1、报告编号：1306068 成绩：教师：现代科技信息检索与利用研 究 生 考 查 试 卷检 索 报 告中文：蓝牙 4.0 底层协议的研究检索课题名称 英文：Research of the underlying protocol of bluetooth 4.0 一、 检索目的1. 熟悉图书馆检索文献的方法步骤；2. 把老师在课堂上讲的只是和实践很好的结合；3. 检索与本课题相关的文献，了解本课题目前的背景、研究现状以及需要解决的问题，指导本课题的研究方向和侧重点。二、检索课题的科学技术要点本次检索的课题是蓝牙4.0底层协议的研究。 蓝牙4.0技术是蓝牙国际联盟推出的最新技术规范，也是Blueto
2、oth从诞生至今唯一的一个综合性协议规范。蓝牙4.0技术规范包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙技术和4.0新增的低能耗蓝牙技术。传统蓝牙技术基本是以蓝牙2.1+EDR版本为基础，实现了 BR/EDR蓝牙链路的控制与基础蓝牙协议。高速蓝牙技术是以蓝牙3.0+HS版本为蓝本，主要复用了 802.11底层协议和射频技术，通过802.11无线适配协议即PAL来适配 ,从而达到高速数据传输的目的。低能耗蓝牙技术是一种确保在低速无线通信下超低功耗运行的短距离无线技术。本文以蓝牙4.0SoC固件开发为背景，对蓝牙 4.0底层核心协议进行了深入的研究，并讨论了蓝牙4.0底层核心协议的实现。另外，本文还重
3、点分析了通信协议实现的一般方法以及本文所采用的实现策略，并且基于实现策略给出了蓝牙4.0协议整体设计架构；针对传统蓝牙技术微微网中点对多点资源有效调度的业界难点问题，本文设计了一种根据链路负载动态调度的算法，并且给出了相应的算法实现；针对蓝牙与WLAN之间干扰的问题，本文给出了“AFH自适应跳频机制”与“BT 、WLAN 分时工作”两种组合方法来保证蓝牙与WLAN的共存；针对低能耗蓝牙低功耗运行的要求本文探讨了系统所采取的相关低功耗实现策略。本文研究工作的意义在于，蓝牙4.0是一个全新的开放式技术标准，这一技术未来应用前景非常广阔，目前国外一些一流的企业已经推出相应技术的产品，而国内本土企业在
4、这方面研究尚属空白，本项目的研究实现以及后继产品的推出将填补我国在蓝牙4.0技术领域产品的空白。三、检索手段及检索范围国内数据库：检索系统：1. 万方知识网络服务平台检索文档（数据库名称）： 1、 中国期刊全文数据库2、 中国博士学位论文全文数据库3、 学术期刊数据库4、 学位论文数据库5、 中文科技期刊全文数据库重庆维普数据库检索词：蓝牙 4.0 协议检索策略：万方数据库检索策略：高级检索- 主题：蓝牙 包含：4.0。共找到181篇符合条件的论文。国外数据库检索：检索系统：Science Direct检索文档（数据库名称）：1.Science Direct数据库检索词：bluetooth 4
5、.0检索策略：Advanced search -Search for bluetooth AND 4.0四、检索结果国内检索结果：（仅列出相关文献的序号、题名）1徐金苟.低能耗蓝牙 4.0协议原理与实现方法J.微型电脑应用,2012,28(10):16-19.DOI:10.3969/j.issn.1007-757X.2012.10.005. 2徐飞,庄奕琪 ,郭锋等.载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响J.电子科技大学学报,2008,37(1):39-42.DOI:10.3969/j.issn.1001-0548.2008.01.012. 3张德龙.基于蓝牙 4.0的无线扭矩测量分析J.电子测试
6、 ,2013,(15):79-80,62.DOI:10.3969/j.issn.1000-8519.2013.15.033. 4德国菜茵TUV7月香港介绍蓝牙 40新规J. 电脑与电信 ,2012,(7):22-22. 5曹青春,刘辉 .基于CC2540的蓝牙射频模块设计J.海南师范大学学报（自然科学版）,2013,26(2):172-176.DOI:10.3969/j.issn.1674-4942.2013.02.015. 6吕冰.蓝牙基带规范之逻辑传输J.数字通信世界,2011,(12):81-84.DOI:10.3969/j.issn.1672-7274.2011.12.036. 7刘瑞
7、金,杨莲兴 .适用于蓝牙快速锁定的2.4 GHz频率综合器 J.复旦学报（自然科学版）,2006,45(1):96-101.DOI:10.3969/j.issn.0427-7104.2006.01.021. 8Nordic Semiconductor.Lenovo Group推出业界首款双操作模式蓝牙低功耗和专属2.4 GHz无线PC鼠标采用了 Nordic Semiconductor 的 nRF51822系统级芯片J. 微型机与应用 ,2013,(22):55-55.DOI:10.3969/j.issn.1674-7720.2013.22.020. 9保鹏飞,薛万国 ,张震江等.基于蓝牙的生
8、命体征数据采集系统设计与实现J.中国数字医学,2013,8(2):5-7,10.DOI:10.3969/j.issn.1673-7571.2013.02.002. 10监牙的无线音频生活 J.电脑迷,2012,(18):27-28. 国外检索结果：（仅列出相关文献的序号、英文题名及中译题名）1. Jiangchuan Wen, John Nelson, Modelling and performance analysis of an adaptive state-transition approach for power saving in Bluetooth, Simulation Mode
9、lling Practice and Theory, Volume 31, February 2013, Pages 77-95, ISSN 1569-190X, http:/dx.doi.org/10.1016/j.simpat.2012.11.005.（建模和省电的蓝牙，模拟建模实践与理论的自适应状态转换方法的性能分析）2. Jia Liu, Guangmin Sun, Dequn Zhao, Xu Yao, Yihang Zhang, MCU-Controlling Based Bluetooth Data Transferring System, Procedia Engineerin
10、g, Volume 29, 2012, Pages 2109-2115, ISSN 1877-7058, http:/dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.271.（单片机控制基于蓝牙的数据传输系统）3. Carlos E. Galvn-Tejada, Jos C. Carrasco-Jimnez, Ramon F. Brena, Bluetooth-WiFi based Combined Positioning Algorithm, Implementation and Experimental Evaluation, Procedia Technology
11、, Volume 7, 2013, Pages 37-45, ISSN 2212-0173, http:/dx.doi.org/10.1016/j.protcy.2013.04.005.（蓝牙，基于WiFi的组合定位算法，实现与实验评价）4. Sewook Jung, Uichin Lee, Alexander Chang, Dae-Ki Cho, Mario Gerla, BlueTorrent: Cooperative content sharing for Bluetooth users, Pervasive and Mobile Computing, Volume 3, Issue 6
12、, December 2007, Pages 609-634, ISSN 1574-1192, http:/dx.doi.org/10.1016/j.pmcj.2007.06.003.（蓝牙用户，合作内容共享，普及和移动计算， ）5. A. Nallanathan, Wang Feng, H.K. Garg, Coexistence of wireless LANs and Bluetooth networks in mutual interference environment: An integrated analysis, Computer Communications, Volume
13、30, Issue 1, 15 December 2006, Pages 192-201, ISSN 0140-3664, http:/dx.doi.org/10.1016/com.2006.08.007.（无线局域网和蓝牙网络中的相互干扰环境的共存）6Daniel Boston, Steve Mardenfeld, Juan (Susan) Pan, Quentin Jones, Adriana Iamnitchi, Cristian Borcea, Leveraging Bluetooth co-location traces in group discovery algorithms,
14、Pervasive and Mobile Computing, Volume 11, April 2014, Pages 88-105, ISSN 1574-1192, http:/dx.doi.org/10.1016/j.pmcj.2012.10.003.（凭借蓝牙协同定位的痕迹在组发现算法）检索结论国内检索结果：1.载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响主要内容： 蓝牙协议提供了多种不同长度的数据包类型,以提高在不同的信道条件下的数据传输性能.针对这一特性,该文建立了噪声环境下蓝牙数据传输系统的数学模型,分析了蓝牙高斯频移键控(GFSK)调制方式和2.0+EDR规范新增加的/4-DQPSK与8
15、DPSK调制方式,根据在加性高斯白噪声信道(AWGN)下的比特错误率(BER)与平均接收信噪比的关系,推导了ACL数据分组的重传概率与平均接收信噪比的函数表达式,进而分析了在不同的信噪比条件下载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响.仿真分析结果对如何提高蓝牙数据传输性能的研究提供了有益的参考.2.基于蓝牙4.0的无线扭矩测量分析主要内容：针对大型工程机械载荷谱测量的难题，以低功耗蓝牙4.0技术设计了无线扭矩测量装置。采用应变片作为敏感元件，将测量装置固定于旋转轴上，通过蓝牙4.0无线传输协议将测得数据发送到计算机的蓝牙接收器上。实验分析表明：在高转速要求高采样频率、通讯环境复杂的条件下测量装置工作
16、性能良好，验证了该测量方案的可行性和可靠性。该装置适用于密闭环境中高速旋转轴的非接触、低功耗的扭矩的测量。3.德国菜茵TUV7月香港介绍蓝牙40新规主要内容：香港2012年7月10日电美通社亚洲-SIG蓝牙协会已于2010年7月正式采用最新核心技术规格40版本。随着40核心技术版本的芯片及模块的研发制造，成品制造商也相继推出40核心技术应用的产品。作为功能齐全的测试实验室，位于香港的蓝牙测试实验室为香港第一且唯一的蓝牙资格认证测试机构（BQTF） ，可针对所有的蓝牙规格（从传统的BREDR到现今40技术版本）提供射频、蓝牙通讯应用协议与兼容性测试。目前，德国莱茵TUV已协助多家芯片及模块厂商针
17、对40核心技术版本的芯片及模块完成蓝牙资格认证程序。 4.Windows CE下基于蓝牙协议的免提应用实现主要内容：蓝牙技术是可以同时进行语音和数据传输的短距离无线通信技术，其目的主要是取代目前的各种电缆连接。蓝牙设备工作在24GHz的ISM频段，在v12版本中，蓝牙基带数据速率为1Mb/s，通信距离一般为 10米左右。微型化、低成本、低功耗、使用方便快捷是蓝牙技术最显著的特点。蓝牙特别兴趣小组（SIG）制定的蓝牙技术规范中规定了蓝牙应用应遵循的标准和需要达到的要求，包括了蓝牙协议和基本应用框架。其中的免提应用框架实现了蓝牙免提设备与音频网关之间的无线连接，使得司机在驾车的同时可以方便地拨打和
18、接听电话，避免了由于操作不便造成的交通事故。本课题主要研究：随着蓝牙技术由手机、游戏、耳机、便携电脑和汽车等传统应用领域向物联网、医疗等新领域扩展，市场对低功耗的要求越来越高。蓝牙4.0 协议版本是在蓝牙3.0 高速版本基础上增加了低能耗协议部分。嵌入式设备端在很多应用场景要求能耗非常低，传输速率要求也不高，对于这类设备，可以仅实现4.0 协议中低能耗蓝牙部分，通过与支持双模的主机设备进行通信或者跟同类设备通信。由于蓝牙4.0 协议拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久；同时还有低成本、跨厂商互操作性、3 毫秒低延迟、AES-128 加密等诸多特色，可以广泛应用于计步
19、器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域，大大扩展蓝牙技术的应用范围。所以，目前很多蓝牙厂商也都推出了符合蓝牙4.0 版本的低功耗协议的蓝牙芯片。本文介绍蓝牙4.0 低能耗部分协议即 LE 的技术原理、协议架构以及给出一个具体的实现方法。 六、附件 1：（中文相关文献 XX 篇）1【篇名】低能耗蓝牙 4.0 协议原理与实现方法【作者】徐金苟【作者单位】上海交通大学 上海,200240【出处】微型电脑应用,Microcomputer Applications2012,28(10)【ISSN】1007-757X【页码】16-19【摘要】介绍了最新的蓝牙技术规范 4.0 协议中低能耗部分的协
20、议原理以及协议架构.讨论了在分层结构通信协议实现中遇到的主要问题和应对的策略.结合通信协议实现的通常策略,讨论了低能耗蓝牙 4.0 协议实现的方法与策略.【DOI】10.3969/j.issn.1007-757X.2012.10.0052【篇名】载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响【作者】徐飞,庄奕琪,郭锋等【作者单位】西安电子科技大学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安,710071【出处】电子科技大学学报,JOURNAL OF UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA2008,37(1)【ISSN】1001-05
21、48【页码】39-42【摘要】蓝牙协议提供了多种不同长度的数据包类型,以提高在不同的信道条件下的数据传输性能.针对这一特性,该文建立了噪声环境下蓝牙数据传输系统的数学模型,分析了蓝牙高斯频移键控(GFSK)调制方式和2.0+EDR 规范新增加的 /4-DQPSK 与 8DPSK 调制方式,根据在加性高斯白噪声信道 (AWGN)下的比特错误率(BER)与平均接收信噪比的关系,推导了 ACL 数据分组的重传概率与平均接收信噪比的函数表达式,进而分析了在不同的信噪比条件下载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响.仿真分析结果对如何提高蓝牙数据传输性能的研究提供了有益的参考.【DOI】10.3969/j.i
22、ssn.1001-0548.2008.01.0123【篇名】基于蓝牙 4.0 的无线扭矩测量分析【作者】张德龙【作者单位】甘肃机电职业技术学院，甘肃天水，741001【出处】电子测试 ,Electronic Test 2013,(15)【ISSN】1000-8519【页码】79-80,62【摘要】 针对大型工程机械载荷谱测量的难题，以低功耗蓝牙 4.0 技术设计了无线扭矩测量装置。采用应变片作为敏感元件，将测量装置固定于旋转轴上，通过蓝牙 4.0 无线传输协议将测得数据发送到计算机的蓝牙接收器上。实验分析表明：在高转速要求高采样频率、通讯环境复杂的条件下测量装置工作性能良好，验证了该测量方案的
23、可行性和可靠性。该装置适用于密闭环境中高速旋转轴的非接触、低功耗的扭矩的测量。【DOI】10.3969/j.issn.1000-8519.2013.15.0334【篇名】德国菜茵 TUV7 月香港介绍蓝牙 40 新规【出处】电脑与电信,Computer Telecommunication2012,(7)【ISSN】1008-6609【页码】22-22【摘要】香港 2012 年 7 月 10 日电美通社亚洲-SIG 蓝牙协会已于 2010 年 7 月正式采用最新核心技术规格 40 版本。随着 40 核心技术版本的芯片及模块的研发制造，成品制造商也相继推出 40 核心技术应用的产品。作为功能齐全的
24、测试实验室，位于香港的蓝牙测试实验室为香港第一且唯一的蓝牙资格认证测试机构（BQTF） ，可针对所有的蓝牙规格（从传统的 BREDR 到现今 40 技术版本）提供射频、蓝牙通讯应用协议与兼容性测试。目前，德国莱茵 TUV 已协助多家芯片及模块厂商针对 40 核心技术版本的芯片及模块完成蓝牙资格认证程序。5【篇名】基于 CC2540 的蓝牙射频模块设计【作者】曹青春,刘辉【作者单位】南海东软信息技术职业学院 计算机系,广东 佛山,528225; 南海东软信息技术职业学院 计算机系,广东 佛山 528225;华南师范大学 物理与电信工程学院微波与天线实验室 ,广东 广州 510006【出处】海南师
25、范大学学报（自然科学版）,Journal of Hainan Normal University(Natural Science)2013,26(2)【ISSN】1674-4942 【页码】172-176【摘要】采用 TI 公司 CC2540 蓝牙低功耗芯片作为核心器件,设计了一种基于蓝牙 4.0 协议的无线模块.设计给出了蓝牙无线通信模块系统硬件框架.并根据该系统框架设计了外围电路、射频阻抗匹配电路以及蓝牙印制倒 F 天线.采用分立阻抗器件搭建阻抗匹配网络以实现蓝牙模块的射频信号阻抗匹配,采用 CST 电磁仿真软件以及基于有限元法的 HFSS 电磁仿真软件对蓝牙天线进行建模和仿真.所设计的蓝
26、牙模块具有低功耗、结构小型化、低生产成本等特点.【DOI】10.3969/j.issn.1674-4942.2013.02.0156【篇名】蓝牙基带规范之逻辑传输【作者】吕冰【作者单位】北京市无线电监测站【出处】数字通信世界,Digital Communication World2011,(12)【ISSN】1672-7274【页码】81-84【摘要】蓝牙系统规范自诞生以来,已发展到 4.0 版本,但其核心协议并无大的改变。而关于其核心协议中基带规范的全面描述并不多见,且叙述多有不一致。本文根据有关资料,力求就其核心规范内容有选择地进行解读,以供参考。【DOI】10.3969/j.issn.1
27、672-7274.2011.12.0367【篇名】适用于蓝牙快速锁定的 2.4 GHz 频率综合器【作者】刘瑞金,杨莲兴【作者单位】复旦大学,专用集成电路与系统国家重点实验室,上海,200433【出处】复旦学报（自然科学版）,JOURNAL OF FUDAN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)2006,45(1)【ISSN】0427-7104【页码】96-101【摘要】用 TSMC CMOS 0.18 m 工艺设计了 2.4 GHz 频率综合器,工作频段 2.4022.480 GHz,在2.192.76 GHz 范围内能够自动调回到工作频段.VCO 的相位噪声是-125.7 dBc/Hz 1 MHz,环路的相位噪声是-122.2 dBc/Hz1 MHz,符合蓝牙协议的要求.【DOI】10.3969/j.issn.0427-7104.2006.01.021
