Android4.3 Bluetooth基本介绍

蓝牙定义

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

蓝牙起源

蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王Harald Blatand,Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着各个系统领域之间的良好交流，例如计算机，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

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，如下图所示：

由图可知蓝牙规范包括：

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http://zh.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

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。

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已经在发布的Android 4.3中添加了对4.0的支持。下表是经典蓝牙与低功耗蓝牙的一些区别：

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




1.2蓝牙应用规范http://developer.bluetooth.org/TechnologyOverview/Pages/Profiles.aspx蓝牙SIG根据不同的应用场景定义了不同的蓝牙应用规范，截止到现在，发布了40个蓝牙应用规范。

Advanced Audio Distribution Profile Advanced Audio Distribution Profile 简称为A2DP（高质量音频分发规范）定义了如何将立体声质量的音频通过流媒体的方式从媒体源传输到接收器上

Object Push Profile OPP（对象推送规范）定义了推送服务器和客户端之间基于Generic Object Exchange Profile（GOEP，通用对象交换规范）进行对象交换的规范


Hands-Free Profile HFP（HFP，免提规范）定义了蓝牙音频网关设备如何通过蓝牙免提设备拨打和接听电话

Heart Rate Profile HRP（心率规范）定位与和医疗/健康相关的应用场景中，它使得蓝牙设备能与心率传感器交互

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Bluetooth4.0 on Android4.3




1. 什么是 Bluetooth4.0 ?


蓝牙 4.0 为蓝牙 3.0 的升级标准。
蓝牙 4.0 最重要的特性是省电,极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久。此外,低成本和跨厂商互操作性,3 毫秒低延迟、100 米以上超长距离、AES-128 加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术的应用范围。


主要特点
蓝牙 4.0 将三种规格集一体,包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术,与 3.0 版本相比最大的不同就是低功耗。4.0 版本的功耗较老版本降低了 90%,更省电。
蓝牙 4.0 是蓝牙 3.0+HS 规范的补充,专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案,可广泛用于卫生保健、体育健身、家庭娱乐、安全保障等诸多领域。它支持两种部署方式:双模式和单模式。
双模式中,低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中,或再在现有经典蓝牙技术
(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈,整体架构基本不变,因此成本增加有限。
单模式面向高度集成、紧凑的设备,使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输,还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序,同时还有高级节能和安全加密连接。
特性关键词
超低的峰值、平均和待机模式功耗
使用标准纽扣电池可运行一年乃至数年
低成本
不同厂商设备交互性
无线覆盖范围增强
完全向下兼容
低延迟(APT-X)
技术特征
速度:支持 1Mbps 数据传输率下的超短数据包,最少 8 个八组位,最多 27 个。所有连接都使用蓝牙 2.1加入的减速呼吸模式(sniff subrating)来达到超低工作循环。
跳频:使用所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频,最大程度地减少和其他 2.4GHz ISM 频段无线技术的串扰。
主控制:更加智能,可以休眠更长时间,只在需要执行动作的时候才唤醒。
延迟:最短可在 3 毫秒内完成连接设置并开始传输数据。
范围:提高调制指数,最大范围可超过 100 米。
健壮性:所有数据包都使用 24-bitCRC 校验,确保最大程度抵御干扰。
安全:使用 AES-128 CCM 加密算法进行数据包加密和认证。
拓扑:每个数据包的每次接收都使用 32 位寻址,理论上可连接数十亿设备;针对一对一连接优化,并支
持星形拓扑的一对多连接;使用快速连接和断开,数据可以再网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络

2. 哪些产品能兼容 Bluetooth4.0 ?

IC Implementations


Broadcom BCM20702 [21]
CSR CSR1000/CSR1001[22]
EM Microelectronic EM9301 [23]
Nordic nRF8001 [24]
Texas Instruments: CC2540/1[25]
Marvell Semiconductor : W8797 [26]
Apple's CoreBluetooth framework, iOS 5[27] onwards
Software support
Linux's Bluez protocol stack from 2011,[28] release 5.0[29] supports
numerous profiles
HTC One, One X+, Droid DNA[30]
Mobile devices
Apple's iPhone 4S,[31] iPhone 5, iPad (3rd gen & 4th gen),[32] iPad
Mini[33] and others
Nokia Lumia 620, 820 and 920[34]
Samsung Galaxy SIII, Galaxy S4,[35] Note II [36]
Microsoft Surface Pro [37]
Blackberry Z10 [38] and Q10 [39]
Wahoo Fitness Blue SC cycle cadence/speed sensor[40]
Polar H7 Heart Rate Sensor[41]
Pebble E-Paper Watch [42]
MetaWatch watches [43]
Peripherals
COOKOO smart watch [44]
Lockitron Door Lock [45]
Shutterbug Remote Shutter Release [46]
Zephyr Technology HxM Smart Heart Rate Monitor [47]
RF Digital RFD51822 module[48] and others
Bluegiga BLED112 module[49] and others
Alpwise ALPW-BLEM001 modules[50]
Modules
Digi's ConnectCard for i.MX28 System-on-Module[51]
Insight SiP ISP091201/ISP130301 series modules [52]
Panasonic PAN1720 series modules [53]
Blue Radio's BR-LE4.0 modules[54]




3.Bluetooth Smart 和 Bluetooth Smart Ready
除了原先我们熟知的蓝色天线加上 Bluetooth 字样 Logo 外,现在还多了 Bluetooth Smart Ready 及Bluetooth Smart 两款;其主要用意,就是协助使用者快速识别行动装置上的蓝牙模组,是否采行最新的 4.0 版本。
根据蓝牙技术联盟(SIG)的报告中指出,凡是只要贴上 Bluetooth Smart Ready 标志的手机、平板电脑、笔记型电脑,甚至是电视机...等等,都是使用蓝牙 4.0 版本的「双模」无线标准。而另一个标志 Bluetooth Smart 则是用在低功耗的蓝牙 4.0 版本「单模」无线标准上,适用于使用钮扣式电池的装置,像是心跳监测器、器步器和收集特定资讯的感应器电子设备。
Bluetooth Smart Ready 装置不仅可连接现有存于世界上数十亿的蓝牙装置,还可与新上市的Bluetooth Smart 装置相互连接。但为了维持「低功耗」的特性,蓝牙技术联盟在订定 4.0 版本的标准时,便明订 Bluetooth Smart 装置只能和Bluetooth Smart Ready 标志的装置,或是制造商特别指定的产品进行连结。




Bluetooth SMART 就是 Bluetooth low energy;Bluetooth Smart Ready 就是 Classic
Bluetooth technology。



4. Bluetooth4.0 on Android4.3










Android4.3 在 Framework 层增加了对 Bluetooth Smart Ready 蓝牙设备的支持,特别是Bluetooth low energy 相关的支持:
FW 层主要代码位置:framework/base/core/java/android/bluetooth
Enhanced Bluetooth Connectivity(增强的蓝牙连接)
通过新的 API,可以支持 App 扫描附近的蓝牙设备,根据 UUID 对设备进行一些支持的属性的读写操作(GATT Services 支持的通用属性服务),以及监听来自设备的通知。同时,可以读写和添加自定义的特性实现(GATT profile.),这样能可以扩展到更多设备的蓝牙控制。
Bluetooth AVRCP 1.3 (基于蓝牙的 Audio,Video 远程控制)
基于 Bluetooth AVRCP App 可以支持与远程流媒体设备更丰富的交互。一个是远程控制,一个是元数据传输,比如歌曲名称等。
附:
Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP)
This profile is designed to provide a standard interface to control TVs, Hi-fi equipment, etc. to
allow a single
remote control (or other device) to control all of the A/V equipment to which a
user has access. It may be used in concert with A2DP or VDP.
It has the possibility for vendor-dependent extensions.
AVRCP has several versions with significantly increasing functionality:
1.0—Basic remote control commands (play/pause/stop, etc.)
1.3—all of 1.0 plus metadata and media-player state support
The status of the music source (playing, stopped, etc.)
Metadata information on the track itself (artist, track name, etc.).
1.4—all of 1.0 and 1.3 plus media browsing capabilities for multiple media players
Browsing and manipulation of multiple players
Browsing of media metadata per media player, including a "Now Playing" list
Basic search capabilities
1.5—all of 1.0, 1.3 and 1.4 plus specification corrections and clarifications to absolute volume
control, browsing and other features
可见:1.3 的版本除了包含原来通过蓝牙实现播放/暂停/停止外,现在还可以显示状态如播
放/停止及媒体的信息艺术家/名字等。