复杂和功耗较大的问题， 改善了蓝牙装置的配对流程，自动采用数字密码来进行配对与连接（举例来说，只要在手机选项中选择连接特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连结）； 加入了减速呼吸（Sniff Subrating）功能，即通过设定在两个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。 蓝牙V3.0根据IEEE 802.11适配层协议应用了Wi-Fi技术，传输速度提高到了大约24Mbps。这样，蓝牙3.0设备将能通过Wi-Fi连接到其它设备进行数据传输。功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量。 蓝牙V4.0规范包括经典蓝牙、高速蓝牙和蓝牙低功耗协议。高速蓝牙基于Wi-Fi，经典蓝牙则包括旧有蓝牙协议。 蓝牙V4.0是V3.0的升级版本，它较V3.0更省电、成本更低、更低延迟（3毫秒延迟）、更长的有效连接距离，同时加入了AES-128位加密机制。 手机，游戏机，PC，表，体育和健身，医疗保健， 汽车，家用电子，自动化和工业等 手机，游戏机，耳机，立体声音频数据流，汽车和PC等 主要用途 Star-bus 分散网 网络拓扑 没有 有 语音能力 Bluetooth SIG Bluetooth SIG 认证机构 6 m/s 100 m/s 发送数据的总时间 快速 ACK 自动适应快速跳频 自动适应快速跳频，FEC 鲁棒性 128-bit 高级加密标准（AES）及用户自定义的应用层 64/128-bit及用户自定义的应用层 安全 0.2 Mb/s 0.7-2.1 Mb/s 应用吞吐量 1 Mb/s 1-3 Mb/s 空中数据速率 10米 10米 距离 2.4 GHz 2.4 GHz 无线电频率 低功耗蓝牙 经典的蓝牙 技术规范 表8-1 经典蓝牙和低功耗蓝牙的性能对比 蓝牙4.1版本是对蓝牙4.0版本的软件更新： 当蓝牙信号与LTE无线电信号之间同时传输数据，那么蓝牙V4.1可以采用自动协调机制减少其它信号对蓝牙4.1的干扰； 减少了设备之间重新连接的时间，当用户离开并再次回到蓝牙信号范围内的时间不长，那么设备将自动连接； 提高了传输效率，能够及时实现多部可穿戴设备之间的信息传递； 为开发人员增加了更多的灵活性，能够支持同时连接多部设备。 蓝牙V4.2改善了数据传输速度和隐私保护程度：数据传输速度提高了2.5倍；连接或者追踪用户设备必须经过用户许可；支持灵活的互联网连接选项（IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart 网关），实现物联网。 8.2 蓝牙技术的体系结构 蓝