1、蓝牙无线技术简介

近年来，无线网络得到了快速的发展，在此过程中也出现了各种无线网络数据传输标准，诸如WiFi、Wireless USB、ZigBee，不同的协议标准对应不同的应用领域，例如，WiFi主要用于大量数据的传输；Wireless USB主要用于视频数据的传输；ZigBee主要用于短距离无线网络控制系统，传输少量控制信息等。

蓝牙无线技术是使用范围最广泛的全球短距离无线标准之一，蓝牙技术联盟（SIG）于2010年7月发布了蓝牙4.0版本核心规范，以低功耗（BLE）作为新版本的主要技术特点，蓝牙迈入4.0时代。该技术最大特点是拥有超低的运行功耗和待机功耗，蓝牙低功耗设备使用一粒纽扣电池甚至可以连续工作数年之久；蓝牙4.0技术同时还拥有低成本、向下兼容、跨厂商互操作性强等特点。随着iPhone 4S的发布，世界上首款支持蓝牙4.0标准的手机面世。各大厂商紧跟潮流，纷纷推出支持蓝牙4.0的智能设备。TI公司已经推出了完全兼容蓝牙4.0 BLE协议的SoC芯片CC2540，同时也开发出了相应的软件协议栈，开发者可以使用上述硬件和软件资源，搭建自己的应用开发平台。

全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术，即传统蓝牙、高速蓝牙和低功耗蓝牙技术，将三种规范合而为一。它继承了蓝牙技术在无线连接上的固有优势，同时增加了高速蓝牙和低功耗蓝牙的特点。这三个规格可以组合或者单独使用。

2、无线网络数据传输协议对比

传统蓝牙、ZigBee以及IEEE 802.11b标准都是工作在2.4GHz频段的无线通信标准，下面将传统蓝牙与ZigBee、IEEE 802.11b标准进行简要的比较

• 传统蓝牙数据传输速率小于3Mbps，典型数据传输距离为2～10ｍ，典型应用是在两台蓝牙设备之间进行小量数据的传输。
• IEEE 802.11b最高数据传输速率可达11Mbps，典型数据传输距离在30～100ｍ，IEEE 802.11b技术提供了一种Internet的无线接入技术，如很多笔记本电脑可以使用自带的WiFi功能实现上网。
• ZigBee协议可以理解为一种短距离无线传感器网络与控制协议，传输速率低，主要用于传输控制信息，数据量相对来说比较小，适用于电池供电的系统。此外，相对于上述两种标准，ZigBee协议实现成本较低。
• 传统蓝牙、ZigBee以及IEEE 802.11b标准对比情况如下表：

3、短距离无线网络的分类

短距离无线网络主要分为两类：

• 无线局域网（WLANs，Wireless Local Area Networks），无线局域网是有线局域网（LANs，Wired Local Area Networks）的扩展，一个无线局域网设备可以很容易地接入到有线局域网。
• 无线个域网（WPANs，Wireless Personal Area Networks），无线个域网是为了在POS（Personal Operating Space）范围内提供一种高效、节能的无线通信方法，其中POS是指以无线设备为中心半径10m（33ft）内的球形区域。按照数据传输速率的不同，无线个域网又分为三种：
  • HR-WPLANS——High-Rate WPLANS；
  • MR-WPLANS——Medium-Rate WPLANS；
  • LR-WPLANS——Low-Rate WPLANS。

4、蓝牙4.0 BLE的特点

4.1、高可靠性

对于无线通信而言，由于电磁波在传输过程中容易受很多因素的干扰，例如，障碍物的阻挡、天气状况等，因此，无线通信系统在数据传输过程中，具有内在的不可靠性。蓝牙技术联盟(SIG)在制定蓝牙4.0规范时已经考虑到了这种数据传输过程中的内在的不确定性，在射频、基带协议、链路管理协议（LMP）中采用可靠性措施，包括：差错检测和校正、进行数据编解码、差错控制、数据加噪等，极大地提高了蓝牙无线数据传输的可靠性。另外，使用自适应跳频技术，最大程度地减少和其他2.4GHz ISM频段无线电波的串扰。

4.2、低成本、低功耗

低功耗蓝牙支持两种部署方式：双模式和单模式。双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级链接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作。蓝牙4.0 BLE技术可以应用于8-bit MCU，目前TI公司推出的兼容蓝牙4.0 BLE协议的SoC芯片CC2540，外接PCB天线和几个阻容器件构成的滤波电路即可实现蓝牙网络节点的构建。低功耗设计：蓝牙4.0版本强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能，功耗较传统蓝牙降低了百分之九十。

4.3、快速启动，瞬间连接

此前蓝牙版本为人诟病的地方就在于启动速度方面，蓝牙2.1版本的启动连接需要6s时间，而蓝牙4.0版本仅仅需要3ms即可完成，几乎是瞬间连接。

4.4、传输距离极大提高

传统蓝牙传输距离为2～10m，而蓝牙4.0的有效传输距离可达到60～100m，传输距离提升了十倍，极大开拓了蓝牙技术的应用前景。

4.5、高安全性

为了保证数据传输的安全性，使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证，对于初学阶段，安全性问题可以暂不考虑。