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如今藍牙由藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group,簡稱SIG)管理。藍牙技術(shù)聯(lián)盟在全球擁有超過25,000家成員公司,它們分布在電信、計算機、網(wǎng)絡(luò)、和消費電子等多重領(lǐng)域。IEEE將藍牙技術(shù)列為IEEE 802.15.1,但如今已不再維持該標(biāo)準。藍牙技術(shù)聯(lián)盟負責(zé)監(jiān)督藍牙規(guī)范的開發(fā),管理認證項目,并維護商標(biāo)權(quán)益。制造商的設(shè)備必須符合藍牙技術(shù)聯(lián)盟的標(biāo)準才能以"藍牙設(shè)備"的名義進入市場。藍牙技術(shù)擁有一套專利網(wǎng)絡(luò),可發(fā)放給符合標(biāo)準的設(shè)備。

跳頻技術(shù)

藍牙的波段為2400–2483.5MHz(包括防護頻帶)。這是全球范圍內(nèi)無需取得執(zhí)照(但并非無管制的)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用(ISM)波段的 2.4 GHz 短距離無線電頻段。

藍牙使用跳頻技術(shù),將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包,通過79個指定的藍牙頻道分別傳輸數(shù)據(jù)包。每個頻道的頻寬為1 MHz。藍牙4.0使用2 MHz 間距,可容納40個頻道。第一個頻道始于2402 MHz,每1 MHz一個頻道,至2480 MHz。有了適配跳頻(Adaptive Frequency-Hopping,簡稱AFH)功能,通常每秒跳1600次。

最初,高斯頻移鍵控(Gaussian frequency-shift keying,簡稱GFSK) 調(diào)制是唯一可用的調(diào)制方案。然而藍牙2.0+EDR 使得 π/4-DQPSK和 8DPSK 調(diào)制在兼容設(shè)備中的使用變?yōu)榭赡堋＿\行GFSK的設(shè)備據(jù)說可以以基礎(chǔ)速率(Basic Rate,簡稱BR)運行,瞬時速率可達1Mbit/s。增強數(shù)據(jù)率(Enhanced Data Rate,簡稱EDR)一詞用于描述π/4-DPSK 和 8DPSK 方案, 分別可達2 和 3Mbit/s。在藍牙無線電技術(shù)中,兩種模式(BR和EDR) 的結(jié)合統(tǒng)稱為"BR/EDR射頻"

藍牙是基于數(shù)據(jù)包、有著主從架構(gòu)的協(xié)議。一個主設(shè)備至多可和同一微微網(wǎng)中的七個從設(shè)備通訊。所有設(shè)備共享主設(shè)備的時鐘。分組交換基于主設(shè)備定義的、以312.5μs為間隔運行的基礎(chǔ)時鐘。兩個時鐘周期構(gòu)成一個625μs的槽,兩個時間隙就構(gòu)成了一個1250μs的縫隙對。在單槽封包的簡單情況下,主設(shè)備在雙數(shù)槽發(fā)送信息、單數(shù)槽接受信息。而從設(shè)備則正好相反。封包容量可長達1、3、或5個時間隙,但無論是哪種情況,主設(shè)備都會從雙數(shù)槽開始傳輸,從設(shè)備從單數(shù)槽開始傳輸。

通訊連接

藍牙主設(shè)備最多可與一個微微網(wǎng)(一個采用藍牙技術(shù)的臨時計算機網(wǎng)絡(luò))中的七個設(shè)備通訊, 當(dāng)然并不是所有設(shè)備都能夠達到這一最大量。設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色,從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備(比如,一個頭戴式耳機如果向手機發(fā)起連接請求,它作為連接的發(fā)起者,自然就是主設(shè)備,但是隨后也許會作為從設(shè)備運行。)

藍牙核心規(guī)格提供兩個或以上的微微網(wǎng)連接以形成分布式網(wǎng)絡(luò),讓特定的設(shè)備在這些微微網(wǎng)中自動同時地分別扮演主和從的角色。

數(shù)據(jù)傳輸可隨時在主設(shè)備和其他設(shè)備之間進行(應(yīng)用極少的廣播模式除外)。主設(shè)備可選擇要訪問的從設(shè)備;典型的情況是,它可以在設(shè)備之間以輪替的方式快速轉(zhuǎn)換。因為是主設(shè)備來選擇要訪問的從設(shè)備,理論上從設(shè)備就要在接收槽內(nèi)待命,主設(shè)備的負擔(dān)要比從設(shè)備少一些。主設(shè)備可以與七個從設(shè)備相連接,但是從設(shè)備卻很難與一個以上的主設(shè)備相連。規(guī)格對于散射網(wǎng)中的行為要求是模糊的。

許多USB藍牙適配器或"軟件狗"是可用的,其中一些還包括一個IrDA適配器。

功率射程

藍牙是一個標(biāo)準的無線通訊協(xié)議,基于設(shè)備低成本的收發(fā)器芯片,傳輸距離近、低功耗。由于設(shè)備使用無線電(廣播)通訊系統(tǒng),他們并非是以實際可見的線相連,然而準光學(xué)無線路徑則必須是可行的。射程范圍取決于功率和類別,但是有效射程范圍在實際應(yīng)用中會各有差異,請參考右側(cè)的表格。
數(shù)據(jù)吞吐量

有效射程因傳輸條件、材料覆蓋、生產(chǎn)樣本的變化、天線配置和電池狀態(tài)有關(guān)。多數(shù)藍牙應(yīng)用是為室內(nèi)環(huán)境而設(shè)計的,由于墻的衰減和信號反射造成的信號衰落會使得射程遠小于藍牙產(chǎn)品規(guī)定的射程范圍。多數(shù)藍牙應(yīng)用是由電池供電的2類設(shè)備,無論對方設(shè)備是1類或2類,射程差異均不明顯,因為射程范圍通常取決于低功率的設(shè)備。某些情況下,當(dāng)2類設(shè)備連接到一個敏感度和發(fā)射功率都高于典型的2類設(shè)備的1類收發(fā)器上時,數(shù)據(jù)鏈的有效射程可被延長。然而多數(shù)情況下,1類設(shè)備與2類設(shè)備的敏感度是相近的。

兩個敏感度和發(fā)射功率都較高的1類設(shè)備相連接,射程可遠高于一般水平的100m,取決于應(yīng)用所需要的吞吐量。有些設(shè)備在開放的環(huán)境中的射程能夠高達1km甚至更高。

藍牙核心規(guī)范規(guī)定了最小射程,但是技術(shù)上的射程是由應(yīng)用決定、且是無限的。制造商可根據(jù)實際的用例調(diào)整射程。

藍牙協(xié)議

一、主要文章:藍牙配置文件

要使用藍牙無線技術(shù),設(shè)備必須能夠解譯某些藍牙配置文件,藍牙配置文件定義了可能的應(yīng)用,并規(guī)定了藍牙設(shè)備之間通信的一般行為。這些配置文件包括對通信參數(shù)和控制的最初設(shè)定。配置文件能夠節(jié)約在雙向鏈路起效之前重新發(fā)送參數(shù)的時間。廣泛的藍牙配置文件描述很多不同種類的應(yīng)用或設(shè)備用例。

二 應(yīng)用列表

三 Bluetooth vs. Wi-Fi(IEEE 802.11)

藍牙和Wi-Fi(使用IEEE 802.11標(biāo)準的產(chǎn)品的品牌名稱)有些類似的應(yīng)用:設(shè)置網(wǎng)絡(luò)、打印、或傳輸文件。Wi-Fi主要是用于替代工作場所一般局域網(wǎng)接入中使用的高速線纜的。這類應(yīng)用有時也稱作無線局域網(wǎng)(WLAN)。藍牙主要是用于便攜式設(shè)備及其應(yīng)用的。這類應(yīng)用也被稱作無線個人域網(wǎng)(WPAN)。藍牙可以替代很多應(yīng)用場景中的便攜式設(shè)備的線纜,在能夠應(yīng)用于一些固定場所,如智能家庭能源管理(如恒溫器)等。

Wi-Fi和藍牙的應(yīng)用在某種程度上是互補的。Wi-Fi通常以接入點為中心,通過接入點與路由網(wǎng)絡(luò)里形成非對稱的客戶機-服務(wù)器連接。而藍牙通常是兩個藍牙設(shè)備間的對稱連接。藍牙適用于兩個設(shè)備通過最簡單的配置進行連接的簡單應(yīng)用,如耳機和遙控器的按鈕,而Wi-Fi更適用于一些能夠進行稍復(fù)雜的客戶端設(shè)置和需要高速的應(yīng)用中,尤其像通過存取節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)。但是,藍牙接入點確實存在,而且Wi-Fi的點對點連接雖然不像藍牙一般容易,但也是可能的。Wi-Fi Direct是最近開發(fā)的、為Wi-Fi添加了類似藍牙的點對點功能。

四 設(shè)備

一個有著100m射程的藍牙USB軟件狗。

藍牙存在于很多產(chǎn)品中,如電話、平板電腦、媒體播放器、機器人系統(tǒng)、手持設(shè)備、筆記本電腦、游戲手柄、以及一些高音質(zhì)耳機、調(diào)制解調(diào)器、手表等。藍牙技術(shù)在低帶寬條件下臨近的兩個或多個設(shè)備間的信息傳輸十分有用。藍牙常用于電話語音傳輸(如藍牙耳機)或手持計算機設(shè)備的字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸(文件傳輸)。

藍牙協(xié)議能夠簡化設(shè)備間服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和設(shè)置。藍牙設(shè)備可以對他們所提供的服務(wù)做廣告,這讓服務(wù)的使用變得更容易,因為有比其他類型網(wǎng)絡(luò)更多的安全、網(wǎng)絡(luò)地址、許可配置可自動進行。

USB軟件狗

沒有內(nèi)置藍牙的個人電腦可通過藍牙適配器實現(xiàn)與藍牙設(shè)備之間的通信。有些臺式機和最近多數(shù)的筆記本電腦都有內(nèi)置藍牙無線電,沒有的則需要通過外置適配器實現(xiàn)藍牙通信功能,通常是一個小型USB軟件狗。不像早期的IrDA需要一個單獨的適配器來連接每個設(shè)備,藍牙通過一個適配器即可實現(xiàn)計算機與多個設(shè)備之間的通信。

操作系統(tǒng)應(yīng)用

關(guān)于該主題的更多詳細信息,請參考 Bluetooth stack.

Apple從2012年的MacOSX v10.2產(chǎn)品就開始采用藍牙技術(shù)了。

關(guān)于微軟平臺,Windows XP Service Pack 2和SP3版本對Bluetooth 1.1、2.0和2.0+EDR提供了原生支持。早期版本要求用戶安裝藍牙適配器驅(qū)動裝置,而非直接支持藍牙。微軟自己的藍牙軟件狗(包含在其藍牙電腦設(shè)備中)沒有外部驅(qū)動器,因此需要安裝Windows XP Service Pack 2。帶有無線功能包的Windows Vista RTM/SP1 或Windows Vista SP2兼容Bluetooth 2.1+EDR。Windows 7兼容Bluetooth 2.1+EDR和延長詢問回復(fù)(EIR)。

Windows XP和Windows Vista/Windows 7藍牙堆棧對以下藍牙協(xié)議提供原生支持:PAN、SPP、DUN、HID、HCRP。Windows XP堆棧可被支持其他協(xié)議或更新藍牙版本的第三方堆棧替代。Windows Vista/Windows 7 藍牙堆棧支持第三方協(xié)議且不需要其替代微軟的堆棧。

Linux有兩個常用的藍牙堆棧,BlueZ和Affix。多數(shù)Linux核心程序都包括BlueZ堆棧,它最早是由高通開發(fā)的。Affix堆棧是由Nokia開發(fā)的。FreeBSD從它的5.0版本開始支持藍牙。NetBSD從它的4.0版本開始支持藍牙。它的藍牙堆棧也被接入OpenBSD端口。

短鏈接廣播技術(shù)(后來改名為藍牙)最初是由愛立信移動的CTO Nils Rydbeck在瑞典隆德(Lund)所開發(fā),目的是根據(jù)1989年發(fā)表的兩項發(fā)明(Johan Ullman博士1989年6月2日發(fā)布的SE 8902098-6和1992年7月24日發(fā)布的SE 9202239),開發(fā)一個無線耳機。Nils Rydbeck把規(guī)格指定的工作交給了Tord Wingren,把開發(fā)的工作交給了Jaap Haartsen和Sven Mattisson。他們在瑞典隆德的愛立信工作。這一規(guī)格是基于跳頻技術(shù)。

藍牙規(guī)格由藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式推出,藍牙技術(shù)聯(lián)盟是1998年5月20日正式宣布成立的。如今它的全球成員公司已超過兩萬五千家。它最初是由愛立信、IBM、英特爾、東芝和諾基亞創(chuàng)立的,后開又有許多公司加入。

所有的藍牙標(biāo)準版本都支持向下兼容,讓最新的版本能夠覆蓋所有舊的版本。

藍牙核心規(guī)格工作組(Bluetooth Core Specification Working Group,簡稱CSWG)主要制定4種規(guī)格

兩個版本

藍牙1.0版本和1.0B版本曾出現(xiàn)一些問題,制造商在產(chǎn)品互操作性上遇到了一些困難。藍牙1.0版本和1.0B版本還包括連接過程(讓協(xié)議層不可能匿名)中的強制性藍牙硬件設(shè)備地址(BD_ADDR)傳送,這給一些為藍牙環(huán)境而設(shè)計的服務(wù)帶來了不小的打擊。

1.2版本

主要的改進包括如下:

2.0 + EDR版本

這一藍牙核心版本發(fā)布于2004年。主要不同在于增強數(shù)據(jù)率(EDR)的推出,它能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸。EDR的標(biāo)稱速率是3 Mbit/s,盡管實踐中的數(shù)據(jù)傳輸速率為2.1 Mbit/s。EDR使用GFSK、相移鍵控(PSK)調(diào)制和π/4-DQPSK、 8DPSK兩個變量的組合。EDR可通過減少工作周期提供更低的功耗。

這一規(guī)格命名為Bluetooth v2.0 + EDR,意謂EDR是選擇性的功能。除了EDR,2.0 規(guī)格還包括其它一些小的改進。產(chǎn)品無需支持更高速的數(shù)據(jù)率也可完成藍牙2.0的合規(guī)性認證。至少有一個商業(yè)設(shè)備在其數(shù)據(jù)表上是寫明了其是"不支持EDR的藍牙2.0"。

2.1 + EDR版本

藍牙核心規(guī)范2.1 + EDR 是藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2007年7月26日推出的。

2.1最大的特點是安全簡易配對(SSP):它為藍牙設(shè)備提高了配對體驗,同時也提升了安全性的實際應(yīng)用和強度。請參考后面的"配對"部分了解更多詳情。

2.1還包括其他一些改進,包括"延長詢問回復(fù)"(EIR),在查詢過程中提供更多信息,讓設(shè)備能在連接前更好地進行篩選;以及像低耗電監(jiān)聽模式(Sniff Subrating),它能夠在低功耗模式下降低耗電。

3.0 + HS版本

藍牙核心規(guī)格3.0 + HS版本是藍牙技術(shù)聯(lián)盟2009年4月21日推出的。藍牙3.0+HS的傳輸速率理論上可高達24 Mbit/s,盡管這并非是通過藍牙鏈接本身。相反,藍牙鏈接是用于協(xié)商和建立,高速的數(shù)據(jù)傳輸是由相同位置的802.11鏈接完成的。

主要的新特性是AMP(Alternative MAC/PHY),它也是802.11新增的高速傳輸功能。高速并非該規(guī)格的強制特性,因此只有標(biāo)注了"+HS"商標(biāo)的設(shè)備才是真正通過802.11高速數(shù)據(jù)傳輸支持藍牙。沒有標(biāo)注"+HS"后綴的藍牙3.0設(shè)備僅支持核心規(guī)格3.0版本或之前的核心規(guī)范附錄1。

L2CAP增強模式

加強版重傳模式(Enhanced Retransmission Mode,簡稱ERTM)采用的是可靠地L2CAP 通道,而流模式(Streaming Mode,簡稱SM)采用的是沒有重傳和流量控制的不可靠的網(wǎng)絡(luò)通道。推出于核心規(guī)格附錄1。

Alternative MAC/PHY

藍牙配置文件數(shù)據(jù)可通過備用的MAC和PHYs傳輸。藍牙射頻仍用于設(shè)備發(fā)現(xiàn)、初始連接和配置文件配置。但是當(dāng)有大量數(shù)據(jù)傳輸需求時,高速的備選MAC PHY 802.11 (通常與Wi-Fi有關(guān))可傳輸數(shù)據(jù)。這意味著藍牙在系統(tǒng)閑置時可使用已經(jīng)驗證的低功耗連接模型,在需要傳輸大量數(shù)據(jù)時使用更快的無線電。AMP鏈接需要加強型L2CAP 模式。

單向廣播無連接數(shù)據(jù)(Unicast Connectionless Data)

單向廣播無連接數(shù)據(jù)無需建立明確的L2CAP通道即可傳輸服務(wù)數(shù)據(jù)。主要用于對用戶操作和數(shù)據(jù)的重新連接/傳輸要求低延遲的應(yīng)用。它僅適用于小量數(shù)據(jù)傳輸。

增強型電源控制(Enhanced Power Control)

增強型電源控制更新了電源控制功能,移除了開環(huán)功率控制,還明確了EDR新增調(diào)制方式所引入的功率控制。增強型電源控制規(guī)定了期望的行為。這一特性還添加了閉環(huán)功率控制,意味著RSSI過濾可于收到回復(fù)的同時展開。此外,還推出了"直接開到最大功率(go straight to maximum power)"的請求,旨在應(yīng)對耳機的鏈路損耗,尤其是當(dāng)用戶把電話放進身體對側(cè)的口袋時。

超寬頻(Ultra-wideband)

藍牙3.0版本的高速(AMP)特性最初是為了UWB應(yīng)用,但是WiMedia聯(lián)盟(WiMedia Alliance,負責(zé)用于藍牙的UWB特點的組織)2009年3月宣布解散,最終UWB也從核心規(guī)格3.0版本中剔除。

2009年3月16日,WiMedia聯(lián)盟宣布他們已經(jīng)進入WiMedia超寬頻(UWB)版本技術(shù)轉(zhuǎn)移協(xié)議的討論中。WiMedia已經(jīng)向藍牙技術(shù)聯(lián)盟、無線USB促進聯(lián)盟(Wireless USBPromoter Group)、應(yīng)用者論壇(USB Implementers Forum)轉(zhuǎn)移了所以當(dāng)前和未來版本,包括未來的高速和功率優(yōu)化等相關(guān)工作。在技術(shù)轉(zhuǎn)移、市場和相關(guān)行政條款成功完成之后,WiMedia聯(lián)盟停止了運營。

2009年10月,藍牙技術(shù)聯(lián)盟暫停將UWB作為藍牙3.0+HS alternative MAC/PHY解決方案一部分的開發(fā)。因為前WiMedia中少數(shù)、但地位重要的成員不愿簽署IP轉(zhuǎn)移的必要協(xié)定。藍牙技術(shù)聯(lián)盟如今正在評估其他選擇,以利于其長期的發(fā)展。

4.0版本

另請參考:藍牙低功耗

藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2010年6月30日正式推出藍牙核心規(guī)格4.0 (稱為Bluetooth Smart)。它包括經(jīng)典藍牙、高速藍牙和藍牙低功耗協(xié)議。高速藍牙基于Wi-Fi,經(jīng)典藍牙則包括舊有藍牙協(xié)議。

藍牙低功耗,也就是早前的Wibree,是藍牙4.0版本的一個子集,它有著全新的協(xié)議棧,可快速建立簡單的鏈接。作為藍牙1.0 – 3.0版本中藍牙標(biāo)準協(xié)議的替代方案,它主要面向?qū)�功耗需求極低、用紐扣電池供電的應(yīng)用。芯片設(shè)計可有兩種:雙模、單模和增強的早期版本。早期的Wibree和藍牙 ULP(超低功耗)的名稱被廢除,取而代之的是后來用于一時的BLE。2011年晚些時候,新的商標(biāo)推出,即用于主設(shè)備的 "Bluetooth Smart Ready"和用于傳感器的"Bluetooth Smart"。

單模芯片的成本降低,使設(shè)備的高度整合和兼容成為可能。它的特點之一是輕量級的鏈路層,可提供低功耗閑置模式操作、簡易的設(shè)備發(fā)現(xiàn)、和可靠地點對多數(shù)據(jù)傳輸,并擁有成本極低的高級節(jié)能和安全加密連接。

4.0版本的一般性改進包括推進藍牙低功耗模式所必需的改進、以及通用屬性配置文件(GATT) 和AES加密的安全管理器(SM) 服務(wù)。

核心規(guī)格附錄2 于2011年12月正式推出,它包括對音頻主機控制器接口和高速(802.11)協(xié)議適配層的改進。

核心規(guī)格附錄3修訂2于2012年7月24日正式被采用。

核心規(guī)格附錄4于2013年2月12日正式被采用。

4.1版本

藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2013年12月正式宣布采用藍牙核心規(guī)格4.1版本。 這一規(guī)格是對藍牙4.2版本的一次軟件更新,而非硬件更新。這一更新包括藍牙核心規(guī)格附錄(CSA1、2、3和4)并添加了新的功能、提高了消費者的可用性。這些特性包括提升了對LTE和批量數(shù)據(jù)交換率共存的支持,以及通過允許設(shè)備同時支持多重角色幫助開發(fā)者實現(xiàn)創(chuàng)新。

4.1版本的特性如下

請注意有些特性在4.1版本之前的核心規(guī)格附錄(CSA)中就已存在。

4.2版本

藍牙4.2發(fā)布于2014年12月2日。它為IOT推出了一些關(guān)鍵性能,是一次硬件更新。 但是一些舊有藍牙硬件也能夠獲得藍牙4.2的一些功能,如通過固件實現(xiàn)隱私保護更新。

藍牙協(xié)議棧

主要文章:藍牙協(xié)議棧和藍牙協(xié)議

藍牙被定義為協(xié)議層架構(gòu),包括核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話傳送控制協(xié)議、選用協(xié)議。所有藍牙堆棧的強制性協(xié)議包括:LMP、L2CAP和SDP。此外,與藍牙通信的設(shè)備基本普遍都能使用HCI和 RFCOMM這些協(xié)議。

1、LMP

鏈路管理協(xié)議(LMP)用于兩個設(shè)備之間無線鏈路的建立和控制。應(yīng)用于控制器上。

2、L2CAP

邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)常用來建立兩個使用不同高級協(xié)議的設(shè)備之間的多路邏輯連接傳輸。提供無線數(shù)據(jù)包的分割和重新組裝。

在基本模式下,L2CAP能最大提供64kb的有效數(shù)據(jù)包,并且有672字節(jié)作為默認MTU(最大傳輸單元),以及最小48字節(jié)的指令傳輸單元。

在重復(fù)傳輸和流控制模式下,L2CAP可以通過執(zhí)行重復(fù)傳輸和CRC校驗(循環(huán)冗余校驗)來檢驗每個通道數(shù)據(jù)是否正確或者是否同步。

藍牙核心規(guī)格附錄1 在核心規(guī)格中添加了兩個附加的L2CAP模式。這些模式有效的否決了原始的重傳和流控模式。

其中任何一種模式的可靠性都是可選擇的,并/或由底層藍牙BDR/EDR空中接口通過配置重傳數(shù)量和刷新超時而額外保障的。順序排序是是由底層保障的。

只有ERTM 和 SM中配置的 L2CAP通道才有可能在AMP邏輯鏈路上運作。

3、SDP

服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)允許一個設(shè)備發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備支持的服務(wù),和與這些服務(wù)相關(guān)的參數(shù)。比如當(dāng)用手機去連接藍牙耳機(其中包含耳機的配置信息、設(shè)備狀態(tài)信息,以及高級音頻分類信息(A2DP)等等)。并且這些眾多協(xié)議的切換需要被每個連接他們的設(shè)備設(shè)置。每個服務(wù)都會被全局獨立性識別號(UUID)所識別。根據(jù)官方藍牙配置文檔給出了一個UUID的簡短格式(16位)。

4、RFCOMM

射頻通信(RFCOMM)常用于建立虛擬的串行數(shù)據(jù)流。RFCOMM提供了基于藍牙帶寬層的二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模擬EIA-232(即早前的的RS-232)串行控制信號,也就是說,它是串口仿真。

RFCOMM向用戶提供了簡單而且可靠的串行數(shù)據(jù)流。類似TCP。它可作為AT指令的載體直接用于許多電話相關(guān)的協(xié)議,以及通過藍牙作為OBEX的傳輸層。

許多藍牙應(yīng)用都使用RFCOMM由于串行數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用和大多數(shù)操作系統(tǒng)都提供了可用的API。所以使用串行接口通訊的程序可以很快的移植到RFCOMM上面。

5、BNEP

網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議(BNEP)用于通過L2CAP傳輸另一協(xié)議棧的數(shù)據(jù)。主要目的是傳輸個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)配置文件中的IP 封包。BNEP在無線局域網(wǎng)中的功能與SNAP類似。

6、AVCTP

音頻/視頻控制傳輸協(xié)議(AVCTP)被遠程控制協(xié)議用來通過L2CAP傳輸AV/C指令。立體聲耳機上的音樂控制按鈕可通過這一協(xié)議控制音樂播放器。

7、AVDTP

音視頻分發(fā)傳輸協(xié)議(AVDTP)被高級音頻分發(fā)協(xié)議用來通過L2CAP向立體聲耳機傳輸音樂文件。適用于藍牙傳輸中的視頻分發(fā)協(xié)議。

8、TCS

電話控制協(xié)議–二進制(TCS BIN)是面向字節(jié)協(xié)議,為藍牙設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通話的建立定義了呼叫控制信令。此外,TCS BIN 還為藍牙TCS設(shè)備的的群組管理定義了移動管理規(guī)程。

TCS-BIN僅用于無繩電話協(xié)議,因此并未引起廣泛關(guān)注。

9、采用的協(xié)議

采用的協(xié)議是由其他標(biāo)準制定組織定義、并包含在藍牙協(xié)議棧中,僅在必要時才允許藍牙對協(xié)議進行編碼。采用的協(xié)議包括:

基帶糾錯

根據(jù)不同的封包類型,每個封包可能受到糾錯功能的保護,或許是1/3速率的前向糾錯(FEC) ,或者是2/3速率。此外,出現(xiàn)CRC錯誤的封包將會被重發(fā),直至被自動重傳請求(ARQ)承認。

設(shè)置連接

任何可發(fā)現(xiàn)模式下的藍牙設(shè)備都可按需傳輸以下信息:

任何設(shè)備都可以對其他設(shè)備發(fā)出連接請求,任何設(shè)備也都可能添加可回應(yīng)請求的配置。但如果試圖發(fā)出連接請求的設(shè)備知道對方設(shè)備的地址,它就總會回應(yīng)直接連接請求,且如果有必要會發(fā)送上述列表中的信息。設(shè)備服務(wù)的使用也許會要求配對或設(shè)備持有者的接受,但連接本身可由任何設(shè)備發(fā)起,持續(xù)至設(shè)備走出連接范圍。有些設(shè)備在與一臺設(shè)備建立連接之后,就無法再與其他設(shè)備同時建立連接,直至最初的連接斷開,才能再被查詢到。

每個設(shè)備都有一個唯一的48-位的地址。然而這些地址并不會顯示于連接請求中。但是用戶可自行為他的藍牙設(shè)備命名(藍牙設(shè)備名稱),這一名稱即可顯示在其他設(shè)備的掃描結(jié)果和配對設(shè)備列表中。

多數(shù)手機都有藍牙設(shè)備名稱(Bluetooth name),通常默認為制造商名稱和手機型號。多數(shù)手機和手提電腦都會只顯示藍牙設(shè)備名稱,想要獲得遠程設(shè)備的更多信息則需要有特定的程序。當(dāng)某一范圍內(nèi)有多個相同型號的手機(比如 Sony Ericsson T610)時,也許會讓人分辨哪個才是它的目標(biāo)設(shè)備。(詳見Bluejacking)

配對和連接

1、動機

藍牙所能提供多很多服務(wù)都可能顯示個人數(shù)據(jù)或受控于相連的設(shè)備。出于安全上的考量,有必要識別特定的設(shè)備,以確保能夠控制哪些設(shè)備能與藍牙設(shè)備相連的。同時,藍牙設(shè)備也有必要讓藍牙設(shè)備能夠無需用戶干預(yù)即可建立連接(比如在進入連接范圍的同時).

未解決該矛盾,藍牙可使用一種叫bonding(連接)的過程。Bond是通過配對(paring)過程生成的。配對過程通過或被自用戶的特定請求引發(fā)而生成bond(比如用戶明確要求"添加藍牙設(shè)備"),或是當(dāng)連接到一個出于安全考量要求需要提供設(shè)備ID的服務(wù)時自動引發(fā)。這兩種情況分別稱為dedicated bonding和general bonding。

配對通常包括一定程度上的用戶互動,已確認設(shè)備ID。成功完成配對后,兩個設(shè)備之間會形成Bond,日后再再相連時則無需為了確認設(shè)備ID而重復(fù)配對過程。用戶也可以按需移除連接關(guān)系。

2、實施

配對過程中,兩個設(shè)備可通過一種創(chuàng)建一種稱為鏈路字的共享密鑰建立關(guān)系。如果兩個設(shè)備都存有相同的鏈路字,他們就可以實現(xiàn)paring或bonding。一個只想與已經(jīng)bonding的設(shè)備通信的設(shè)備可以使用密碼驗證對方設(shè)備的身份,以確保這是之前配對的設(shè)備。一旦鏈路字生成,兩個設(shè)備間也許會加密一個認證的異步無連接(Asynchronous Connection-Less,簡稱ACL) 鏈路,以防止交換的數(shù)據(jù)被竊取。用戶可刪除任何一方設(shè)備上的鏈路字,即可移除兩設(shè)備之間的bond,也就是說一個設(shè)備可能存有一個已經(jīng)不在與其配對的設(shè)備的鏈路字。

藍牙服務(wù)通常要求加密或認證,因此要求在允許設(shè)備遠程連接之前先配對。一些服務(wù),比如對象推送模式,選擇不明確要求認證或加密,因此配對不會影響服務(wù)用例相關(guān)的用戶體驗。

3、配對機制

在藍牙2.1版本推出安全簡易配對(Secure Simple Pairing) 之后,配對機制有了很大的改變。以下是關(guān)于配對機制的簡要總結(jié):

SSP被認為簡單的原因如下:

4、安全性擔(dān)憂

藍牙2.1之前版本是不要求加密的,可隨時關(guān)閉。而且,密鑰的有效時限也僅有約23.5 小時。單一密鑰的使用如超出此時限,則簡單的XOR攻擊有可能竊取密鑰。

藍牙2.1版本從一些幾個方面進行了說明:

鏈路字可能儲存于設(shè)備文件系統(tǒng),而不是在藍牙芯片本身。許多藍牙芯片制造商將鏈路字儲存于設(shè)備-然而,如果設(shè)備是可移動的,就意味著鏈路字也可能隨設(shè)備移動。

空中接口

這一協(xié)議在無需認證的2.402–2.480GHz ISM頻段上運行。為避免與其他使用2.45 GHz頻段的協(xié)議發(fā)生干擾,藍牙協(xié)議將該頻段分割為間隔為1MHz的79個頻段并以1660跳/秒的跳頻速率變化通道。1.1和1.2版本的速率可達723.1kbit/s。2.0版本 有藍牙增強數(shù)據(jù)率(EDR) 功能,速率可達2.1Mbit/s;這也導(dǎo)致了相應(yīng)的功耗增加。在某些情況下,更高的數(shù)據(jù)速率能夠抵消功耗的增加。

概況

另請參見:基于通信網(wǎng)絡(luò)的移動安全和攻擊

藍牙擁有機密性、完整性和基于SAFER+分組密碼的定制算法的密鑰導(dǎo)出。藍牙密鑰生成通�；�于藍牙PIN,這是雙方設(shè)備都必須輸入的。如果一方設(shè)備(如耳機、或類似用戶界面受限的設(shè)備)有固定PIN,這一過程也可能被修改。配對過程中,初始密鑰或主密鑰通過E22算法生成。 E0流密碼也用于加密數(shù)據(jù)包、授權(quán)機密性,它是基于公共加密的、也就是之前生成的鏈路字或主密鑰。這些密鑰可用于對通過空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行后續(xù)加密,密鑰有賴于雙方或一方設(shè)備中輸入的PIN。

Andreas Becher于2008年發(fā)表了藍牙漏洞信息的利用概況。

2008年9月,美國國家標(biāo)準與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)發(fā)布了藍牙安全指南(Guide to Bluetooth Security),供相關(guān)機構(gòu)參考。該指南描述了藍牙的安全功能,以及如何有效的保護藍牙技術(shù)。藍牙技術(shù)有它的優(yōu)勢,但它易受拒絕服務(wù)攻擊、竊聽、中間人攻擊、消息修改及資源濫用。用戶和機構(gòu)都必須評估自己所能接受的風(fēng)險等級,并在藍牙設(shè)備的生命周期中增添安全功能。為減輕損失,NIST文件中還包括安全檢查列表,其內(nèi)包含對藍牙微微網(wǎng)、耳機和智能讀卡器的創(chuàng)建和安全維護的指南和建議。

藍牙2.1發(fā)布于2007年,相應(yīng)的消費設(shè)備最早出現(xiàn)于2009年,為藍牙安全(包括配對)帶來了顯著的改觀。更多關(guān)于這一改變的信息,請參見"配對機制"部分。

Bluejacking

主要文章:Bluejacking

Bluejacking是指用戶通過藍牙無線技術(shù)向?qū)Ψ讲恢�情的用戶發(fā)送圖片或信息。常見的應(yīng)用包括短信息,比如"你被Bluejack了"。Bluejacking不涉及設(shè)備上任何數(shù)據(jù)的刪除或更改。Bluejacking可能涉及取得對移動設(shè)備的無線控制和撥打?qū)儆贐luejack發(fā)起者的付費電話。安全上的進展已經(jīng)緩解了這一問題。

安全歷史進程

1、2001–2004

2001年,貝爾實驗室的Jakobsson和Wetzel from發(fā)現(xiàn)并指出了藍牙配對協(xié)議和加密方案的缺陷。2003年,A.L. Digital 公司的Ben和Adam Laurie發(fā)現(xiàn)藍牙安全實施上的一些重要缺陷有可能導(dǎo)致個人信息的泄露。隨后Trifinite Group的Martin Herfurt在德國漢諾威電腦展(CEBIT)的游樂場中進行了現(xiàn)場試驗,向世界展示了這一問題的重要性。 一種稱為BlueBug的新型攻擊被用于此次實驗。2004年,第一個生成通過藍牙在移動電話間傳播的病毒出現(xiàn)于塞班系統(tǒng)�？ò退够鶎嶒炇易钤绨l(fā)現(xiàn)了該病毒,并要求用戶在病毒傳播之前確認未知軟件的安裝。病毒是由一群自稱"29A"的病毒開發(fā)者作為驗證概念編寫,并發(fā)送防病毒機構(gòu)的。因此,它應(yīng)被看作是對藍牙技術(shù)或塞班系統(tǒng)的潛在威脅,而非實際的威脅,原因是該病毒并未散播至塞班系統(tǒng)之外。2004年8月,一個世界紀錄級的實驗(另請參見Bluetooth sniping)證實,如果有定向天線和信號放大器,2類藍牙無線電的范圍可擴增至1.78km(1.11mi)。這就造成了潛在的安全威脅,因為攻擊者將能夠在相當(dāng)程度的遠距離之外接入有缺陷的藍牙設(shè)備。攻擊者想要與目標(biāo)設(shè)備建立連接,還必須能夠接受其發(fā)出的信息。如果攻擊者不知道藍牙地址和傳輸通道(盡管它們在設(shè)備使用狀態(tài)下幾分鐘之內(nèi)就能推導(dǎo)出來),就不可能對藍牙設(shè)備進行攻擊。

2、2005年

2005年1月,一種稱為Lasco.A的移動惡意程序蠕蟲開始針對采用塞班系統(tǒng)(60系列平臺)的移動電話,通過藍牙設(shè)備自我復(fù)制并傳播至其他設(shè)備。一旦移動用戶允許接收另一設(shè)備發(fā)送來的文件(velasco.sis),這一蠕蟲即可開始自動安裝。一旦安裝成功,蠕蟲變回開始尋找并感染其他的藍牙設(shè)備。此外,蠕蟲會感染設(shè)備上其他的.SIS文件,通過可移動的媒體文件(保全數(shù)位、CF卡等)復(fù)制到另一設(shè)備上。蠕蟲可導(dǎo)致移動電話的不穩(wěn)定。

2005年4月,劍橋大學(xué)安全研究員發(fā)表了針對兩個商業(yè)藍牙設(shè)備間基于PIN配對的被動攻擊的研究結(jié)果。他們證實了實際攻擊之快,以及藍牙對稱密鑰建立方法的脆弱。為糾正爭議缺陷,他們通過實驗證實,對于某些類型的設(shè)備(如移動電話),非對稱密鑰建立更可靠且可行。

2005年6月,Yaniv Shaked和Avishai Wool發(fā)表文章,描述了藍牙鏈路獲得PIN的被動和主動方法。如果攻擊者出現(xiàn)在最初配對時,被動攻擊允許配有相應(yīng)設(shè)備的攻擊者竊聽通信或冒名頂替。主動攻擊方法使用專門建立的、必須插入到協(xié)議中特定的點的信息,

讓主從設(shè)備不斷重復(fù)配對過程。然后再通過被動攻擊即可攻獲PIN碼。這一攻擊的主要弱點是它要求用戶在設(shè)備受攻擊時根據(jù)提示重新輸入PIN。主動攻擊可能要求定制硬件,因為大多數(shù)商業(yè)藍牙設(shè)備并不具備其所需的定時功能。

2005年8月,英國劍橋郡警方發(fā)布警告,稱有不法分子通過有藍牙功能的電話跟蹤放置于車中的其他設(shè)備。警方建議當(dāng)用戶把手提電腦或其他設(shè)備放置于車中時,須確保任何移動網(wǎng)絡(luò)連接均處于禁用狀態(tài)。

3、2006年

2006年4月, Secure Network和F-Secure的研究人員發(fā)布了一份報告,提醒人們注意可見狀態(tài)下的設(shè)備之多,并公布了有關(guān)藍牙服務(wù)的傳播、以及藍牙蠕蟲傳播進程緩解的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4、2007年

2007年10月,在盧森堡黑客安全大會上,Kevin Finistere和Thierry Zoller展示并發(fā)布了一款課通過Mac OS X v10.3.9 和 v10.4上的藍牙進行通信的遠程跟外殼(root shell)。它們還展示了首個PIN 和 Linkkeys 破解器,這是基于Wool 和 Shaked的研究。

主要文章:無線電子設(shè)備和健康

藍牙使用的是2.402GHz 到 2.480GHz的微波無線電頻譜。藍牙無線電設(shè)備的最大功率輸出,1類是100mW,2類是2.5mW,3類是1mW。即便是1類的最大功率輸出功率也小于移動電話的最小功率。UMTS和W-CDMA輸出為250mW,GSM1800/1900為1000mW,GSM850/900為2000mW。

USB3.0設(shè)備、端口和線纜證實會與藍牙設(shè)備發(fā)生干擾,主要由于他們發(fā)出的電子噪聲落在了與藍牙相同的操作頻段上。由于藍牙設(shè)備和USB 3.0設(shè)備距離很近,就會導(dǎo)致吞吐量的下降或?qū)е滤{牙設(shè)備與電腦的連接完全斷開。

解決這一問題的策略有很多,包括加大USB3.0設(shè)備與其他藍牙設(shè)備之間的距離,或購買屏蔽性能更好的USB線纜等簡單的解決方案。其他的解決方案還包括對計算機中的藍牙原件進行附加屏蔽等。

藍牙應(yīng)用創(chuàng)新大獎(Bluetooth Breakthrough Awards)是鼓勵藍牙低功耗無線技術(shù)在全球體育、健身、健康保健產(chǎn)品中的應(yīng)用創(chuàng)新開發(fā)的項目,也是藍牙技術(shù)聯(lián)盟的市場推廣活動的一部分。比賽的目的是刺激新市場。這一活動自2009年6月1日起持續(xù)了3年。

藍牙創(chuàng)新世界杯2009

2009年首屆藍牙創(chuàng)新世界杯在全球范圍內(nèi)征集了250多個報名項目,來自于諾基亞、飛思卡爾半導(dǎo)體、德州儀器、北歐半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體和Brunel。

藍牙年度創(chuàng)新者2009

Physical Activity Innovations 公司的Edward Sazonov被授予2009年度藍牙年度創(chuàng)新者。Sazonov在2010年亞洲國際體育品牌用品及運動時尚博覽會(ISPO 2010)上的可穿戴技術(shù)展上舉辦的授獎儀式上接受了頒獎。Sazonov的Fit Companion是一個可以別在用戶衣服上或鞋上的小型傳感器,它可以對身體活動給予反饋,幫助用戶追蹤和完成健身目標(biāo)。

藍牙創(chuàng)新世界杯2010

藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2000年6月1日宣布第二屆藍牙創(chuàng)新世界杯的開展,主要關(guān)注的應(yīng)用市場有體育與健身、保健、家居信息和控制等。比賽于2010年9月15日截止報名。

藍牙應(yīng)用創(chuàng)新獎

藍牙創(chuàng)新世界杯于2013年變身為如今的藍牙應(yīng)用創(chuàng)新獎(Bluetooth Breakthrough Awards)。藍牙應(yīng)用創(chuàng)新獎項目關(guān)注當(dāng)今最具創(chuàng)新力的產(chǎn)品和應(yīng)用、即將面世的原型、以及學(xué)生群體進行中的項目。