1. 簡介

藍牙的命名來源于一個丹麥國王的名字。

藍牙的核心是短距離無線電通訊，它的基礎來自于跳頻擴頻（FHSS）技術。

頻率：[2.4GHz, 2.4GHz + 83.5MHz]

物聯網領域需要研究Bluetooth + Mesh。

分類

兩種：

• 經典/傳統藍牙（< 4.0版本）；
• BLE低功耗藍牙。

在IoT中，ble更常見一些；經典藍牙常用于手機和耳機的通信。

芯片模式有兩種：

• 雙模，就是支持以上兩種，應用有降噪耳機、電視語音遙控及按鍵；
• 單模則是只支持一種，通常是支持BLE。

發展

開始于愛立信在 1994 年提出的無線通信方案，以解決用戶間互不兼容的移動電子設備的通信問題，用于替代 RS-232 串口通訊標準。

第一代藍牙（傳輸率0.7Mbps）：

1. 1999 年，藍牙 1.0A 版，確定使用 2.4GHz 頻段, 藍牙硬件地址叫做BD_ADDR；
2. 2001 年：藍牙 1.1，藍牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標準，定義了物理層和MAC層；
3. …

第二代藍牙：

1. 2004 年，藍牙 2.0，新增的 EDR （Enhanced Data Rate）使得藍牙設備的傳輸率可達 3Mbps；支持雙工，可以邊電話邊傳輸數據；
2. 2007 年，藍牙 2.1，支持 NFC ，新增SSP(Secure Simple Pairing)安全配對，新增SniffSubrating省電功能；

2009 年， 3.0 （比較穩定了），可調用 802.11 WiFi，傳輸速率高達 24Mbps。藍牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY）。代表作是藍牙適配器。

第四代 ：

1. 2010 年，4.0，支持BLE（Bluetooth Low Energy，基于 NOKIA 開發的 Wibree 技術）低功耗功能，傳輸距離提升到100米以上。代表作，iphone 4s；
2. 2013 年，4.1支持云功能（可以用于iot了），支持IPv6，支持區中心（例如智能手表和計步器可以繞過智能手機，直接連接）；
3. 2014年，4.2，可以拋棄wifi，iot設備完全用藍牙；

4.0之前的都是經典藍牙，>=4.0的才支持BLE。

2016 年， 藍牙 5.0 ，iot入場，速度上限為 2Mbps，傳輸距離理論上可達 300 米，結合 WiFi 可以實現精度小于 1 米的室內定位；針對 IoT 物聯網進行底層優化；引入Mesh網絡。

說下 Mesh 。

Mesh 網狀網絡能夠將藍牙設備作為信號中繼站，數據覆蓋廣，兼容藍牙 4 和 5 系列的協議。

傳統的藍牙連接是通過 配對 實現的，即 [一對一] 或 [一對多] 的微型網絡關系。

Mesh 網絡能夠使設備實現「多對多」的關系。

產品架構

3種：

1. 藍牙芯片（含藍牙協議棧host）直接與外設通信，這類芯片可作MCU，如藍牙耳機、藍牙音響、藍牙手環；
2. 藍牙芯片（含藍牙協議棧host）—MCU—外設，一般用于外設功能復雜的場景，
3. 藍牙芯片（controller）—MCU（含host）—外設，是藍牙最復雜的方案，客戶需要使用很多藍牙協議，比如車載藍牙、手機藍牙。

組成

藍牙設備：

• 硬件層，即Controller藍牙模塊（由低到高排序）：
• 無線射頻單元Radio，一種微帶天線；
• 基帶BaseBand或鏈路控制單元LinkController，進行射頻信號與數字或語音信號的相互轉化；
• 鏈路管理單元LinkManager，管理藍牙設備之間的通信；
• 主機控制器Host Controller
• TRANSPORT層，實現HOST跟CONTROLLER的交互，有H2（USB使用）, H4/H5/BCSP（UART使用）協議。5種數據:
• HCI COMMAND:由藍牙協議棧發送給芯片的命令
• HCI EVENT:由藍牙芯片上報給藍牙協議棧的事件
• HCI ACL:藍牙協議棧跟藍牙芯片雙向交互的普通數據
• HCI SCO:藍牙芯片跟藍牙協議棧雙向交互的通話/語音識別等音頻數據
• HCI ISO（這部分是在core5.2才添加）:LE audio用的數據包格式
• HOST層，即藍牙協議棧，或者說藍牙主機，：
• 主機控制接口（HCI），透過transport把協議棧的數據發送給藍牙芯片；
• 高層協議Higher Layer Protocol;
• Application

一些藍牙模塊：

JDY-10M模塊，含底板+藍牙模塊，十幾塊錢，供電建議5V。兩種接法：

• 連接UART-TTL轉換器，再連接PC；
• 直接連MCU。

M是Mesh的意思，JDY-10就是不支持組網的版本.

2. 協議

初學者先學藍牙host(藍牙協議棧)，再學controller（藍牙芯片）里面的協議。

藍牙協議有很多，藍牙電話（HFP），藍牙音頻（A2DP），藍牙音樂控制（AVRCP），藍牙電話本（PBAP），藍牙短信（MAP），BLE,HID…

藍牙協議分為傳輸協議、中介協議和應用協議：

• 傳輸協議：互相確認對方的位置，建立和管理物理鏈路；
• 底層傳輸協議，包括Radio, Baseband&Link Controller, Link Manager Protocol等；
• 高層傳輸協議，包括L2CAP， HCI；
• 中介協議：為應用提供不同標準接口；
• 應用協議：協議棧之上的應用軟件所涉及到的協議。

2.1 傳輸協議

L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol，邏輯鏈路控制與適配協議。

位于基帶之上

2.2 中介協議

SDP

Service Discover Protocol，服務發現協議，發現哪些服務可用，并確定這些可用服務的特征

RFCOMM

Serial Port Emulation，串口仿真協議，為建立在串口之上的傳統應用提供環境接口，用于藍牙電話，藍牙透傳SPP等。

AT指令

AT指令是區分大小寫的ascii碼，以r結束。

像mesh那樣，要在組網中實現通信，就不能用at那樣的ascii指令了，而要用特定的二進制協議格式。

只能在透傳模式下工作（設備連接手機后進入透傳模式，手機是服務端）。

2.3 其它（分類不太確定）

HFP

Hands-Free，藍牙免提協議，用于藍牙耳機。還有一個已經基本廢棄的HSP，藍牙耳機協議。

OBEX，對象交換協議，用于藍牙電話本，藍牙短信，文件傳輸等。

SPP（SERIAL PORT PROFILE）：藍牙串口協議。

IAP：蘋果的特有協議，用于Carplay。

PBAP（Phone Book Access）：藍牙電話本訪問協議。

MAP（Message Access Profile）：藍牙短信訪問協議。

OPP（Object Push Profile）：對象推送協議.

A2DP（Advanced Audio Distribution）: 藍牙音樂協議.

審核編輯 黃宇