Android 经典蓝牙与 BLE 蓝牙基础

1. 蓝牙规范简介

蓝牙是一种无线技术标准，用来让固定与移动设备，在短距离间交换数据，以形成个人局域网（PAN）。其使用短波特高频（UHF）无线电波，由 2.4 至 2.485 GHz 的 ISM 频段通信。

蓝牙技术最初由爱立信创制。技术始于爱立信公司的 1994 方案，它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则（标准化协议），以解决用户间互不兼容的移动电子设备。1997 年前爱立信公司以此概念接触了移动设备制造商，讨论其项目合作发展，结果获得支持。

1998 年 5 月 20 日，爱立信、 IBM 、英特尔、 诺基亚、 摩托罗拉、 东芝 创立“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG），目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。这就是后来的蓝牙技术联盟。

蓝牙 2.0 开始支持增强数据速率 EDR，可达 2Mbps。增强功能有简单安全配对（SSP），这改善了蓝牙设备的配对体验，提升了使用和安全强度。

蓝牙 3.0 支持更高的数据传输速率，集成 802.11PAL 最高速度可达 24Mbps。是 2.0 速度的 8 倍多。

蓝牙 4.0 的关键特性是功耗设计考虑。于 2010 年 7 月 7 日推出。Bluetooth 4.0 有“低功耗蓝牙”、“传统蓝牙”和“高速蓝牙”三种模式。高速蓝牙主要用于高速数据交换与传输；传统蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点；低功耗蓝牙，以不需占用太多带宽的设备连接为主，更加适用于物联网等对功耗要求高的场景。

Bluetooth 4.0 还把蓝牙的传输距离提升到 100 米以上（低功耗模式条件下）。蓝牙 4.0 有 Single mode 与 Dual mode 两种模式。Single mode 只能与 BT4.0 互相传输无法向下兼容（与 3.0/2.1/2.0 无法相通）;Dual mode 可以向下兼容可与 BT4.0 传输也可以与 3.0/2.1/2.0 相通。最短可在 3 毫秒内完成连接设置并开始传输数据。使用 AES-128 CCM 加密算法进行数据包加密和认证。

拓扑组网方面：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；针对一对一连接最优化，并支持星形拓扑的一对多连接；使用快速连接和断开，数据可以在网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。

蓝牙 5.0，于 2016 年 6 月发布。传输距离理论上可达 300 米，传输速度上限达 24Mbps。支持室内定位导航功能，允许无需配对接受信标的数据（比如广告、Beacon、位置信息等，传输率提高了 8 倍），更加适合物联网。

2. 应用场景

1. 蓝牙应用在手机上
2. 蓝牙应用在PC上，现在很多PC都带有蓝牙模块
3. 蓝牙应用于其它数字设备，如数字照相机、数字摄像机等
4. 篮牙技术构成的电子钱包和电子锁，这方面现在慢慢被主流的NFC所替代
5. 篮牙技术在嵌入式设备上的应用如蓝牙音箱，蓝牙耳机，微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等

3. 版本特点与分类

3.1 不同蓝牙版本区别

随着蓝牙技术由手机、游戏、耳机、便携电脑和汽车等传统应用领域向物联网、医疗等新领域的扩展，对低功耗的要求会越来越高。

3.2 蓝牙 v4.x 的特点

蓝牙4.0有诸如低成本、跨厂商互操作性、3毫秒低延时、100米以上超长距离、AES-128加密等特点外，有效传输距离有所提升。
蓝牙4.0 主打的是省电，蓝牙V4.1主打的是IOT(物联网)。
蓝牙V4.1 以“internet of things”为目标对V4.0进行软件升级，在连接性进行提升(在硬件层面V4.0无需任何改动即可使用V4.1)。

表现在:

1. V4.1标准下蓝牙设备可以同时作为发射方(bt smart，v4.0上贴着的)和接收方(bt smart Ready),并且可以连接到多个设备上。 (主从一体，如智能手环作为主 和防丢器连接，同时也可以作为从 和智能手机相连)
2. 长期睡眠下的自动唤醒功能(离开则断开，回来则直接连上)；
3. 通过IPV6建立网络连接？？？？ ----- 即蓝牙芯片设备可以取得互联网上的唯一标记，与其他的联网设备进行通信，即蓝牙V4.1连上可上网的设备后，就可以直接利用IPV6连接网络了，实现和WIFI模块相同的功能，但在兼容性上还在做改进，加油吧，骚年。

蓝牙V4.2改善了数据传输速度和隐私保护程度，并接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。 速度提高2.5，数据包容量相当于之前的10倍。低功耗从260kbps—》650Kbps，全功耗仍为2.1Mbps。新标准为固件升级提供了支持。

V4.1 和V4.2都在规格书上添加对无线共存项的测试，因此在4G共存上确保与其的共存性。
当前蓝牙协议包括BR/EDR、AMP、LE三种技术。

1. 批量数据的传输速度
   其中Bluetooth Smart Ready设备指的是PC、平板、手机这样的连接中心设备，而Bluetooth Smart设备指的是蓝牙耳机、键鼠等扩展设备。之前这些设备之间的角色是早就安排好了的，并不能进行角色互换，只能进行1对1连接。而在蓝牙4.1技术中，就允许设备同时充当“Bluetooth Smart” 和“Bluetooth Smart Ready”两个角色的功能，这就意味着能够让多款设备连接到一个蓝牙设备上。

2. 通过IPV6连接到网络
   除此之外，可穿戴设备上网不易的问题，也可以通过蓝牙4.1进行解决。新标准加入了专用通道允许设备通过 IPv6 联机使用。举例来说，如果有蓝牙设备无法上网，那么通过蓝牙4.1连接到可以上网的设备之后，该设备就可以直接利用IPv6连接到网络，实现与WiFi相同的功能。

3.3 蓝牙模块分类

3.3.1 按支持的蓝牙协议分

单模蓝牙模块：支持蓝牙某一种协议的模块；
双模蓝牙模块：同时支持经典蓝牙(BT)和低功耗蓝牙(BLE)协议的模块。

3.3.2 按应用分

蓝牙数据模块：一般多使用BLE低功耗蓝牙模块

蓝牙音频模块：音频需要大码流的数据传输更适合使用BT经典蓝牙模块。

低功耗蓝牙和传统蓝牙实际上有很大的不同，低功耗蓝牙是nokia的wibree标准上发展起来的。在功耗上，传统蓝牙有3个级别的功耗，class1、class2、class3分别支持100m、10m、1m的传输距离；低功耗蓝牙没有功耗级别，一般发送功率在7dbm。

3.3.3 按照应用和支持协议划分

主要分为两种：

1. 经典蓝牙模块（BT）
   泛指支持蓝牙协议在4.0以下的模块，一般用于数据量比较大的传输，如：语音、音乐等较高数据量传输。经典蓝牙模块可再细分为：传统蓝牙模块和高速蓝牙模块。传统蓝牙模块在2004年推出，主要代表是支持蓝牙2.1协议的模块，在智能手机爆发的时期得到广泛支持。高速蓝牙模块在2009年推出，速率提高到约24Mbps，是传统蓝牙模块的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。

2. 低功耗蓝牙模块（BLE）
   是指支持蓝牙协议4.0或更高的模块，也称为BLE模块，最大的特点是成本和功耗的降低，应用于实时性要求比较高的产品中，比如：智能家居类（蓝牙锁、蓝牙灯）、传感设备的数据发送（血压计、温度传感器）、消费类电子（电子烟、遥控玩具）等。

蓝牙模块连接

蓝牙模块可以通过串口（SPI、IIC）和MCU控制设备进行数据传输。

参考

1. 蓝牙基础（一）：版本特点与分类