关于蓝牙手表项目蓝牙4.0协议的总体介绍.doc

关于蓝牙手表项目中蓝牙4.0协议的总体介绍 目录 第一章 总体需求 2 1.1 总体需求介绍 2 1.2 蓝牙4.0协议 2 第二章 蓝牙信息交互介绍 3 2.1蓝牙4.0协议体系结构 3 2.1.1 控制器 3 2.1.1.1物理层 4 2.1.1.2链路层 4 2.1.1.2主机/控制器接口(HCI) 4 2.1.2主机 4 2.1.3应用层 4 2.2使用的API 5 第三章 蓝牙信息传输内部流程 6 3.1链路层 6 3.2主机/控制器接口 8 3.2.1控制器的配置： 8 3.2.2广播和观察 9 3.2.3发起连接 9 3.2.4连接管理 9 3.3主机 9 第四章 安全机制 10 4.1安全机制介绍 10 第五章 代码实现 11 第一章 总体需求 1.1 总体需求介绍 蓝牙开机棒配对工作流程中，开机棒蓝牙手环/手表作为从设备，当打开蓝牙，进行广播，发送从机设备信息，如果主机开启扫描，接收从机设备信息，进行配对连接，连接过程中要求采用加密安全模式传输数据。 1.2 蓝牙4.0协议 低功耗蓝牙是一种全新的技术，是当前可以用来设计和使用的功耗最低的无线技术。从低成本的需求方面审视低功耗蓝牙的系统设计尤为重要。实现低成本的设计有三个关键因素：ISM频段、IP许可、低功耗。此外，蓝牙4.0技术的在全球操作、低成本、鲁棒性、短距离、低功耗方面得到了极大的体现、提升。这里不做一一介绍。 第二章 蓝牙信息交互介绍 2.1蓝牙4.0协议体系结构 低功耗蓝牙的体系结构分为三个基本的部分：控制器、主机和应用程序。控制器通常是一个物理设备，它能够发送和接受无线电信号，并懂得如何将这些信号翻译成携带信息的数据包。主机通常是一个软件栈，管理两台或多台设备之间如何通信以及如何利用无线电同时提供几种不同的服务。应用程序则使用软件栈，进而是控制器来实现用户实例。如图1 蓝牙体系结构所示： 图1 蓝牙体系结构 在主机内包含三个协议：逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、属性协议(Attribute Protocol)、安全管理器协议(SMP)、通用属性规范(GATT)、通用访问规范(GAP)和模式(模式)。 2.1.1 控制器 2.1.1.1物理层 它采用2.4GHz无线电完成艰巨的传输和接收工作。在低功耗的蓝牙中，采用高斯频移键控(GFSK)的调制方式改变无线电波的频率，传输0和1的信息。 2.1.1.2链路层 它负责广播、扫描、建立和维护连接，以及确保数据包按照正确的方式组织、正确地计算校验值以及加密序列等。 信道：广播信道(3个)和数据信道(37个)。 报文：广播报文和数据报文。 过程：设备利用广播报文发现、连接设备。一旦连接建立，开始使用数据报文。广播报文可以广播给多个侦听设备或者只发送给某个特定设备，数据报文 8 32 8 8 0~296 24 比特 前 导 接入地址 报 头 长 度 数据 循环冗余 校验 图2-1链路层数据包结构 2.1.1.2主机/控制器接口(HCI) 它为主机提供了一个与控制器通信的标准接口。它允许主机将命令和数据发送到控制器，并允许控制器将事件和数据发送到主机。HCI有两个独立的接口：逻辑接口和物理接口。 逻辑接口：定义命令和事件及其相关的行为。它可以交付给任何物理传输，或者通过位于控制器上的本地应用程序编程接口(API)交付给控制器，后者可以包含嵌入式主机协议栈。 物理接口：定义了命令、事件和数据如何通过不同的连接技术来传输(USB、SDIO、两个UART)。 2.1.2主机 主机包含复用层、协议和用来实现许多有用而且有趣的过程。主机构建于主机控制器接口的上层部分，其上是L2CAP，一个复用层。在它上面是两个基本构建块：安全管理器(用于处理所有认证和安全连接等事务)和属性协议(用于公开设备上的状态数据)。属性协议上面是通用属性规范，定义属性协议是如何实现可重用的服务的，而这些服务公开了设备的标准特性。最后，通用访问规范定义了设备如何以一种可交互方式找到对方并与之连接。 2.1.3应用层 控制器与主机之上是应用层。它定义了三种类型：特性(characteristic)、服务(service)、规范(profile)。这都构建于通用属性规范上。属性规范为特性和服务定义了属性分组，应用程序为使用这些属性组定义了规约。 特性：采用已知格式、以通用唯一识别码(UUID)作为标记的一小块数据。 服务：人类可读的一组特征及其相关的行为规范。只定义了位于服务器上的相关特性的行为，而不定义客户端的行为。 规范：用例或应用的最终体现。规范和服务之间是多对多的映射关