低功耗蓝牙开发权威指南 [Bluetooth Low Energy: The Developer's Handbook] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

编辑推荐

首本系统讲解蓝牙4.0的原理、体系结构、硬件设计以及应用等的书籍。
　　 作者系蓝牙4.0标准参与制定者、架构师，性毋庸置疑。
　　 本是学习蓝牙4.0标准不可或缺的参考手册。

内容简介

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）与传统蓝牙技术有着本质的不同，它为医疗、运输等领域的无线应用带来了突破。只需一枚硬币大小的电池，低功耗蓝牙便可以连接并扩展各类个人局域网（Personal Area Network，PAN）设备和新一代传感器，令其可靠地运行若干年。如今，该标准的主要制定者之一为每位系统开发者、设计师和工程师撰写了本全面、易懂的低功耗蓝牙著作。

作者简介

Robin Heydon ，毕业于英国曼彻斯特大学计算机科学专业，是CSR公司负责蓝牙技术标准化的标准架构师，也是制定低功耗蓝牙技术标准的超低功耗工作组的联合主席。自2007年起推动低功耗蓝牙技术标准的制定工作，因其贡献卓著，2010年他入选了蓝牙技术联盟名人堂。

陈灿峰，博士毕业于北京邮电大学，2005年起分别任诺基亚（中国）研究院博士后研究员、高级研究员和主任研究员，2011年起负责诺基亚物联网与软件无线电原型系统组的工作，诺基亚并入微软后担任微软设备部门移动设备产品创新组传感器技术首席专家。目前兼任中国电子学会物联网专家委员会副秘书长，中国可穿戴计算产业推进联盟委员。先后参与国家自然科学基金项目3项、863项目2项。在无线通信和移动计算领域先后编著和参与编著6本专著，提交国内外专利申请30余项（2项已授权）。目前的主要研究方向为低功耗蓝牙技术，室内外定位技术，智能家居与可穿戴设备等。

刘　嘉，
工学博士。2011年毕业于清华大学计算机网络专业，同年进入诺基亚（中国）研究院开展博士后研究，现为北京智谷公司创新研究员，长期从事无线网络系统设计和性能优化工作，发表论文近20篇，拥有国内外专利和申请50余项。闲暇之余喜欢摄影、文学和Hi-Fi音响。

目录

译者序
前言
第一部分　综　　述
第1章　什么是低功耗蓝牙技术 2
1.1　设备类型 4
1.2　设计目标 5
1.3　术语 6
第2章　基本概念 8
2.1　纽扣电池 8
2.2　时间即能量 9
2.3　昂贵的内存 10
2.4　非对称设计 10
2.5　为成功而设计 11
2.6　凡事皆有状态 12
2.7　客户端–服务器架构 12
2.8　模块化架构 13
2.9　十亿只是个小数目 14
2.10　无连接模型 14
2.11　范式 14
2.11.1　客户端–服务器架构 14
2.11.2　面向服务的架构 15
第3章　低功耗蓝牙的体系结构 19
3.1　控制器 20
3.1.1　物理层 20
3.1.2　直接测试模式 20
3.1.3　链路层 21
3.1.4　主机/控制器接口 22
3.2　主机 22
3.2.1　逻辑链路控制和适配协议 22
3.2.2　安全管理器协议 23
3.2.3　属性协议 23
3.2.4　通用属性规范 24
3.2.5　通用访问规范 25
3.3　应用层 25
3.3.1　特性 26
3.3.2　服务 26
3.3.3　规范 26
3.4　协议栈划分 27
3.4.1　单芯片解决方案 27
3.4.2　双芯片解决方案 28
3.4.3　三芯片解决方案 28
第4章　新的使用模型 30
4.1　存在检测 30
4.2　广播数据 31
4.3　无连接模式 31
4.4　网关 32
第二部分　控　制　器
第5章　物理层 36
5.1　背景 36
5.2　模拟调制 36
5.3　数字调制 38
5.4　频段 39
5.5　调制 40
5.6　射频信道 41
5.7　发射功率 41
5.8　容限 42
5.9　接收机灵敏度 42
5.10　通信距离 42
第6章　直接测试模式 45
6.1　背景 45
6.2　收发机测试 46
6.2.1　测试报文格式 46
6.2.2　发射机测试 47
6.2.3　接收机测试 47
6.3　硬件接口 48
6.3.1　串口 48
6.3.2　命令与事件 48
6.4　使用HCI的直接测试模式 50
第7章　链路层 51
7.1　链路层状态机 51
7.1.1　就绪态 52
7.1.2　广播态 53
7.1.3　扫描态 53
7.1.4　发起态 54
7.1.5　连接态 55
7.1.6　多状态机 55
7.2　报文 57
7.2.1　广播与数据报文 57
7.2.2　白化 57
7.3　报文结构 59
7.3.1　比特序与字节 60
7.3.2　前导 60
7.3.3　接入地址 60
7.3.4　报头 61
7.3.5　长度 61
7.3.6　净荷 63
7.3.7　循环冗余校验 63
7.4　信道 63
7.4.1　跳频 66
7.4.2　自适应跳频 66
7.5　设备发现 68
7.5.1　通用广播 69
7.5.2　定向广播 69
7.5.3　不可连接广播 70
7.5.4　可发现广播 70
7.6　广播 70
7.7　建立连接 71
7.7.1　接入地址 72
7.7.2　CRC初始化 72
7.7.3　发送窗口 72
7.7.4　连接事件 73
7.7.5　信道图 74
7.7.6　睡眠时钟精度 74
7.8　发送数据 74
7.8.1　数据报头 75
7.8.2　逻辑链路标识符 75
7.8.3　序列号 76
7.8.4　确认 76
7.8.5　更多数据 77
7.8.6　使用序列号和更多数据的例子 77
7.9　加密 79
7.9.1　AES 79
7.9.2　加密净荷数据 80
7.9.3　消息完整性校验 81
7.10　管理连接 82
7.10.1　连接参数更新 83
7.10.2　自适应跳频 84
7.10.3　启动加密 85
7.10.4　重启加密 87
7.10.5　版本交换 87
7.10.6　功能交换 89
7.10.7　终止连接 90
7.11　鲁棒性 90
7.11.1　自适应跳频 90
7.11.2　强CRC 92
7.12　为低功耗优化 93
7.12.1　短报文 93
7.12.2　高比特率 94
7.12.3　低开销 95
7.12.4　确认机制 96
7.12.5　单信道连接事件 96
7.12.6　亚速率连接事件 97
7.12.7　离线加密 98
第8章　主机/控制器接口 99
8.1　介绍 99
8.2　物理接口 99
8.2.1　UART 99
8.2.2　3线UART 100
8.2.3　USB 101
8.2.4　SDIO 102
8.3　逻辑接口 102
8.3.1　HCI信道 102
8.3.2　命令数据包 102
8.3.3　事件数据包 103
8.3.4　数据包 104
8.3.5　命令流控 105
8.3.6　数据流控 106
8.4　控制器的配置 106
8.4.1　重置控制器为已知状态 106
8.4.2　读取设备地址 107
8.4.3　设置事件掩码 107
8.4.4　读取缓冲区大小 108
8.4.5　读取控制器支持的功能 109
8.4.6　读取控制器支持的状态 109
8.4.7　随机数 110
8.4.8　加密数据 110
8.4.9　设置随机地址 111
8.4.10　白名单 112
8.5　广播和观察 112
8.5.1　广播 112
8.5.2　被动扫描 114
8.5.3　主动扫描 115
8.6　发起连接 116
8.6.1　与白名单设备发起连接 116
8.6.2　与单一设备发起连接 118
8.6.3　取消连接请求 118
8.7　连接管理 119
8.7.1　更新连接 119
8.7.2　更新信道映射图 120
8.7.3　交换功能列表 121
8.7.4　交换版本信息 121
8.7.5　加密连接 122
8.7.6　重启加密 123
8.7.7　终止连接 125
第三部分　主　　机
第9章　逻辑链路控制和适配协议 128
9.1　背景 128
9.2　L2CAP信道 130
9.3　L2CAP数据包结构 130
9.4　低功耗信令信道 131
9.4.1　命令拒绝 132
9.4.2　连接参数更新请求和响应 132
第10章　属性 135
10.1　背景 135
10.1.1　精简协议 136
10.1.2　无所不在的数据 136
10.1.3　数据与状态 137
10.1.4　几种常见的状态 137
10.1.5　状态机 138
10.1.6　服务和规范 139
10.2　属性 142
10.2.1　属性概述 143
10.2.2　属性句柄 143
10.2.3　属性类型 143
10.2.4　属性值 144
10.2.5　数据库、服务器和客户端 145
10.2.6　属性许可 145
10.2.7　接入属性 147
10.2.8　原子操作和事务 148
10.3　分组 149
10.4　服务 150
10.4.1　扩展服务 151
10.4.2　其他服务的重用 153
10.4.3　结合服务 153
10.4.4　首要还是次要 154
10.4.5　即插即用的客户端应用 156
10.4.6　服务声明 157
10.4.7　包含服务 158
10.5　特性 159
10.5.1　特性声明 159
10.5.2　特性数值 161
10.5.3　描述符 161
10.6　属性协议 164
10.6.1　协议消息 165
10.6.2　交换MTU请求 165
10.6.3　查找信息请求 166
10.6.4　按类型值查找请求 167
10.6.5　按类型读取请求 168
10.6.6　读取请求 168
10.6.7　大对象读取请求 168
10.6.8　多重读取请求 169
10.6.9　按组类型读取请求 169
10.6.10　写入请求 169
10.6.11　写入命令 169
10.6.12　签名写入命令 169
10.6.13　准备写入请求与执行写入请求 170
10.6.14　句柄值通知 171
10.6.15　句柄值指示 171
10.6.16　错误响应 171
10.7　通用属性规范 173
10.7.1　发现规程 174
10.7.2　发现服务 174
10.7.3　特性发现 175
10.7.4　客户端发起规程 176
10.7.5　服务器发起规程 178
10.7.6　属性协议数据单元（ATT PDU）到GATT规程的映射 178
第11章　安全 180
11.1　安全概念 180
11.1.1　认证 180
11.1.2　授权 181
11.1.3　完整性 181
11.1.4　机密性 182
11.1.5　隐私 182
11.1.6　加密引擎 182
11.1.7　共享机密 182
11.2　配对和绑定 185
11.2.1　配对 185
11.2.2　配对信息交换 185
11.2.3　认证 186
11.2.4　密钥分配 187
11.2.5　绑定 188
11.3　数据签名 188
第12章　通用访问规范 189
12.1　背景 189
12.1.1　初次发现 190
12.1.2　建立初始连接 191
12.1.3　服务特性 191
12.1.4　长期关系 192
12.1.5　重连 192
12.1.6　私有地址 193
12.2　GAP角色 193
12.3　模式和规程 194
12.3.1　广播模式和观察规程 195
12.3.2　可发现性 195
12.3.3　可连接性 197
12.3.4　绑定 199
12.4　安全模式 200
12.5　广播数据 201
12.5.1　标识 202
12.5.2　服务 202
12.5.3　本地名称 203
12.5.4　发射功率等级 203
12.5.5　从设备连接间隔范围 203
12.5.6　服务请求 203
12.5.7　服务数据 203
12.5.8　制造商指定数据 203
12.6　GAP服务 204
12.6.1　设备名特性 204
12.6.2　外观特性 204
12.6.3　外围设备隐私标识 204
12.6.4　重连地址 205
12.6.5　外围设备首选连接参数 205
第四部分　应　　用
第13章　中央设备 208
13.1　背景 208
13.2　发现设备 208
13.3　连接设备 209
13.4　这个设备能做什么 210
13.5　通用客户端 211
13.6　与服务交互 211
13.6.1　可读特性 212
13.6.2　控制点 212
13.6.3　状态机 213
13.6.4　通知和指示 214
13.7　绑定 214
13.8　变更服务 215
13.9　实现规范 216
13.9.1　定义规范 216
13.9.2　查找服务 217
13.9.3　查找特性 217
13.9.4　使用特性 217
13.9.5　规范安全 217
第14章　外围设备 219
14.1　背景 219
14.2　仅广播 219
14.3　可发现 220
14.4　可连接 220
14.5　公开服务 221
14.6　特性 221
14.7　安全事项 222
14.8　为低功耗优化 222
14.8.1　可发现广播 224
14.8.2　绑定 224
14.8.3　可连接广播 224
14.8.4　定向广播 225
14.8.5　已连接 225
14.8.6　保持连接还是断开 226
14.9　优化属性 227
第15章　测试和质量鉴定 229
15.1　启动项目 229
15.2　选择功能 231
15.3　一致性检查 232
15.4　生成测试计划 232
15.5　建立合规文件夹 232
15.6　鉴定测试 233
15.7　鉴定设计 234
15.8　合规声明 234
15.9　产品名录 234
15.10　结合组件 235

精彩书摘

第一部分
综　　述
第1章　介绍低功耗蓝牙技术及其设计目标。
第2章　讨论低功耗蓝牙体系结构的设计基础。
第3章　介绍低功耗的主要系统架构，包括控制器、主机及其之上的应用层。
第4章　描述低功耗技术使能新的使用模型。

第1章
什么是低功耗蓝牙技术
如果我能看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上。
—艾萨克·牛顿（Isaac Newton）

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。作为经典蓝牙的扩展，低功耗蓝牙沿用了蓝牙商标，并且借鉴了很多父辈的技术，然而，由于针对的设计目标和市场领域均与经典蓝牙有所不同，低功耗蓝牙应被视为一种不同的技术。
经典蓝牙的设计目的在于统一全球各地的计算和通信设备，让手机与笔记本电脑互相连接。不过事实证明，蓝牙最为广泛的应用还是音频传输，比如将音频从手机传到蓝牙耳机。随着技术的成熟，越来越多的蓝牙应用进入人们的视线，包括立体声音频流、汽车从手机下载电子书、无线打印和文件传输。由于每一个新的应用都要求更多带宽，因此，随着时间的推移，越来越快的无线电技术不断地加入蓝牙系统中。1.0版蓝牙为基本码率（Basic Rate，BR），最大物理层数据速率为1 Mbps（兆比特每秒）；2.0版本为增强码率（Enhanced Data Rate，EDR），其物理层数据传输率增至3Mbps；3.0版本引入Alternative MAC PHY （AMP，交替射频技术），利用IEEE 802.11实现了高达数百Mbps的物理层数据速率。
低功耗蓝牙选择了完全不同的方向：并非只是增加可达的数据传输速率，而是从尽可能降低功耗方面进行优化。这意味着，也许你无法获得很高的传输速率，但是可以将连接保持数小时或数天的时间。这一选择非常有趣，显然，大部分有线和无线通信技术还在马不停蹄地提升速率，如表1-1所示。
对于那些由纽扣电池供电的设备，经典蓝牙并不能真正达到它们的低功耗要求。理解了这一点，就不难明白选择新方向的原因。然而，在充分考虑低功耗的相关要求时，还有一点必须考虑到，即低功耗蓝牙应被设计成满足极大规模部署的要求，以便用于迄今尚未装备无线技术的装置。要实现极大的规模，就必须要有极低的成本。就好像射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）通过一个价格较高的扫描装置获得能量，然而其标签本身的成本极低，从而获得了大量的部署。
表1-1　始终增长的速率
调制解调器 以太网 Wi-Fi 蓝牙
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，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：
1. ISM频段
无论从设计的角度还是从使用的角度出发，2.4GHz ISM频段对无线技术而言都是个糟糕的频段。该频段无线电传播特性差，能量极容易被各类物体吸收，尤其是水，而人体主要是由水构成的。尽管有许多显著的不利因素，但不可否认，该无线电频谱的优势是在全世界可以免许可、自由地使用。当然，“免交租金”的标志意味着其他技术一样能够使用该频段，包括绝大部分的Wi-Fi信号。不过，免许可并非等同于毫无约束，使用该频段仍然要遵守相当多的规则，主要是限制设备的输出能量和范围。当然，与许可频谱的高昂费用相比，这些限制就 低功耗蓝牙开发权威指南 [Bluetooth Low Energy: The Developer's Handbook] 下载 mobi epub pdf txt 电子书 格式

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