蓝牙技术原理及应用.ppt

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蓝牙技术原理及应用,主讲：周洋,PPT模板下载：www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板：www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板：www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载：www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片：www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载：www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程： www.1ppt.com/word/ Excel教程：www.1ppt.com/excel/ 资料下载：www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载：www.1ppt.com/kejian/ 范文下载：www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载：www.1ppt.com/shiti/ 教案下载：www.1ppt.com/jiaoan/,制作:,汪翔 吴智星,,,,,,,,蓝牙，是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术，经过近几年的发展，我们对它已不再陌生，它也是目前数码产品中不可或缺的模块。蓝牙技术的出现让我们在连接各种设备的时候不再被繁多的数据线所束缚，比如音响、电脑、鼠标、键盘，甚至是汽车。这技术是在两个设备间进行无线短距离通信的最 简单、最便捷的方法，也能够简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。,前言,,,,,,,,,蓝牙的技术介绍,,蓝牙的技术原理,,蓝牙的主要特点,,蓝牙的应用,1,2,3,4,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙已经经过8个版本的更新，分别为1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2。 　 蓝牙1.1标准 　　1.1 为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。 蓝牙1.2标准 　　1.2 同样是只有 748~810kb/s 的传输率，但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙2.0标准 　　2.0 是 1.2 的改良提升版，传输率约在 1.8M/s~2.1M/s，开始支持双工模式——即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。 蓝牙2.1标准 　　2007年8月2日，蓝牙技术联盟今天正式批准了蓝牙2.1版规范，即“蓝牙2.1+EDR”，可供未来的设备自由使用。和2.0版本同时代产品，目前仍然占据蓝牙市场较大份额，相对2.0版本主要是提高了待机时间2倍以上，技术标准没有根本性变化。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙3.0标准 　　2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 )，蓝牙3.0的核心是"Generic Alternate MAC/PHY"(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。 　　蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数据传输)。在传输速度上，蓝牙3.0是蓝牙2.0的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的 资料传输，但是需要双方都达到此标准才能实现功能。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙4.0标准 　　蓝牙4.0规范于2010年7月7日正式发布，新版本的最大意义在于低功耗，同时加强不同OEM厂商之间的设备兼容性，并且降低延迟，理论最高 传输速度依然为24Mbps(即3MB/s)，有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)。该标准芯片被大量的手机、平板所采用，如苹果The New iPad平板电脑，以及苹果iPhone 5、魅族MX4、HTC One X等手机上带有蓝牙4.0功能。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙4.1标准 　　蓝牙4.1于2013年12月6日发布，与LTE无线电信号之间如果同时传输数据，那么蓝牙4.1可以自动协调两者的传输信息，理论上可以减少 其它信号对蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智能化，比如减少了设备之间重新连接的时间，意味着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断 开连接的时间不算很长，当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接，反应时间要比蓝牙4.0更短。最后一个改进之处是提高传输效率，如果用户连接的设备 非常多，比如连接了多部可穿戴设备，彼此之间的信息都能即时发送到接接收设备上。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙4.2标准 　　2014年12月4日，最新的蓝牙4.2标准颁布，改善了数据传输速度和隐私保护程度，并接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。在新的标准下蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可，否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。 　　速度方面变得更加快速，两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了2.5倍，因为蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高，其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,蓝牙是一个开放性的无线通信标准，设计者的初衷是用隐形的连接线代替线缆。其目标和宗旨是：保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式。它将取代目前多种电缆连接方案，通过统一的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的话音和数据通信。 它推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中的各种数据和语音设备能互连互通，从而实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。“蓝牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享。。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,具体地说，“蓝牙”技术的作用就是简化小型网络设备（如移动PC、pad、手机）之间以及这些设备与Internet之间的通信，免除在无绳电话或移动电话、调制解调器、PDA、计算机、打印机、局域网等之间加装电线、电缆和连接器。此外，蓝牙技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。蓝牙技术使用全球通行的、无需申请即可使用的2.45GHzISM（工业Industry、科学Science、医学Medicine）频段。,,,,,,,,蓝牙技术介绍,若以2.45GHz为中心频率，在这个频段上最多可设立79个带宽为1MHz的信道。其收发信机采用跳频扩谱技术，在2.45GHzISM频段上以1600跳/秒的速率进行跳频通信在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kb/s，最高数据速度可达1Mb/s。由于采用低功率时分复用方式工作（发射），其有效传输距离大约为10m，加上功率放大器时，传输距离可扩大到100m。蓝牙数据包在某个载频上的某个时隙内传递，不同类型的数据（包括链路管理和控制消息）占用不同信道，并通过查询（Inquiry）和寻呼（Paging）过程来同步跳频频率和不同蓝牙设备的时钟。除采用跳频扩谱的低功率传输外，蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。,,,,,,,,,蓝牙的技术介绍,,蓝牙的技术原理,,蓝牙的主要特点,,蓝牙的应用,1,2,3,4,,,,,,,,蓝牙技术原理,,,,蓝牙的主要技术,蓝牙的系统组成,,蓝牙的核心协议,,,,,,,,蓝牙的主要技术,蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。应用了“Plonkandplay”的概念（类似“即插即用”），即任一蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置，因此可以解释成“即连即用”。蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、方法和理论，包括：无线通信与网络技术、软件工程、软件可靠性理论、协议的测试技术、规范描述语言、嵌入式实时操作系统（EmbeddedRTOS）、跨平台开发和用户界面图形化技术、软硬件接口技术（如RS232，UART，USB等），高集成、低功耗芯片技术等。,,,,,,,,蓝牙技术原理,,,,蓝牙的主要技术,蓝牙的系统组成,,蓝牙的核心协议,,,,,,,,蓝牙的系统组成,蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。,注:每个独立的同步蓝牙网络就被称为一个微微网（piconet）。,,,,,,,,蓝牙的系统组成,天线单元： 蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为０dB的基础上的。空中接口遵循有关电平为０dB的ISM频段的标准,,,,,,,,蓝牙的系统组成,链路控制（固件）单元： 基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。它有３种纠错方案：１／３比例前向纠错（FEC）码、２／３比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案。采用FEC（前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。报头总有占１／３比例的FEC码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。,,,,,,,,蓝牙的系统组成,链路管理（软件）单元： 链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务： 1.发送和接收数据；2.请求名称；3.链路地址查询；4.建立连接；5.鉴权；链路模式协商和建立；6.决定帧的类型；7.将设备设为sniff（呼吸）模式。Master（主机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为Hold(保持模式)。工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由LM定义，LC（链路控制器）具体操作.,,,,,,,,蓝牙的系统组成,链路管理（软件）单元： 链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务： 1.发送和接收数据；2.请求名称；3.链路地址查询；4.建立连接；5.鉴权；链路模式协商和建立；6.决定帧的类型；7.将设备设为sniff（呼吸）模式。Master（主机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为Hold(保持模式)。工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由LM定义，LC（链路控制器）具体操作.,,,,,,,,蓝牙的系统组成,软件（协议）单元： 蓝牙的软件单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。它必须符合已经制定好的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（Core）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为协议子集（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。,,,,,,,,蓝牙技术原理,,,,蓝牙的主要技术,蓝牙的系统组成,,蓝牙的核心协议,,,,,,,,蓝牙的核心协议,蓝牙的核心协议由基带、链路管理（LMP）、逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）和业务搜寻协议（SDP）等四部分组成。从应用的角度看，射频、基带和LMP可以归为蓝牙的低层协议，它们对应用而言是十分透明的。基带和LMP负责在蓝牙单元间建立物理射频链路，构成微微网。此外，LMP还要完成像鉴权和加密等安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时钟周期、微微网内蓝牙单元的连接状态等。,,,,,,,,蓝牙的核心协议,逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）完成基带与高层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为高层提供数据业务和分类提取，它允许高层协议和应用接收或发送长达64000字节的L2CAP数据包。业务搜寻协议（SDP）是极其重要的部分，它是所有使用模式的基础。通过SDP，可以查询设备信息、业务及业务特征，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。SDP支持３种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性搜寻和业务浏览（browsing）.,,,,,,,,蓝牙的核心协议,电缆替代协议：串行电缆仿真协议（RFCOMM）像SDP一样位于L2CAP之上，作为一个电缆替代（cable replacement）协议，它通过在蓝牙的基带上仿真RS 232的控制和数据信号，为那些将串行线用作传输机制的高级业务（如OBEX协议）提供传输能力。该协议由蓝牙特别兴趣小组在ETSI的TS07.10基础上开发而成。 电话控制协议：电话控制协议包括电话控制规范二进制（TCS BIN）协议和一套电话控制命令（AT-commands）。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；AT-commands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令，它由蓝牙特别兴趣小组在ITU-T Q.931的基础上开发而成。,,,,,,,,,蓝牙的技术介绍,,蓝牙的技术原理,,蓝牙的主要特点,,蓝牙的应用,1,2,3,4,,,,,,,,蓝牙的主要特点,无线性强 开放性强 移植性强 兼容性强 抗干扰性强 功耗低 传输距离小,,,,,,,,,,,,,,,,蓝牙的技术介绍,,蓝牙的技术原理,,蓝牙的主要特点,,蓝牙的应用,1,2,3,4,,,,,,,,蓝牙的应用,,,,,,,,蓝牙的应用,,,,,,,,蓝牙的应用,,,,,,,,蓝牙的应用,智能家居网络实现的主要功能 智能家居主所要是实现的主要功能有：对非智能家电的控制 对现有家用电器和其他设备的控制、调节和检测，比如灯光、报警器、微波炉、洗衣机、自动门以及各种手动的开关和遥控器等。,,,,,,,,蓝牙的应用,智能家居网络结构 蓝牙系统在实现的时候，一般分成两部分实现，一是硬件部分，它包括蓝牙协议栈的下三个层次，即无线收发、基础和链路客理层(LMP)；二是软件部分，它包括蓝牙协议栈的上层，即L2CAP、RFCOMM 、SDP和TCS以及一些蓝牙技术应用。由于每一个蓝牙设备都拥有一个全球唯一的地址码，因此可以利用该地址码方便的实现家居内电器设备的控制。,,,,,,,,蓝牙的应用,蓝牙系统的软件设计 　 在设计时，定义电器设备为从设备；与PC机相连的模块为主设备。处理器、PC机与，蓝牙模块之间通过HCI（主机控制接口）来实现对其硬件的访问和控制。具体的工作过程如下： 　　当处理器和主机控制器通信时，HCI 层以上的协议在处理器上运行，而HCI 层以下的协议由蓝牙主机控制器硬件来实现，它们通过HCI 传输层进行通信。由微处理器充当主机的角色，其主机软件工作在HCI 之上，通过串口与HCI 进行交互，调用HCI 命令，处理HCI 事件和数据分组。处理器和主机控制器中都有HCI，它们具有相同的接口标准。主机控制器中的HCI 解释来自处理器的信息并将信息发向相应的硬件模块单元，同时还将模块中的信息根据需要向上转发给处理器，从而完成蓝牙无线通信功能。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Thank You,