关键词：蓝牙核心技术协议无线电频率基带链路控制链路管理
作者：xubin341719(欢迎转载。请注明作者，请尊重版权。谢谢！)
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下载链接：Bluetooth PROFILE SPECIFICATIONS （基本涵盖全部蓝牙协议）、buletooth core 2.1-4.0 SPECIFICATION（三蓝牙版本号的核心协议v2.1\v3.0\v4.0）、蓝牙核心技术与应用 马建仓 版（蓝牙协议相关刚開始学习的人必读，开发人员參考）
蓝牙核心技术概述（一）：蓝牙概述
蓝牙核心技术概述（二）：蓝牙使用场景
蓝牙核心技术概述（三）： 蓝牙协议规范（射频、基带链路控制、链路管理）
蓝牙核心技术概述（四）：蓝牙协议规范（HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM）
蓝牙核心技术概述（五）：蓝牙协议规范（irOBEX、BNEP、AVDTP、AVCTP）
蓝牙协议是蓝牙设备间交换信息所应该遵守的规则。
与开放系统互联（OSI）模型一样。蓝牙技术的协议体系也採用了分层结构。从底层到高层形成了蓝牙协议栈。各层协议定义了所完毕的功能和使用数据分组格式，以保证蓝牙产品间的互操作性。
一、射频协议
射频位置如上图红色部分。
1、工作频率
蓝牙工作在2.4GHz ISM频段上，蓝牙採用跳频扩谱技术主动的避免工作频段受干扰（微波炉的工作频率也是2.4GHz）。
|
地理位置 |
ISM频段范围 |
射频信道频率 |
|
中国、美国、欧洲 |
2400.0～2483.5MHz |
F=(2402+k)MHz,k在0、1、……78中随机取值 |
|
法国 |
2446.5～2483.5MHz |
F=(2454+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值 |
|
日本 |
2471.0～2497.0MHz |
F=(2473+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值 |
|
西班牙 |
2445.0～2475.0MHz |
F=(2449+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值 |
我国的蓝牙频率在2.402GHz～2.483GHz,蓝牙每一个频道的宽度为1MHz。为了降低带外辐射的干扰，保留上、下保护为3.5MHz和2MHz，79个跳频点中至少75个伪随机码跳动。30S内不论什么一个频点使用时长不能超过0.4S。
2、跳频技术、发射功率、时隙
（1）、发射功率：蓝牙发射功率分三级：一级功率100mW(20dBm)。二级功率2.5mW(4dBm)；三级功率1mW(0dBm)；
（2）、物理信道：蓝牙物理信道有伪随机序列控制的79个跳频点构成，不同跳频序列代表不同的信道。
（3）、时隙：蓝牙跳频速率为1600次/s,每一个时间为625uS(1S/1600)称为一个时隙；
二、基带与链路控制协议
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蓝牙发送数据时，基带部分将来自高层的数据进行信道编码。向下发给射频进行发送；接收数据时，将解调恢复空中数据并上传给基带。基带进行信道编码传送给上层。
作用：跳频选择、蓝牙编址、链路类型、信道编码、收发规则、信道控制、音频规范、安全设置。
1、蓝牙分组编码为小端模式；
2、蓝牙地址
BD_ADDR：BluetoothDevice Address。
LAP:LowerAddress Part 低地址部分。
UAP: UpperAddress Part 高地址部分；
NAP: Non-significantAddress Part 无效地址部分。
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3、蓝牙时钟
每一个蓝牙设备都有一个独立执行的内部系统时钟。称为本地时钟（Local Clock），决定定时器的收发跳频。为了与其它设备同步，本地时钟要加一个偏移量（offset），提供给其它设备同步。
蓝牙基带四个关键周期：312.5uS、625uS、1.25mS、1.28S。
CLKN：本地时钟：
CLKE:估计时钟。扫描寻呼过程中用到；
CLK：设备实际执行的时钟频率。
CLKE、CLK由CLKN加上一个偏移量得到的。
4、蓝牙物理链路：
通信设备间物理层的数据连接通道就是物理链路。
ACL（Asynchronous Connectionless）异步无连接链路；对时间要求不敏感的数据通信。如文件数据、控制信令等。
SCO（Synochronous Connection Oriented）同步面向连接链路；对时间比較敏感的通信。如：语音；最多仅仅支持3条SCO链路。不支持重传。
ACL用于传输数据。
5、蓝牙基带分组：
基带分组至少包括：接入码、分组头、有效载荷。
（1）、接入码用于同步、直流、载频泄漏偏置补偿标识；
（2）、分组头包括链路信息。确保纠正较多的错误。
分组类型例如以下：
|
分组类别 |
Type(b3b2b1b0) |
时隙 |
SCO |
ACL |
|
链路控制分组 |
0000 |
1 |
NULL |
NULL |
|
0001 |
POLL |
POLL |
||
|
0010 |
FHS |
FHS |
||
|
0011 |
DM1 |
DM1 |
||
|
单时隙分组 |
0100 |
1 |
没有定义 |
NULL |
|
0101 |
HV1 |
|||
|
0110 |
HV2 |
|||
|
0111 |
HV3 |
|||
|
1000 |
DV |
|||
|
1001 |
NULL |
AUX1 |
||
|
3时隙分组 |
1010 |
3 |
没有定义 |
DM3 |
|
1011 |
DH3 |
|||
|
1100 |
没有定义 |
|||
|
1101 |
||||
|
5时隙分组 |
1110 |
5 |
没有定义 |
DM5 |
|
1111 |
ACL分组形式为：D(M|H)（1|3|5）,D代表数据分组。M代表用2/3比例的FEC的中等速率分组；H代表不使用纠错码的快速率分组；1、3、5分别代表分组所占用的时隙数目；
DM1、DM3、DM5、DH1、DH3、DH5
SCO分组形式为：HV(1|2|3)。HV代表高质量语言分组。1、2、3有效载荷所採用的纠错码方法。1为1/3比例FEC。设备2个时隙发送一个单时隙分组。2为2/3比例FEC，设备4个时隙发送一个单时隙分组；3为不使用纠错码，设备6个时隙发送一个单时隙分组
HV1、HV2、HV3
ALC 分组：
|
类型 |
有效载荷头/字节 |
用户有效载荷/字节 |
FEC |
CRC |
对称最大速率/kbps |
非对称速率/kbps |
|
|
前向 |
后向 |
||||||
|
DM1 |
1 |
0～17 |
2/3 |
有 |
108.8 |
108.8 |
108.8 |
|
DH1 |
1 |
0～27 |
无 |
有 |
172.8 |
172.8 |
172.8 |
|
DM3 |
2 |
0～121 |
2/3 |
有 |
258.1 |
387.2 |
54.4 |
|
DH3 |
2 |
0～183 |
无 |
有 |
390.4 |
585.6 |
86.4 |
|
DM5 |
2 |
0～224 |
2/3 |
有 |
286.7 |
477.8 |
36.3 |
|
MH5 |
2 |
0～339 |
无 |
有 |
433.9 |
723.2 |
57.6 |
|
AUX1 |
1 |
0～29 |
无 |
无 |
185.6 |
185.6 |
185.6 |
SCO分组：
|
类型 |
有效载荷头/字节 |
用户有效载荷/字节 |
FEC |
CRC |
有效载荷长度 |
同步速率/kbps |
占用Tsco数目/语言长度 |
|
HV1 |
无 |
10 |
1/3 |
240位 |
64 |
2/1.25ms |
|
|
HV2 |
20 |
2/3 |
4/2.5ms |
||||
|
HV3 |
30 |
无 |
6/3.75ms |
||||
|
DV |
1D |
10+(0-9)D |
2/3D |
有D |
64+57.6D |
凝视：D 仅仅对数据段实用，DV分组包括数据段，也包括语言段。
（3）、有效载荷
分语言有效载荷、数据有效载荷。
6、蓝牙的逻辑信道
链路控制信道：LinkControl LC
链路管理信道：Link Manage LM
用户异步数据信道：User AsynchronizationUA
用户同步数据信道：UserSynchronization US
用户等时数据信道：UserIsochronous UI UI
7、蓝牙的收发规则
上图为RX缓存。
watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQveHViaW4zNDE3MTk=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" />
上图为TX缓存。
新分组到达时，ACL链路的RX缓存器要流量控制，SCO数据不须要流量控制；
8、蓝牙基带信道和网络控制
1）、链路控制器状态：
待机、连接
寻呼page、寻呼扫描pagescan、查询inquiry、查询扫描inquiry scan、主设备对应Master Response、从设备对应Slave Response、查询对应inquiry response
2） 、连接状态
激活模式active、呼吸模式sniff、保持模式hold、休眠模式park。
3）、待机状态
待机状态是蓝牙设备缺省低功耗状态。此状态下本地时钟以低精度执行。
蓝牙从待机转入寻呼扫描状态。对其它寻呼进行响应成为从设备；也能够从待机状态进入查询扫描状态。完毕一个完整的寻呼，成为主设备。
9、接入过程
凝视：
IAC Inquiry AccessCode 查询接入码。
GIAC:通用查询接入码 DIAC：专用查询接入码；
DAC：DeviceAccess Code 设备接入码；
LAP：
建立连接，必须使用查询、寻呼；查询过程使用IAC，发现覆盖区域内的设备、设备的地址及其时钟。连接过程使用DAC。建立连接的设备处理寻呼过程。成为主设备。、（1）、查询过程
蓝牙设备通过查询来发现通信范围内的其它蓝牙设备。查询信息分为GIAC、DIAC两种。查询发起设备收集全部对应设备的地址、时钟信息。
一设备进入查询状态去发现其它设备。查询状态下连续不断的在不同频点发送查询消息。查询的跳频序列有GIAC的LAP导出。
一设备想被其它设备发现，就要周期性进入 查询扫描状态，以便对应查询消息。如：我们选择设备多长时间可见，事实上就是 进入查询扫描状态。
A、查询扫描
查询扫描状态下，接收设备扫描接入码的时间长度，足以完毕对16个频率的扫描。
扫描区间长度Twindow inquiry scan。
扫描在同一个频率上进行，查询过程用32跳专用查询跳频序列，此序列有通用查询的地址决定，相位有本地时钟决定，每隔1.28S变化一次。
B、查询
与寻呼相似，TX用查询跳频序列、RX用查询对应跳频序列。
C、查询对应
从设备响应查询操作。
每一个设备都有自己的时钟，使用查询序列相位同样的几率比較小。
为了避免多个设备在同一查询跳频信道同一时候激活，从设备查询响应规定：从设备收到查询消息，产生0-1023仅仅认为额一个随机数，锁定当时相位输入值进行跳频选择。从设备此后的RAND时隙中返回到连接或者待机状态。
（2）、寻呼扫描
DAC：DeviceAccess Code 设备接入码
寻呼扫描状态下的设备扫描窗体Twindowpage scan内监听自己的DAC。监听仅仅在一个跳频点进行。Twindow page scan足够覆盖16个寻呼扫描频点。
寻呼扫描状态。扫描在同一个频率上进行，持续1.28S，在选择还有一个不同频率。
|
SR模式 |
Tpage scan |
寻呼次数Npage |
|
R0 |
连续 |
>=1 |
|
R1 |
<=1.28S |
>=128 |
|
R2 |
<=2.56S |
>=256 |
|
预留 |
-- |
-- |
（3）、寻呼
主设备使用寻呼发起一个主—从设备连接。通过在不同的跳频点上反复发送从设备DAC来扑捉从设备，从设备在寻呼扫描状态被唤醒，接收寻呼。
（4）、寻呼对应过程
三、链路管理器
如上图红色部分。负责完毕设备：功率管理、链路质量管理、链路控制管理、数据分组管理、链路安全管理。
1、链路管理协议数据单元
蓝牙链路管理器接收到高层的控制信息后，不是向自身的基带部分分发控制信息，就是与还有一台设备的链路管理器进行协商管理。
这些控制信息封装在链路管理协议数据单元LMP_PDU中，由ACL分组的有效载荷携带。
2、链路管理器协议规范
（1）、设备功率管理
RSSI保持模式、呼吸模式、休眠模式。
（2）、链路质量管理 QoSQuality of Service
A、ACL链路。
B、SCO链路。
（3）、链路控制管理
设备寻呼模式、设备角色转换、时钟计时设置、信息交换:版本号信息、支持特性、设备名称。建立连接、链路释放。
（4）、分组管理
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