背景
在学校内就用过蓝牙技术参加过比赛（并拿了奖）；而蓝牙作为物联网中比较常见的协议，有必要进行深入的学习。
介绍
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 数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。随着蓝牙耳机、蓝牙鼠标、蓝牙音箱等蓝牙设备渐渐充斥着我们的生活，蓝牙早已不单纯是数据线的替代方案。
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。
简单地说，蓝牙是一种短程宽带无线电技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。
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"的协议。一个主设备至多可和同一网域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。
Bluetooth的主要技术特点：
（1）、工作频段 ：2.4GHz的工科医（ISM）频段，无需申请许可证。大多数国家使用79个频点，载频为(2402+k)MHz（k=0，1, 2…78），载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。
（2）、传输速率：1Mb/s（V2.0以上版本）
（3）、调试方式：BT=0.5的GFSK调制，调制指数为0.28-0.35。
（4）、采用跳频技术：跳频速率为1600跳/秒，在建链时（包括寻呼和查询）提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性。
（5）、语音调制方式：连续可变斜率增量调制（CVSD，ContinuousVariable Slope Delta Modulation），抗衰落性强，即使误码率达到4%，话音质量也可接受。
（6）、支持电路交换和分组交换业务：蓝牙支持实时的同步定向联接（SCO链路）和非实时的异步不定向联接（ACL链路），前者主要传送语音等实时性强的信息，后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道，或三个并发的同步话音通道，或同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称全双工通信。
（7）、支持点对点及点对多点通信：蓝牙设备按特定方式可组成两种网络：微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet)，其中微微网的建立由两台设备的连接开始，最多可由八台设备组成。在一个微微网中，只有一台为主设备（Master），其它均为从设备（Slave），不同的主从设备对可以采用不同的链接方式，在一次通信中，链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念。
（8）、工作距离：蓝牙设备分为三个功率等级，分别是：100mW（20dBm）、2.5mW（4dBm）和1mW（0dBm），相应的有效工作范围为：100米、10米和1米。
蓝牙版本信息
蓝牙的主要版本：1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、5.0。
1.1版本
传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。
1.2版本
同样是只有748~810kb/s 的传输率，但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。
2.0+EDR版本
是1.2的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，开始支持双工模式——即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。
应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth 2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。
2.1版本
更佳的省电效果：蓝牙2.1版加入了SniffSubrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。
3.0+HS版本
2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 )，蓝牙3.0的核心是"GenericAlternate MAC/PHY"(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应用。
4.0 版本
蓝牙4.0包括2个版本，再细分的话是3个子规范，即经典蓝牙（BT、其中包括传统蓝牙技术v1.x v2.0、高速蓝牙v3.0）和新的蓝牙低功耗技术（BLE, Bluetooth Low Energy Module）。
低功耗蓝牙是建立在传统蓝牙基础之上继而发展的。蓝牙低功耗技术采用可变连接时间间隔，这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。另外，因为BLE技术采用非常快速的连接方式，因此可以处于“非连接”状态（节省能源），此时链路两端相互间仅能知晓对方，必要时可以才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路。
蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面：电池续航时间、节能和设备种类上。
拥有低成本，跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺)，而蓝牙4.0的有效传输距离最高可达到100米(约328英尺)。
整理这段。
- 蓝牙技术联盟于2010年6月30日正式推出蓝牙核心规格4.0(称为Bluetooth Smart)。它包括
1) 经典蓝牙: 经典蓝牙包括旧有蓝牙协议
2) 高速蓝牙: 高速蓝牙基于Wi-Fi
3) 蓝牙低功耗协议: 蓝牙低功耗，也就是早前的Wibree，是蓝牙4.0版本的一个子集，它有着全新的协议栈，可快速建立简单的链接。作为蓝牙1.0 – 3.0版本中蓝牙标准协议的替代方案，它主要面向对功耗需求极低、用纽扣电池供电的应用。芯片设计可有两种：双模、单模和增强的早期版本。早期的Wibree和蓝牙ULP(超低功耗)的名称被废除，取而代之的是后来用于一时的BLE - 单模情况下，只能执行低功耗的协议栈。意法半导体、笙科电子、CSR、北欧半导体和德州仪器已经发布了单模蓝牙低功耗解决方案。单模芯片的成本降低，使设备的高度整合和兼容成为可能。它的特点之一是轻量级的链路层，可提供低功耗闲置模式操作、简易的设备发现、和可靠地点对多数据传输，并拥有成本极低的高级节能和安全加密连接
- 双模情况下，Bluetooth Smart功能整合入既有的经典蓝牙控制器。截至2011年3月，高通创锐讯、CSR、博通和德州仪器已宣布发表符合此标准的芯片。适用的架构共享所有经典蓝牙既有的射频和功能，相比经典蓝牙的价格上浮也几乎可以忽略不计
- 4.0版本的一般性改进包括推进蓝牙低功耗模式所必需的改进、以及通用属性配置文件(GATT)和AES加密的安全管理器(SM)服务
5.0版本
蓝牙5.0针对低功耗设备，有着更广的覆盖范围和相较四倍的速度提升。蓝牙5.0会加入室内定位辅助功能，结合Wi-Fi可以实现精度小于1米的室内定位。
低功耗模式传输速度上限为2Mbps,是之前4.2LE版本的两倍。有效工作距离可达300米，是之前4.2LE版本的4倍。添加导航功能，可以实现1米的室内定位。
为应对移动客户端需求，其功耗更低，且兼容老的版本。
蓝牙 系统 构成
1、Radio ： 无线射频单元：
负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。
2、LinkController ：基带或链路控制单元：
进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。
3、LinkManager：链路管理单元：
负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。
4、蓝牙软件协议实现：
Host部分，不同的主机可以移植不同的协议栈。一般蓝牙芯片通过UART、USB、SDIO、I2S、PcCard和主控芯片通信。
蓝牙协议规范
按照蓝牙协议的逻辑功能，协议堆栈分为3个部分:应用协议、中介协议、传输协议。
传输协议
负责蓝牙设备间，互相确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理链路；
- 底层传输协议：蓝牙射频（Radio）部分、基带链路管理控制器（Baseband&Link Controller）、链路管理协议（Link ManagerProtocol LMP）。负责语言、数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备间的联网组网。
- 高层传输协议：逻辑链路控制与适配器（LogicalLink Control and Adaptation Protocol）L2CAP 、主机控制接口（HostControl Interface，HCI）。为高层应用屏蔽了跳频序列选择等底层传输操作，为高层程序提供有效、有利于实现数据分组格式。
中介协议
为高层应用协议或者程序，在蓝牙逻辑链路上工作提供必要的支持，为应用提供不同标准接口。
- 串口仿真协议：RFCOMM、服务发现协议：SDP、互操作协议IrDA、网络访问协议：PPP、IP、TCP、UDP、电话控制协议：TCS、AT指令集。
应用协议
蓝牙协议栈之上的应用软件和所涉及到的协议，如：拨号上网、语言功能的应用程序。
蓝牙的应用框架如下：
- 通用应用类框架：查询、建立连接服务等；
- 蓝牙电话应用类框架：电话控制、语言；
- 蓝牙连网应用类框架：网络应用相关；
- 对象交互服务类框架：IrDA、OBEX；
- 蓝牙音视频控制类框架。