《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用(第2版)微課視頻版》 課件 第4章 藍(lán)牙通信技術(shù)

4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.4藍(lán)牙通信4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域第4章藍(lán)牙通信技術(shù)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論藍(lán)牙作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡(jiǎn)單和適于語(yǔ)音通信等優(yōu)點(diǎn)。最初設(shè)計(jì)的主要目的是取代設(shè)備之間通信的有線連接，以便實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與移動(dòng)終端、移動(dòng)終端與固定終端之間的通信設(shè)備以無(wú)線方式連接起來(lái)。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論由于藍(lán)牙的無(wú)線通信連接技術(shù)使得人們從有線連接的束縛中解放出來(lái)，已經(jīng)成為近年來(lái)發(fā)展最快的無(wú)線通信技術(shù)之一，得到的支持最多，具有廣闊的應(yīng)用前景。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論藍(lán)牙一詞是10世紀(jì)時(shí)一位丹麥國(guó)王HaraldBlatand的綽號(hào)，Blatand在英文里的意思可以被解釋為Bluetooth(藍(lán)牙)。藍(lán)牙這個(gè)標(biāo)志的設(shè)計(jì)取自HaraldBlatand國(guó)王名字中的“H”和“B”兩個(gè)字母，用古北歐字母來(lái)表示，將這兩者結(jié)合起來(lái)，就成為了藍(lán)牙的Logo。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.1藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展1994年，愛(ài)立信移動(dòng)通信公司開(kāi)始研究具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡(jiǎn)單和適于語(yǔ)音通信等特點(diǎn)的無(wú)線接口的可行性。1998年5月，愛(ài)立信公司聯(lián)合了諾基亞、英特爾、IBM和東芝4家業(yè)界中頂尖的公司，并一起聯(lián)合成立了藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)(SpecialInterestGroup，SIG)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.2藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙是一種近距離的保證可靠接收和信息安全的開(kāi)放的無(wú)線通信技術(shù)規(guī)范，它可在世界上的任何地方實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信，主要原因是它具有如下特點(diǎn)。1)藍(lán)牙技術(shù)的開(kāi)發(fā)性2)短距離3)無(wú)線性4)具有互操作性和兼容性5)全球范圍適用6)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.3藍(lán)牙技術(shù)的版本藍(lán)牙技術(shù)誕生到發(fā)展至今，已經(jīng)經(jīng)歷了從V1.0到V5.0的5代版本4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范是由SIG制定的，屬于一種在通用無(wú)線傳輸模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的交互服務(wù)和應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種設(shè)備應(yīng)用之間能夠互通，這就要求本地設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備使用相同的協(xié)議，不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議，但所有的應(yīng)用都要使用藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中的軟件層和硬件層。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，遵循開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型。該模型從低到高分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)完整的藍(lán)牙協(xié)議棧4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.1底層硬件模塊傳輸協(xié)議的作用是使藍(lán)牙設(shè)備間能夠相互確認(rèn)對(duì)方的位置，且建立和管理藍(lán)牙設(shè)備間的物理鏈路和邏輯鏈路。這部分的傳輸協(xié)議可以再劃分為兩部分，即高層傳輸協(xié)議和低層傳輸協(xié)議。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)低層傳輸協(xié)議運(yùn)行在單芯片藍(lán)牙硬件模塊上4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)2.4GHz的ISM波段是一種短距離無(wú)線傳輸技術(shù)，供開(kāi)源使用4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)無(wú)線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀定時(shí)恢復(fù)和跳頻功能同時(shí)完成發(fā)送和接收操作4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)鏈路管理協(xié)議層利用狀態(tài)機(jī)定義了設(shè)備的5種狀態(tài)，分別是就緒、掃描、廣播、發(fā)起、連接4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.2中間協(xié)議層在藍(lán)牙邏輯鏈路上工作，中間協(xié)議層為高層應(yīng)用協(xié)議或程序提供了必要的支持，為上層應(yīng)用提供了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)接口。串口仿真協(xié)議(RFCOMM)是一個(gè)仿真有線鏈路的無(wú)線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，提供了對(duì)RS-232串行接口的仿真，為建立在串口之上的傳統(tǒng)應(yīng)用提供接口環(huán)境，符合歐洲典型標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定的TS07.10串口仿真協(xié)議，并且針對(duì)藍(lán)牙的實(shí)際應(yīng)用情況作了修改。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.3高端應(yīng)用層高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部分，是由選用協(xié)議層組成的。該層是指那些位于藍(lán)牙協(xié)議堆棧之上的應(yīng)用軟件和其中所涉及的協(xié)議，即藍(lán)牙應(yīng)用程序，由開(kāi)發(fā)上層各種通信諸如撥號(hào)上網(wǎng)和語(yǔ)音通信等驅(qū)動(dòng)。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)OBEX(ObjectExchangeProtocol)是對(duì)象交換協(xié)議，它支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP(超文本傳輸協(xié)議)相同的基本功能。該協(xié)議作為一個(gè)開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，還定義了可用于交換的電子商務(wù)卡、個(gè)人日程表、消息和便條等格式。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)英特網(wǎng)協(xié)議：該部分協(xié)議包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議、網(wǎng)際協(xié)議、傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議等，用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的撥號(hào)上網(wǎng)，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問(wèn)Internet和本地局域網(wǎng)。WAP(WirelessApplicationProtocol)是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議，在數(shù)字蜂窩電話和其他小型無(wú)線設(shè)備上實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)是其目的。它支持移動(dòng)電話瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收取電子郵件和其他基于因特網(wǎng)的協(xié)議。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)WAE(WirelessApplicationEnvironment)是無(wú)線應(yīng)用環(huán)境，它提供用于WAP電話和個(gè)人數(shù)字助理PDA所需的各種應(yīng)用軟件。紅外無(wú)線傳輸技術(shù)早于藍(lán)牙技術(shù)，它有著廣泛的應(yīng)用，它所支持的一些應(yīng)用模型也是藍(lán)牙技術(shù)的重要應(yīng)用方向，因此SIG采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的會(huì)話層協(xié)議，即紅外對(duì)象交換協(xié)議，使高層應(yīng)用可以同時(shí)運(yùn)行在藍(lán)牙和紅外的無(wú)線鏈路之上，這就是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)互操作性的含義。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)互操作協(xié)議：藍(lán)牙規(guī)范采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的對(duì)象交換協(xié)議，使得傳統(tǒng)的基于紅外技術(shù)的對(duì)象交換應(yīng)用同樣可以運(yùn)行在藍(lán)牙無(wú)線接口之上。音頻視頻分發(fā)傳輸協(xié)議定義了藍(lán)牙設(shè)備間音頻視頻數(shù)據(jù)流的協(xié)商，建立和傳輸過(guò)程以及相互交換的信令消息形式。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議定義了藍(lán)牙音頻視頻設(shè)備之間傳輸控制指令和響應(yīng)消息的標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議可以使用音頻視頻設(shè)備同時(shí)支持多個(gè)應(yīng)用框架，每一個(gè)應(yīng)用框架定義了各自相應(yīng)的消息格式與使用規(guī)則。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種靈活的Ad-Hoc的組網(wǎng)方式，使得一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與7個(gè)其他的藍(lán)牙設(shè)備相連接。藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種無(wú)基站的靈活組網(wǎng)方式，使得一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與其他多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備相連，這樣就形成了藍(lán)牙微微網(wǎng)(Piconet)。微微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無(wú)線通信的最基本方式，微微網(wǎng)不需要類(lèi)似于蜂窩網(wǎng)基站和無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)之類(lèi)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.3.1微微網(wǎng)和散射網(wǎng)在一個(gè)微微網(wǎng)中，所有設(shè)備的級(jí)別是相同的，具有相同的權(quán)限。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接散射網(wǎng)(Scatternet)是多個(gè)微微網(wǎng)在時(shí)空上相互重疊形成的比微微網(wǎng)覆蓋范圍更大的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是微微網(wǎng)間有互連的藍(lán)牙設(shè)備4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.3.2藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)藍(lán)牙設(shè)備在建立連接以前，通過(guò)在固定的一個(gè)頻段內(nèi)選擇跳頻頻率或由被查詢(xún)的設(shè)備地址決定，迅速交換握手信息時(shí)間和地址，快速取得設(shè)備的時(shí)間和頻率同步。建立連接后，設(shè)備雙方根據(jù)信道跳變序列改變頻率，使跳頻頻率呈現(xiàn)隨機(jī)特性。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及其關(guān)系4.4藍(lán)牙通信發(fā)送端(TXD)一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須連接另一個(gè)設(shè)備的RXD。接收端(RXD)一般表示為自己的接收端，正常通信必須連接另一個(gè)設(shè)備的TXD。藍(lán)牙模塊與各種TTL(Transistor-TransistorLogic)電平設(shè)備相連4.4藍(lán)牙通信在實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信的例子中，需要準(zhǔn)備好兩個(gè)藍(lán)牙4.0模塊和一個(gè)TTL轉(zhuǎn)USB模塊。4.4藍(lán)牙通信TTL轉(zhuǎn)USB模塊的實(shí)物圖4.4藍(lán)牙通信把其中一個(gè)藍(lán)牙4.0與其相連。在藍(lán)牙通信時(shí)，設(shè)備的TXD永遠(yuǎn)接另一個(gè)設(shè)備的RXD，即藍(lán)牙4.0的接收端要與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的發(fā)送端連接。4.4藍(lán)牙通信當(dāng)藍(lán)牙4.0模塊與USB轉(zhuǎn)TTL模塊連接沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候，將USB轉(zhuǎn)TTL模塊插入個(gè)人計(jì)算機(jī)的USB接口上，連接正確會(huì)看到USB轉(zhuǎn)TTL模塊燈常亮，藍(lán)牙4.0模塊為閃爍狀態(tài)，如果藍(lán)牙4.0模塊為常亮的情況，可能已經(jīng)配對(duì)成功。檢查USB轉(zhuǎn)TTL模塊是否正常工作，可以檢查端口是否識(shí)別。具體操作如下：右擊“計(jì)算機(jī)”，選擇“管理”→“設(shè)備管理”→“端口”，查看是否識(shí)別。4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信如果串口調(diào)試助手首界面沒(méi)有反饋“OK”，則要分別檢查以前操作是否正確，具體如下。(1)檢查硬件連接，即藍(lán)牙模塊的TXD是否與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的RDX進(jìn)行連接，藍(lán)牙模塊的RDX是否與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的TXD進(jìn)行連接。(2)檢查USB轉(zhuǎn)TTL模塊的驅(qū)動(dòng)是否正確安裝，PC端的操作系統(tǒng)是否能正確識(shí)別連接的端口號(hào)。(3)檢查串口調(diào)試小助手的端口號(hào)是否設(shè)置正確，是否單擊了“打開(kāi)串口”按鈕。(4)串口調(diào)試小助手的命令欄內(nèi)的“AT”后面是否加“回車(chē)”按鍵。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.1藍(lán)牙耳機(jī)藍(lán)牙耳機(jī)是最早投放市場(chǎng)的藍(lán)牙產(chǎn)品之一，它可以和內(nèi)嵌藍(lán)牙技術(shù)的手機(jī)、PDA等設(shè)備進(jìn)行語(yǔ)音通信。生產(chǎn)藍(lán)牙耳機(jī)的廠商比較多，如愛(ài)立信、飛利浦、日本先鋒等。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.2藍(lán)牙手機(jī)藍(lán)牙技術(shù)在智能手機(jī)中的應(yīng)用十分廣泛的。集成了藍(lán)牙技術(shù)的手機(jī)可以和藍(lán)牙耳機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通話，使得智能手機(jī)的娛樂(lè)性能得到進(jìn)一步的演示。此外，藍(lán)牙手機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)許多其他的功能，例如可以將拍攝的圖片無(wú)線傳輸?shù)剿{(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行打印。如圖4-28所示為一款藍(lán)牙手機(jī)。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.3藍(lán)牙PC卡藍(lán)牙PC卡就是PCMCIA接口卡，插入筆記本電腦后可以實(shí)現(xiàn)筆記本電腦與鄰近的各種藍(lán)牙設(shè)備的無(wú)線通信。3COM公司的藍(lán)牙PC卡可以作為藍(lán)牙連接管理器，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)相鄰的藍(lán)牙設(shè)備和資源；它可以在筆記本電腦和藍(lán)牙PDA間自動(dòng)同步日歷等信息；它還使得筆記本電腦可以通過(guò)藍(lán)牙手機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.4藍(lán)牙USB適配器藍(lán)牙USB適配器可以插入帶有USB接口的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與其他藍(lán)牙設(shè)備間的無(wú)線通信。它們可以用于PC或筆記本電腦，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備間文件等信息的相互交換4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.5藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備接入本地局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，它既可以是一種類(lèi)似于無(wú)線調(diào)制解調(diào)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入設(shè)備，也可以是一種類(lèi)似于無(wú)線HUB的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的接入設(shè)備。藍(lán)牙PDA和藍(lán)牙筆記本電腦等設(shè)備可以通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問(wèn)本地局域網(wǎng)或接入互聯(lián)網(wǎng)。此外，這兩款網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)還可以作為公共交換電話網(wǎng)的接入點(diǎn)，因而可實(shí)現(xiàn)IP電話的功能4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.6藍(lán)牙打印機(jī)藍(lán)牙打印機(jī)可以免除以往進(jìn)行打印前連線的煩惱，甚至可以使用另外一個(gè)房間的藍(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行打印?；萜展镜乃{(lán)牙打印機(jī)的無(wú)線通信距離是10m，集成有藍(lán)牙技術(shù)的筆