BLE蓝牙技术概述

BLE蓝牙技术概述

DAVID.LOU

2018蓝牙亚洲大会数据

•蓝牙技术概述

•低功耗蓝牙体系结构•BLE应用开发介绍•应用开发注意事项

蓝牙技术概述

蓝牙技术

•蓝牙SIG定义的一种基于2.4GHZ的短距离无线通信技术，能在包括移动电话、无线耳机、便携式计算机等相关外围设备之间进行无线信息交换。

•低功耗蓝牙技术是蓝牙4.0之后引进的一种新型的超低功耗无线传输技术，该技术具有极低运行和待机功耗，主要针对低成本、简易的无线体域网

和无线个域网而设计的。

蓝牙SIG

•蓝牙技术联盟，国际性的非营利组织，拥有超过33,000家成员公司，主要负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益等。

•主要分为3类会员：

•发起会员（9个）： 3COM、爱立信、IBM、英特尔、朗讯、微软、摩托罗拉、诺基亚和东芝。

主要任务是制定规范和市场项目开发

•合作会员：一种付费的会员，他们具有访问各种早起规范草案的权利

•接受会员：一种无付费的成员，只需要签定一个接受蓝牙规范的协议，保证开发的产品符合蓝牙规范的要求

发展史

•BT 1.0（1999），BASIC RATE 基本码率，1Mbps ，兼容差，抗干扰弱，数据安全性差

•BT 2.0（2004），ENHANCED DATA RATE (EDR) 增强码率，支持双工模式，3Mbps

•BT 2.1（2007），安全简易配对（SSP）， SNIFF 省电

•BT 3.0（2009），HIGH SPEED交替射频，24Mbps ，核心，ALTERNATIVE MAC/PHY

•BT 4.0（2010），经典蓝牙兼容低功耗模式，传输距离100M，BLE 物理层1MBPS，MTU 23 •BT 4.2（2014），隐私保护程度、安全连接、数据包长度，MTU 255，SCANFILTER

•BT 5.0（2016），高输出功率，通信距离更长300M，广播数据达512字节，BLE 物理层2Mbps，物联网方向改进

普通蓝牙与BLE蓝牙比较

参数类型传统蓝牙低功耗蓝牙4.0

波段 2.4GHz ISM频段 2.4GHz ISM频段

跳频79个信道，带宽1MHz40个信道，带宽2MHz 调制方式CFSK CFSK

通信距离10~100m30~100m

305kb/s

最大速率721kb/s(BR)

2.1Mb/s(EDR)

24Mb/s(HS)

发射功率0~20dBm-20~10dBm

链接时间20ms3ms

最大包长度1021byte27byte

通信方式Socket GATT

主从设备转换支持不支持

分布式网络支持不支持

BLE物理参数

•BLE操作在2.4 GHZ的ISM频段，范围2400 ~ 2483.5 MHZ

•BLE具有40个RF信道，对应中心频率的2402 + K * 2 MHZ（K = 0, ..., 39.）•BLE发射端输出功率0.01 mW (-20 dbm) ~ 10 mW (+10 dbm)

•蓝牙跳频速率为1600次/S

近距离通信对比

种类Zigbee Wifi红外RFID传统蓝牙BLE HomeRF 距离（m）50~30010~10051~1010~10030~10050

2.4G820nm 5.8G 2.4G 2.4G 2.4G

频段（Hz）868M~2.4

G

连接时间30ms3S毫秒级毫秒3~10S3ms 1.28s

速度（S）250Kbps300Mbps 1.5~16Mbps0.212Mbps24Mbps(HS)305kbps100Mbps

50mW 最大功耗1~3mW100mW10mW01~100mW0.01~10m

W

复杂性简单非常复杂简单复杂简单简单复杂

安全性128AES SSID小角度密钥128AES128AES50/跳频网络节点6500050无无8127

集成度高一般一般一般高高一般

成本低一般低低低低一般

BLE优势

•低功耗——约普通蓝牙的10%

•可靠——跳频技术，保证传输可靠性

•低成本——CMOS制造工艺，协议栈非常简练

•无限制——全球技术，使用不存在特殊规定和限制性规则•安全——提供完整的鉴权功能，数据完整性，AES128加密传输

BLE应用领域

•智能楼宇：室内定位和位置服务

•智慧城市：共享单车、智能停车场、体育馆、无线抄表、遥测•智能家居：照明、温控、烟雾探测器、摄像头、门铃、门锁•汽车自动化：蓝牙钥匙

•医疗健身：血压计、体温计、运动手环

•工业控制：能源石油天然气领域的各类蓝牙传感器

•农业自动化：联合收割机、变量施肥播种机、无人驾驶拖拉机•…

蓝牙体系架构

物理层

•包含基带部分和射频收发模块；

•工作在2.4GHZ 的ISM无线频段，负责从物理信道发送和接收数据包；•调频技术，抗干扰、抗衰弱；

•物理信道分布图：

LINK LAYER链路层

•LL层是整个BLE协议栈的核心，也是BLE协议栈的难点和重点•由多址接入、设备发现、链路层链接3个部分组成

•对上为逻辑链路控制和适配协议提供服务

•对下选择合适的信道进行数据交换与通信

•负责广播、扫描、链接建立和维护，设备过滤

•定义BLE空中协议，空中接口数据的各类数据格式

•主要包含5类操作状态：待机、发起、扫描、链接、广播