蓝牙是什么_蓝牙的应用

蓝牙是什么_蓝牙的应用 蓝牙,在我们生活中应用广泛,那么蓝牙是什么呢?以下是小编整理的关于蓝牙的相关内容,欢迎阅读和参考! 蓝牙是什么_蓝牙的应用 蓝牙是什么 蓝牙( Bluetooth® ),是一种无线技术,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制,当时是作为RS232数据线的替代。蓝牙可连接多个设备,克服了数据同步的难题。 如今蓝牙由蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,简称SIG)管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司,它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE 802.15.1,但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙的开发,管理认证项目,并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络,可发放给符合标准的设备。 蓝牙的应用 蓝牙的波段为2400–2483.5MHz(包括防护频带)。这是全球范围 内无需取得执照(但并非无管制的)的工业、科学和医疗用(ISM)波段的 2.4 GHz 短距离无线电频段。 蓝牙使用跳频技术,将传输的数据分割成数据包,通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包。每个频道的频宽为1 MHz。蓝牙4.0使用2 MHz 间距,可容纳40个频道。第一个频道始于2402 MHz,每1 MHz一个频道,至2480 MHz。有了适配跳频(Adaptive Frequency-Hopping,简称AFH)功能,通常每秒跳1600次。 最初,高斯频移键控(Gaussian frequency-shift keying,简称GFSK) 调制是唯一可用的调制方案。然而蓝牙2.0+EDR 使得 π/4-DQPSK和 8DPSK 调制在兼容设备中的使用变为可能。运行GFSK的设备据说可以以基础速率(Basic Rate,简称BR)运行,瞬时速率可达1Mbit/s。增强数据率(Enhanced Data Rate,简称EDR)一词用于描述π/4-DPSK 和 8DPSK 方案, 分别可达2 和 3Mbit/s。在蓝牙无线电技术中,两种模式(BR和EDR) 的结合统称为“BR/EDR射频” 蓝牙是基于数据包、有着主从架构的。一个主设备至多可和同一微微网中的七个从设备通讯。所有设备共享主设备的时钟。分组交换基于主设备定义的、以312.5μs为间隔运行的基础时钟。两个时钟周期构成一个625μs的槽,两个时间隙就构成了一个1250μs的缝隙对。在单槽封包的简单情况下,主设备在双数槽发送信息、单数槽接受信息。而从设备则正好相反。封包容量可长达1、3、或5个时间隙,但无论是哪种情况,主设备都会从双数槽开始传输,从设备从 单数槽开始传输。 拓展阅读,蓝牙的技术 蓝牙被定义为协议层架构,包括核心协议、电缆替代协议、电话传送控制协议、选用协议。所有蓝牙堆栈的强制性协议包括,LMP、L2CAP和SDP。此外,与蓝牙通信的设备基本普遍都能使用HCI和 RFCOMM这些协议。 1 LMP, 链路管理协议(LMP)用于两个设备之间无线链路的建立和控制。应用于控制器上。 2 L2CAP 逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)常用来建立两个使用不同高级协议的设备之间的多路逻辑连接传输。提供无线数据包的分割和重新组装。 在基本模式下,L2CAP能最大提供64kb的有效数据包,并且有672字节作为默认MTU(最大传输单元),以及最小48字节的指令传输单元。 在重复传输和流控制模式下,L2CAP可以通过执行重复传输和CRC校验(循环冗余校验)来检验每个通道数据是否正确或者是否同步。 蓝牙核心规格附录1 在核心规格中添加了两个附加的L2CAP模式。这些模式有效的否决了原始的重传和流控模式。 增强型重传模式(Enhanced Retransmission Mode,简称ERTM), 该模式是原始重传模式的改进版,提供可靠的L2CAP 通道。 流模式(Streaming Mode,简称SM),这是一个非常简单的模式,没有重传或流控。该模式提供不可靠的L2CAP 通道。 其中任何一种模式的可靠性都是可选择的,并/或由底层蓝牙BDR/EDR空中接口通过配置重传数量和刷新超时而额外保障的。顺序排序是是由底层保障的。 只有ERTM 和 SM中配置的 L2CAP通道才有可能在AMP逻辑链路上运作。 3 SDP 服务发现协议(SDP)允许一个设备发现其他设备支持的服务,和与这些服务相关的参数。比如当用手机去连接蓝牙耳机(其中包含耳机的配置信息、设备状态信息,以及高级音频分类信息(A2DP)等等)。并且这些众多协议的切换需要被每个连接他们的设备设置。每个服务都会被全局独立性识别号(UUID)所识别。根据官方蓝牙配置文档给出了一个UUID的简短格式(16位)。 4 RFCOMM 射频通信(RFCOMM)常用于建立虚拟的串行数据流。RFCOMM提供了基于蓝牙带宽层的二进制数据转换和模拟EIA-232(即早前的的RS-232)串行控制信号,也就是说,它是串口仿真。 RFCOMM向用户提供了简单而且可靠的串行数据流。类似TCP。它可作为AT指令的载体直接用于许多电话相关的协议,以及通过蓝牙作为OBEX的传输层。 许多蓝牙应用都使用RFCOMM由于串行数据的广泛应用和大多数操作系统都提供了可用的API。所以使用串行接口通讯的程序可以很快的移植到RFCOMM上面。 5 BNEP 网络封装协议(BNEP)用于通过L2CAP传输另一协议栈的数据。主要目的是传输个人区域网络配置文件中的IP 封包。BNEP在无线局域网中的功能与SNAP类似。 6AVCTP 音频/视频控制传输协议(AVCTP)被远程控制协议用来通过L2CAP传输AV/C指令。立体声耳机上的音乐控制按钮可通过这一协议控制音乐播放器。 7 AVDTP 音视频分发传输协议(AVDTP)被高级音频分发协议用来通过L2CAP向立体声耳机传输音乐文件。适用于蓝牙传输中的视频分发协议。 8 TCS 电话控制协议–二进制(TCS BIN)是面向字节协议,为蓝牙设备之间的语音和数据通话的建立定义了呼叫控制信令。此外,TCS BIN 还为蓝牙TCS设备的的群组管理定义了移动管理规程。 TCS-BIN仅用于无绳电话协议,因此并未引起广泛关注。 9采用的协议 采用的协议是由其他标准制定组织定义、并包含在蓝牙协议栈中, 仅在必要时才允许蓝牙对协议进行编码。采用的协议包括, 点对点协议(PPP),通过点对点链接传输IP数据报的互联网标准协议 TCP/IP/UDP,TCP/IP 协议组的基础协议 对象交换协议(OBEX),用于对象交换的会话层协议,为对象与操作表达提供模型 无线应用环境/无线应用协议(WAE/WAP),WAE明确了无线设备的应用框架,WAP是向移动用户提供电话和信息服务接入的开放标准。 基带纠错 根据不同的封包类型,每个封包可能受到纠错功能的保护,或许是1/3速率的前向纠错(FEC) ,或者是2/3速率。此外,出现CRC错误的封包将会被重发,直至被自动重传请求(ARQ)承认。 设置连接 任何可发现模式下的蓝牙设备都可按需传输以下信息, 设备名称 设备类别 服务列表 技术信息(例如设备特性、制造商、所使用的蓝牙版本、时钟偏移等) 任何设备都可以对其他设备发出连接请求,任何设备也都可能添加可回应请求的配置。但如果试图发出连接请求的设备知道对方设备 的地址,它就总会回应直接连接请求,且如果有必要会发送上述列表中的信息。设备服务的使用也许会要求配对或设备持有者的接受,但连接本身可由任何设备发起,持续至设备走出连接范围。有些设备在与一台设备建立连接之后,就无法再与其他设备同时建立连接,直至最初的连接断开,才能再被查询到。 每个设备都有一个唯一的48-位的地址。然而这些地址并不会显示于连接请求中。但是用户可自行为他的蓝牙设备命名(蓝牙设备名称),这一名称即可显示在其他设备的扫描结果和配对设备列表中。 多数手机都有蓝牙设备名称(Bluetooth name),通常默认为制造商名称和手机型号。多数手机和手提电脑都会只显示蓝牙设备名称,想要获得远程设备的更多信息则需要有特定的程序。当某一范围内有多个相同型号的手机(比如 Sony Ericsson T610)时,也许会让人分辨哪个才是它的目标设备。(详见Bluejacking) 配对和连接 1 动机 蓝牙所能提供多很多服务都可能显示个人数据或受控于相连的设备。出于安全上的考量,有必要识别特定的设备,以确保能够控制哪些设备能与蓝牙设备相连的。同时,蓝牙设备也有必要让蓝牙设备能够无需用户干预即可建立连接(比如在进入连接范围的同时). 未解决该矛盾,蓝牙可使用一种叫bonding(连接) 的过程。Bond是通过配对(paring)过程生成的。配对过程通过或被自用户的特定请求引发而生成bond(比如用户明确要求“添加蓝牙设备”),或是当连接 到一个出于安全考量要求需要提供设备ID的服务时自动引发。这两种情况分别称为dedicated bonding和general bonding。 配对通常包括一定程度上的用户互动,已确认设备ID。成功完成配对后,两个设备之间会形成Bond,日后再再相连时则无需为了确认设备ID而重复配对过程。用户也可以按需移除连接关系。 2 实施 配对过程中,两个设备可通过一种创建一种称为链路字的共享密钥建立关系。如果两个设备都存有相同的链路字,他们就可以实现paring或bonding。一个只想与已经bonding的设备通信的设备可以使用密码验证对方设备的身份,以确保这是之前配对的设备。一旦链路字生成,两个设备间也许会加密一个认证的异步无连接(Asynchronous Connection-Less,简称ACL) 链路,以防止交换的数据被窃取。用户可删除任何一方设备上的链路字,即可移除两设备之间的bond,也就是说一个设备可能存有一个已经不在与其配对的设备的链路字。 蓝牙服务通常要求加密或认证,因此要求在允许设备远程连接之前先配对。一些服务,比如对象推送模式,选择不明确要求认证或加密,因此配对不会影响服务用例相关的用户体验。 3 配对机制 在蓝牙2.1版本推出安全简易配对(Secure Simple Pairing) 之后,配对机制有了很大的改变。以下是关于配对机制的简要总结, 旧有配对,这是蓝牙2.0版及其早前版本配对的唯一。每个 设备必须输入PIN码;只有当两个设备都输入相同的PIN码方能配对成功。任何16-比特的 UTF-8字符串都能用作PIN码。然而并非所有的设备都能够输入所有可能的PIN码。 有限的输入设备: 显而易见的例子是蓝牙免提耳机,它几乎没有输入界面。这些设备通常有固定的PIN,如"0000"或"1234",是设备硬编码的。 数字输入设备: 比如移动电话就是经典的这类设备。用户可输入长达16位的数值。 字母数字输入设备: 比如个人电脑和智能电话。用户可输入完整的UTF-8 字符作为PIN码。如果是与一个输入能力有限的设备配对,就必须考虑到对方设备的输入限制,并没有可行的机制能够让一个具有足够输入能力的设备去决定应该如何限制用户可能使用的输入。 安全简易配对(SSP),这是蓝牙2.1版本要求的,尽管蓝牙2.1版本的也许设备只能使用旧有配对方式和早前版本的设备互操作。 安全简易配对使用一种公钥密码学(public key cryptography),某些类型还能防御中间人(man in the middle,简称MITM)攻击。SSP 有以下特点, 即刻运行(Just works),正如其字面含义,这一方法可直接运行,无需用户互动。但是设备也许会提示用户确认配对过程。此方法的典型应用见于输入输出功能受限的耳机,且较固定PIN机制更为安全。此方法不提供中间人(MITM) 保护。 数值比较(Numeric comparison),如果两个设备都有显示屏,且 至少一个能接受二进制的“是/否”用户输入,他们就能使用数值比较。此方法可在双方设备上显示6位数的数字代码,用户需比较并确认数字的一致性。如果比较成功,用户应在可接受输入的设备上确认配对。此方法可提供中间人(MITM) 保护,但需要用户在两个设备上都确认,并正确的完成比较。 万能钥匙进入(Passkey Entry),此方法可用于一个有显示屏的设备和一个有数字键盘输入的设备(如计算机键盘),或两个有数字键盘输入的设备。第一种情况下,显示屏上显示6位数字代码,用户可在另一设备的键盘上输入该代码。第二种情况下,两个设备需同时在键盘上输入相同的6位数字代码。两种方式都能提供中间人(MITM) 保护。 非蓝牙传输方式(OOB),此方法使用外部通信方式,如近场通信(NFC),交换在配对过程中使用的一些信息。配对通过蓝牙射频完成,但是还要求非蓝牙传输机制提供信息。这种方式仅提供OOB机制中所体现的MITM保护水平。 SSP被认为简单的原因如下, 多数情况下无需用户生成万能钥匙。 用于无需MITM保护和用户互动的用例。 用于数值比较,MITM 保护可通过用户简单的等式比较来获得。 使用NFC等OOB,当设备靠近时进行配对,而非需要一个漫长的发现过程。 4 安全性担忧 蓝牙2.1之前版本是不要求加密的,可随时关闭。而且,密钥的有效时限也仅有约23.5 小时。单一密钥的使用如超出此时限,则简单的XOR攻击有可能窃取密钥。 一些常规操作要求关闭加密,如果加密因合理的理由或安全考量而被关闭,就会给设备探测带来问题。 蓝牙2.1版本从一些几个方面进行了说明, 加密是所有非-SDP(服务发现协议)连接所必需的。 新的加密暂停和继续功能用于所有要求关闭加密的常规操作,更容易辨认是常规操作还是安全攻击。 加密必须在过期之前再刷新。 链路字可能储存于设备文件系统,而不是在蓝牙芯片本身。许多蓝牙芯片制造商将链路字储存于设备—然而,如果设备是可移动的,就意味着链路字也可能随设备移动。 空中接口 这一协议在无需认证的2.402–2.480GHz ISM频段上运行。为避免与其他使用2.45 GHz频段的协议发生干扰,蓝牙协议将该频段分割为间隔为1MHz的79个频段并以1660跳/秒的跳频速率变化通道。1.1和1.2版本的速率可达723.1kbit/s。2.0版本 有蓝牙增强数据率(EDR) 功能,速率可达2.1Mbit/s;这也导致了相应的功耗增加。在某些情况下,更高的数据速率能够抵消功耗的增加。 [蓝牙是什么_蓝牙的应用]