Tieto公司某蓝牙大牛写得《程序员》投稿文章

Android 4.2蓝牙介绍

蓝牙一词源于公元十世纪丹麦国王HaraldBlatand名字中的Blatand。Blatand的英文之意就是Blue tooth。这是因为这位让丹麦人引以为傲的国王酷爱吃蓝莓以至于牙龈都被染成蓝色。由于Blatand统一了丹麦和挪威，所以，作为无线通信技术的一种，蓝牙技术之所以取名Bluetooth可谓志向远大。不过，在以Android为代表的智能机出现以前，蓝牙在早期智能机甚至功能机中一直扮演着“鸡肋”的角色。那么，随着无线通信技术的快速发展以及Android的普及，蓝牙能给我们带来哪些新的变化呢？

本文将从蓝牙核心规范的发展历史、最具应用前景的几个蓝牙Profile以及Android 4.2中蓝牙实现情况等几个方面向读者介绍蓝牙技术。

一  蓝牙规范介绍

作为一种通用的无线通信技术，规范自然是蓝牙技术的核心。蓝牙规范可分为两个层次，如图1所示：

图1  蓝牙规范的层次结构

由图1可知蓝牙规范包括：

• Core Specification（核心规范），用于规定蓝牙设备必须实现的通用功能和协议层次。它由软件和硬件模块组成，两个模块之间的信息和数据通过主机控制接口（HCI）的解释才能进行传递。
• Profiles（蓝牙应用规范），它从应用场景的角度为蓝牙技术的使用制定了不同的规范。这也是和大众日常生活接触最多的一部分。蓝牙支持很多Profiles，下文将介绍几种使用最广泛的蓝牙应用规范。

 

1.1  蓝牙核心规范介绍

核心规范是蓝牙协议家族的基础，自蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG，Special Interest Group）在1999年颁布蓝牙核心规范1.0版本以来，到目前为止蓝牙SIG一共发布了七个重要版本。每一个版本都促使蓝牙技术朝着更快、更安全、更省电的方向发展。表1所示为蓝牙核心规范[①]发展历史。

表1  蓝牙核心规范发展介绍

版本

规范发布日期

增强功能

0.7

1998年10月19日

Baseband、LMP

0.8

1999年1月21日

HCI、L2CAP、RFCOMM

0.9

1999年4月30日

OBEX与IrDA的互通性

1.0 Draft

1999年7月5日

SDP、TCS

1.0 A

1999年7月26日

第一个正式版本

1.0 B

2000年10月1日

安全性，厂商设备之间连接兼容性

1.1

2001年2月22日

IEEE 802.15.1

1.2

2003年11月5日

快速连接、自适应跳频、错误检测和流程控制、同步能力

2.0 + EDR

2004年11月9日

EDR传输率提升至2-3Mbps

2.1 + EDR

2007年7月26日

扩展查询响应、简易安全配对、暂停与继续加密、Sniff省电

3.0 + HS

2009年4月21日

交替射频技术、802.11协议适配层、电源管理、取消了UMB的应用

4.0 +BLE

2010年6月30日

低功耗物理层和链路层、AES加密、Attribute Protocol（ATT）、Generic Attribute Profile（GATT）、Security Manager（SM）

表1中，

• EDR：全称为Enhanced Data Rate。通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力，EDR使得蓝牙设备的传输速度可达3Mbps。
• HS：全称为High Speed。HS使得Bluetooth能利用WiFi作为传输方式进行数据传输，其支持的传输速度最高可达24Mbps。其核心是在802.11的基础上，通过集成802.11协议适配层，使得蓝牙协议栈可以根据任务和设备的不同，选择正确的射频。
• BLE：全称为Bluetooth Low Energy。蓝牙规范4.0最重要的一个特性就是低功耗。BLE使得蓝牙设备可通过一粒纽扣电池供电以维持续工作数年之久。很明显，BLE使得蓝牙设备在钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等市场具有极光明的应用场景。

虽然蓝牙4.0规范3年就发布，但目前使用最广泛的蓝牙核心规范版本还是3.0。智能手机中只有Iphone 4S，Iphone5，三星GallaxyS3、S4、Note2等少数设备支持蓝牙4.0。不过，Google已经在Android 4.3中添加了对4.0的支持。很明显，随着Android的持续推进和众多厂商的齐力支持，笔者估计在未来较短的一段时间内，蓝牙核心规范4.0将得到迅速普及。表2是经典蓝牙与低功耗蓝牙的一些区别：

表2  经典蓝牙与低功耗蓝牙的区别

技术规范

经典蓝牙（2.1 &3.0）

低功耗蓝牙（4.0）

无线电频率

2.4GHz

2.4GHz

距离

10米/100米

30米

数据速率

1-3Mbps

1Mbps

应用吞吐量

0.7-2.1Mbps

0.2Mbps

发送数据的总时间

100ms

<6ms

耗电量

1

0.01至0.5

最大操作电流

<30mA

<15mA（最高运行时为15 mA）

主要用途

手机，游戏机，耳机，立体声音频流，汽车和PC等

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

那么，蓝牙核心规范4.0有什么特别之处呢？蓝牙核心规范4.0的模块如图2所示：

图2  蓝牙核心规范4.0的模块

由图2可知，蓝牙核心规范4.0的模块增加了以下几个蓝牙低功耗组件。

• GATT表示服务器属性和客户端属性，描述了属性服务器中使用的服务层次，特点和属性。BLE设备使用它作为蓝牙低功耗应用规范的服务发现。
• ATT实现了属性客户端和服务器之间的点对点协议。ATT客户端给ATT服务器发送请命令。ATT服务器向ATT客户端发送回复和通知。
• SMP用于生成对等协议的加密密钥和身份密钥。SMP管理加密密钥和身份密钥的存储，它通过生成和解析设备的地址来识别蓝牙设备。