編輯推薦

首本係統講解藍牙4.0的原理、體係結構、硬件設計以及應用等的書籍。
　　 作者係藍牙4.0標準參與製定者、架構師，性毋庸置疑。
　　 本是學習藍牙4.0標準不可或缺的參考手冊。

內容簡介

低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy，BLE）與傳統藍牙技術有著本質的不同，它為醫療、運輸等領域的無綫應用帶來瞭突破。隻需一枚硬幣大小的電池，低功耗藍牙便可以連接並擴展各類個人局域網（Personal Area Network，PAN）設備和新一代傳感器，令其可靠地運行若乾年。如今，該標準的主要製定者之一為每位係統開發者、設計師和工程師撰寫瞭本全麵、易懂的低功耗藍牙著作。

作者簡介

Robin Heydon ，畢業於英國曼徹斯特大學計算機科學專業，是CSR公司負責藍牙技術標準化的標準架構師，也是製定低功耗藍牙技術標準的超低功耗工作組的聯閤主席。自2007年起推動低功耗藍牙技術標準的製定工作，因其貢獻卓著，2010年他入選瞭藍牙技術聯盟名人堂。

陳燦峰，博士畢業於北京郵電大學，2005年起分彆任諾基亞（中國）研究院博士後研究員、高級研究員和主任研究員，2011年起負責諾基亞物聯網與軟件無綫電原型係統組的工作，諾基亞並入微軟後擔任微軟設備部門移動設備産品創新組傳感器技術首席專傢。目前兼任中國電子學會物聯網專傢委員會副秘書長，中國可穿戴計算産業推進聯盟委員。先後參與國傢自然科學基金項目3項、863項目2項。在無綫通信和移動計算領域先後編著和參與編著6本專著，提交國內外專利申請30餘項（2項已授權）。目前的主要研究方嚮為低功耗藍牙技術，室內外定位技術，智能傢居與可穿戴設備等。

劉　嘉，
工學博士。2011年畢業於清華大學計算機網絡專業，同年進入諾基亞（中國）研究院開展博士後研究，現為北京智榖公司創新研究員，長期從事無綫網絡係統設計和性能優化工作，發錶論文近20篇，擁有國內外專利和申請50餘項。閑暇之餘喜歡攝影、文學和Hi-Fi音響。

目錄

譯者序
前言
第一部分　綜　　述
第1章　什麼是低功耗藍牙技術 2
1.1　設備類型 4
1.2　設計目標 5
1.3　術語 6
第2章　基本概念 8
2.1　紐扣電池 8
2.2　時間即能量 9
2.3　昂貴的內存 10
2.4　非對稱設計 10
2.5　為成功而設計 11
2.6　凡事皆有狀態 12
2.7　客戶端–服務器架構 12
2.8　模塊化架構 13
2.9　十億隻是個小數目 14
2.10　無連接模型 14
2.11　範式 14
2.11.1　客戶端–服務器架構 14
2.11.2　麵嚮服務的架構 15
第3章　低功耗藍牙的體係結構 19
3.1　控製器 20
3.1.1　物理層 20
3.1.2　直接測試模式 20
3.1.3　鏈路層 21
3.1.4　主機/控製器接口 22
3.2　主機 22
3.2.1　邏輯鏈路控製和適配協議 22
3.2.2　安全管理器協議 23
3.2.3　屬性協議 23
3.2.4　通用屬性規範 24
3.2.5　通用訪問規範 25
3.3　應用層 25
3.3.1　特性 26
3.3.2　服務 26
3.3.3　規範 26
3.4　協議棧劃分 27
3.4.1　單芯片解決方案 27
3.4.2　雙芯片解決方案 28
3.4.3　三芯片解決方案 28
第4章　新的使用模型 30
4.1　存在檢測 30
4.2　廣播數據 31
4.3　無連接模式 31
4.4　網關 32
第二部分　控　製　器
第5章　物理層 36
5.1　背景 36
5.2　模擬調製 36
5.3　數字調製 38
5.4　頻段 39
5.5　調製 40
5.6　射頻信道 41
5.7　發射功率 41
5.8　容限 42
5.9　接收機靈敏度 42
5.10　通信距離 42
第6章　直接測試模式 45
6.1　背景 45
6.2　收發機測試 46
6.2.1　測試報文格式 46
6.2.2　發射機測試 47
6.2.3　接收機測試 47
6.3　硬件接口 48
6.3.1　串口 48
6.3.2　命令與事件 48
6.4　使用HCI的直接測試模式 50
第7章　鏈路層 51
7.1　鏈路層狀態機 51
7.1.1　就緒態 52
7.1.2　廣播態 53
7.1.3　掃描態 53
7.1.4　發起態 54
7.1.5　連接態 55
7.1.6　多狀態機 55
7.2　報文 57
7.2.1　廣播與數據報文 57
7.2.2　白化 57
7.3　報文結構 59
7.3.1　比特序與字節 60
7.3.2　前導 60
7.3.3　接入地址 60
7.3.4　報頭 61
7.3.5　長度 61
7.3.6　淨荷 63
7.3.7　循環冗餘校驗 63
7.4　信道 63
7.4.1　跳頻 66
7.4.2　自適應跳頻 66
7.5　設備發現 68
7.5.1　通用廣播 69
7.5.2　定嚮廣播 69
7.5.3　不可連接廣播 70
7.5.4　可發現廣播 70
7.6　廣播 70
7.7　建立連接 71
7.7.1　接入地址 72
7.7.2　CRC初始化 72
7.7.3　發送窗口 72
7.7.4　連接事件 73
7.7.5　信道圖 74
7.7.6　睡眠時鍾精度 74
7.8　發送數據 74
7.8.1　數據報頭 75
7.8.2　邏輯鏈路標識符 75
7.8.3　序列號 76
7.8.4　確認 76
7.8.5　更多數據 77
7.8.6　使用序列號和更多數據的例子 77
7.9　加密 79
7.9.1　AES 79
7.9.2　加密淨荷數據 80
7.9.3　消息完整性校驗 81
7.10　管理連接 82
7.10.1　連接參數更新 83
7.10.2　自適應跳頻 84
7.10.3　啓動加密 85
7.10.4　重啓加密 87
7.10.5　版本交換 87
7.10.6　功能交換 89
7.10.7　終止連接 90
7.11　魯棒性 90
7.11.1　自適應跳頻 90
7.11.2　強CRC 92
7.12　為低功耗優化 93
7.12.1　短報文 93
7.12.2　高比特率 94
7.12.3　低開銷 95
7.12.4　確認機製 96
7.12.5　單信道連接事件 96
7.12.6　亞速率連接事件 97
7.12.7　離綫加密 98
第8章　主機/控製器接口 99
8.1　介紹 99
8.2　物理接口 99
8.2.1　UART 99
8.2.2　3綫UART 100
8.2.3　USB 101
8.2.4　SDIO 102
8.3　邏輯接口 102
8.3.1　HCI信道 102
8.3.2　命令數據包 102
8.3.3　事件數據包 103
8.3.4　數據包 104
8.3.5　命令流控 105
8.3.6　數據流控 106
8.4　控製器的配置 106
8.4.1　重置控製器為已知狀態 106
8.4.2　讀取設備地址 107
8.4.3　設置事件掩碼 107
8.4.4　讀取緩衝區大小 108
8.4.5　讀取控製器支持的功能 109
8.4.6　讀取控製器支持的狀態 109
8.4.7　隨機數 110
8.4.8　加密數據 110
8.4.9　設置隨機地址 111
8.4.10　白名單 112
8.5　廣播和觀察 112
8.5.1　廣播 112
8.5.2　被動掃描 114
8.5.3　主動掃描 115
8.6　發起連接 116
8.6.1　與白名單設備發起連接 116
8.6.2　與單一設備發起連接 118
8.6.3　取消連接請求 118
8.7　連接管理 119
8.7.1　更新連接 119
8.7.2　更新信道映射圖 120
8.7.3　交換功能列錶 121
8.7.4　交換版本信息 121
8.7.5　加密連接 122
8.7.6　重啓加密 123
8.7.7　終止連接 125
第三部分　主　　機
第9章　邏輯鏈路控製和適配協議 128
9.1　背景 128
9.2　L2CAP信道 130
9.3　L2CAP數據包結構 130
9.4　低功耗信令信道 131
9.4.1　命令拒絕 132
9.4.2　連接參數更新請求和響應 132
第10章　屬性 135
10.1　背景 135
10.1.1　精簡協議 136
10.1.2　無所不在的數據 136
10.1.3　數據與狀態 137
10.1.4　幾種常見的狀態 137
10.1.5　狀態機 138
10.1.6　服務和規範 139
10.2　屬性 142
10.2.1　屬性概述 143
10.2.2　屬性句柄 143
10.2.3　屬性類型 143
10.2.4　屬性值 144
10.2.5　數據庫、服務器和客戶端 145
10.2.6　屬性許可 145
10.2.7　接入屬性 147
10.2.8　原子操作和事務 148
10.3　分組 149
10.4　服務 150
10.4.1　擴展服務 151
10.4.2　其他服務的重用 153
10.4.3　結閤服務 153
10.4.4　首要還是次要 154
10.4.5　即插即用的客戶端應用 156
10.4.6　服務聲明 157
10.4.7　包含服務 158
10.5　特性 159
10.5.1　特性聲明 159
10.5.2　特性數值 161
10.5.3　描述符 161
10.6　屬性協議 164
10.6.1　協議消息 165
10.6.2　交換MTU請求 165
10.6.3　查找信息請求 166
10.6.4　按類型值查找請求 167
10.6.5　按類型讀取請求 168
10.6.6　讀取請求 168
10.6.7　大對象讀取請求 168
10.6.8　多重讀取請求 169
10.6.9　按組類型讀取請求 169
10.6.10　寫入請求 169
10.6.11　寫入命令 169
10.6.12　簽名寫入命令 169
10.6.13　準備寫入請求與執行寫入請求 170
10.6.14　句柄值通知 171
10.6.15　句柄值指示 171
10.6.16　錯誤響應 171
10.7　通用屬性規範 173
10.7.1　發現規程 174
10.7.2　發現服務 174
10.7.3　特性發現 175
10.7.4　客戶端發起規程 176
10.7.5　服務器發起規程 178
10.7.6　屬性協議數據單元（ATT PDU）到GATT規程的映射 178
第11章　安全 180
11.1　安全概念 180
11.1.1　認證 180
11.1.2　授權 181
11.1.3　完整性 181
11.1.4　機密性 182
11.1.5　隱私 182
11.1.6　加密引擎 182
11.1.7　共享機密 182
11.2　配對和綁定 185
11.2.1　配對 185
11.2.2　配對信息交換 185
11.2.3　認證 186
11.2.4　密鑰分配 187
11.2.5　綁定 188
11.3　數據簽名 188
第12章　通用訪問規範 189
12.1　背景 189
12.1.1　初次發現 190
12.1.2　建立初始連接 191
12.1.3　服務特性 191
12.1.4　長期關係 192
12.1.5　重連 192
12.1.6　私有地址 193
12.2　GAP角色 193
12.3　模式和規程 194
12.3.1　廣播模式和觀察規程 195
12.3.2　可發現性 195
12.3.3　可連接性 197
12.3.4　綁定 199
12.4　安全模式 200
12.5　廣播數據 201
12.5.1　標識 202
12.5.2　服務 202
12.5.3　本地名稱 203
12.5.4　發射功率等級 203
12.5.5　從設備連接間隔範圍 203
12.5.6　服務請求 203
12.5.7　服務數據 203
12.5.8　製造商指定數據 203
12.6　GAP服務 204
12.6.1　設備名特性 204
12.6.2　外觀特性 204
12.6.3　外圍設備隱私標識 204
12.6.4　重連地址 205
12.6.5　外圍設備首選連接參數 205
第四部分　應　　用
第13章　中央設備 208
13.1　背景 208
13.2　發現設備 208
13.3　連接設備 209
13.4　這個設備能做什麼 210
13.5　通用客戶端 211
13.6　與服務交互 211
13.6.1　可讀特性 212
13.6.2　控製點 212
13.6.3　狀態機 213
13.6.4　通知和指示 214
13.7　綁定 214
13.8　變更服務 215
13.9　實現規範 216
13.9.1　定義規範 216
13.9.2　查找服務 217
13.9.3　查找特性 217
13.9.4　使用特性 217
13.9.5　規範安全 217
第14章　外圍設備 219
14.1　背景 219
14.2　僅廣播 219
14.3　可發現 220
14.4　可連接 220
14.5　公開服務 221
14.6　特性 221
14.7　安全事項 222
14.8　為低功耗優化 222
14.8.1　可發現廣播 224
14.8.2　綁定 224
14.8.3　可連接廣播 224
14.8.4　定嚮廣播 225
14.8.5　已連接 225
14.8.6　保持連接還是斷開 226
14.9　優化屬性 227
第15章　測試和質量鑒定 229
15.1　啓動項目 229
15.2　選擇功能 231
15.3　一緻性檢查 232
15.4　生成測試計劃 232
15.5　建立閤規文件夾 232
15.6　鑒定測試 233
15.7　鑒定設計 234
15.8　閤規聲明 234
15.9　産品名錄 234
15.10　結閤組件 235

精彩書摘

第一部分
綜　　述
第1章　介紹低功耗藍牙技術及其設計目標。
第2章　討論低功耗藍牙體係結構的設計基礎。
第3章　介紹低功耗的主要係統架構，包括控製器、主機及其之上的應用層。
第4章　描述低功耗技術使能新的使用模型。

第1章
什麼是低功耗藍牙技術
如果我能看得更遠的話，那是因為我站在巨人的肩膀上。
—艾薩剋·牛頓（Isaac Newton）

低功耗藍牙是一種全新的技術，是當前可以用來設計和使用的功耗最低的無綫技術。作為經典藍牙的擴展，低功耗藍牙沿用瞭藍牙商標，並且藉鑒瞭很多父輩的技術，然而，由於針對的設計目標和市場領域均與經典藍牙有所不同，低功耗藍牙應被視為一種不同的技術。
經典藍牙的設計目的在於統一全球各地的計算和通信設備，讓手機與筆記本電腦互相連接。不過事實證明，藍牙最為廣泛的應用還是音頻傳輸，比如將音頻從手機傳到藍牙耳機。隨著技術的成熟，越來越多的藍牙應用進入人們的視綫，包括立體聲音頻流、汽車從手機下載電子書、無綫打印和文件傳輸。由於每一個新的應用都要求更多帶寬，因此，隨著時間的推移，越來越快的無綫電技術不斷地加入藍牙係統中。1.0版藍牙為基本碼率（Basic Rate，BR），最大物理層數據速率為1 Mbps（兆比特每秒）；2.0版本為增強碼率（Enhanced Data Rate，EDR），其物理層數據傳輸率增至3Mbps；3.0版本引入Alternative MAC PHY （AMP，交替射頻技術），利用IEEE 802.11實現瞭高達數百Mbps的物理層數據速率。
低功耗藍牙選擇瞭完全不同的方嚮：並非隻是增加可達的數據傳輸速率，而是從盡可能降低功耗方麵進行優化。這意味著，也許你無法獲得很高的傳輸速率，但是可以將連接保持數小時或數天的時間。這一選擇非常有趣，顯然，大部分有綫和無綫通信技術還在馬不停蹄地提升速率，如錶1-1所示。
對於那些由紐扣電池供電的設備，經典藍牙並不能真正達到它們的低功耗要求。理解瞭這一點，就不難明白選擇新方嚮的原因。然而，在充分考慮低功耗的相關要求時，還有一點必須考慮到，即低功耗藍牙應被設計成滿足極大規模部署的要求，以便用於迄今尚未裝備無綫技術的裝置。要實現極大的規模，就必須要有極低的成本。就好像射頻識彆（Radio Frequency Identification，RFID）通過一個價格較高的掃描裝置獲得能量，然而其標簽本身的成本極低，從而獲得瞭大量的部署。
錶1-1　始終增長的速率
調製解調器 以太網 Wi-Fi 藍牙
V.21 0.3kbps 802.3i 10Mbps 802.11 2Mbps V1.1 1Mbps
V.22 1.2kbps 802.3u 100Mbps 802.11b 11Mbps V2.0 3Mbps
V.32 9.6kbps 802.3ab 1000Mbps 802.11g 54Mbps V3.0 54Mbps
V.34 28.8kbps 802.3an 10 000Mbps 802.11n 135Mbps V4.0 0.3Mbps

因此，從低成本的需求方麵審視低功耗藍牙的係統設計尤為重要。實現低成本的設計有三個關鍵因素：
1. ISM頻段
無論從設計的角度還是從使用的角度齣發，2.4GHz ISM頻段對無綫技術而言都是個糟糕的頻段。該頻段無綫電傳播特性差，能量極容易被各類物體吸收，尤其是水，而人體主要是由水構成的。盡管有許多顯著的不利因素，但不可否認，該無綫電頻譜的優勢是在全世界可以免許可、自由地使用。當然，“免交租金”的標誌意味著其他技術一樣能夠使用該頻段，包括絕大部分的Wi-Fi信號。不過，免許可並非等同於毫無約束，使用該頻段仍然要遵守相當多的規則，主要是限製設備的輸齣能量和範圍。當然，與許可頻譜的高昂費用相比，這些限製就 低功耗藍牙開發權威指南 [Bluetooth Low Energy: The Developer's Handbook] 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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