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金纯等著 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118066784

商品编码：29595680195

包装：平装

出版时间：2010-05-01

基本信息

书名：超低功耗(ULP)蓝牙技术规范解析

定价：25.00元

作者：金纯等著

出版社：国防工业出版社

出版日期：2010-05-01

ISBN：9787118066784

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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相关图书推荐：《超低功耗（ULP）蓝牙技术规范解析》《阵列信号处理的理论和应用（第二版）》《GPS接收机硬件实现方法》

内容提要

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本书对超低功耗蓝牙技术原理，重点是其协议体系结构，进行了全面和详细的阐述，具体包括物理层协议、链路层协议、主控制器接口、主机规范以及安全服务规范等内容，并对其应用前景做了具体的分析。本书共分为八章。章为短距离无线通信网络简介，介绍了常见的几种短距离无线通信技术，并对它们的性能进行了比较。第二章对超低功耗（ULP）蓝牙技术的体系结构进行了概述。第三章介绍了超低功耗（ULP）蓝牙技术物理层规范及功能。第四章介绍了ULP蓝牙链路层规范。第五章对ULP蓝牙主机控制接口层规范及其功能进行了介绍。第六章介绍了ULP蓝牙主机规范。第七章介绍了ULP蓝牙的安全规范。第八章在ULP蓝牙发展现状的基础上对其应用前景进行了展望。

目录

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章　短距离无线通信技术简介
1.1　无线通信网络概述
1.1.1 无线通信网络的特点
1.1.2　无线通信网络的种类
1.2　短距离无线通信网络的发展
1.3　典型的短距离无线通信网络技术
1.3.1　蓝牙
1.3.2　ZigBee
1.3.3 Wi—Fi
1.3.4　IrDA技术
1.3.5 NFC
1.3.6 UWB
1.4　短距离无线通信网络的应用
第2章　ULP蓝牙系统体系结构概述
2.1　引言
2.2　ULP蓝牙技术的价值
2.3　ULP蓝牙技术及其前景
2.4　体系结构
2.5　拓扑结构
2.6　工作状态和工作角色
2.7　设备分类
第3章物理层规范
3.1　频带和信道分配
3.2　发射机特性
　　3.2.1　输出功率水平
3.2.2　调制特性
3.2.3　寄生辐射
3.2.4　射频容限
3.3　接收机特性
3.3.1 实际的灵敏度水平
3.3.2　干扰性能
3.3.3 带外阻塞
3.3.4　互调特性
3.3.5　大有效电平
3.3.6　参考信号定义
第4章　链路层规范
4.1　空中接口协议
4.1.1　ULP蓝牙的地址
4.1.2 多址方案
4.1.3　帧间距
4.1.4　设备发现
4.1.5　链路层的连接配置
4.1.6　链路层连接过程
4.1.7　确认方案
4.1.8　定时要求
4.2　空中接口包的格式
4.2.1　位顺序
4.2.2　广播信道PDU
4.2.3　数据信道PDU一
4.3　比特流的处理
4.3.1 CRC多项式
4.3.2　数据白化
　　……
第5章　主机接口规范
第6章　主机规范
第7章　安全服务规范
第8章　ULP蓝牙应用前景
附录
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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超低功耗（ULP）蓝牙技术规范解析：探索无线连接的新纪元 在这瞬息万变的物联网（IoT）时代，无线通信技术扮演着至关重要的角色。其中，蓝牙技术以其广泛的应用场景、便捷的连接方式以及日益增长的低功耗特性，正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面。从智能家居的传感器网络，到可穿戴设备的健康监测，再到工业自动化中的设备互联，对低功耗、高效率无线通信的需求愈发迫切。 《超低功耗（ULP）蓝牙技术规范解析》一书，正是为了满足这一日益增长的需求而应运而生。本书并非对ULP蓝牙技术笼统的介绍，而是深入剖析其核心规范，旨在为读者提供一个清晰、全面且深入的技术理解框架。本书的核心目标是让读者不仅了解ULP蓝牙“是什么”，更能理解“为什么”以及“如何”实现其卓越的低功耗性能。 为何需要ULP蓝牙？—— 洞察市场需求与技术演进的必然性 在深入技术细节之前，本书首先会带领读者回顾蓝牙技术的发展历程，并着重分析传统蓝牙技术在面对日益增长的物联网应用时所显现出的局限性，特别是其功耗方面的挑战。本书将清晰地阐释： 物联网应用的特殊性： 物联网设备往往数量庞大，部署分散，很多设备依赖电池供电，甚至无法进行频繁的充电或更换电池。因此，功耗是制约其大规模部署和长期稳定运行的关键瓶颈。 传统蓝牙的功耗痛点： 传统蓝牙（Classic Bluetooth）在设计之初，主要面向音频传输、数据交换等应用，其连接建立、数据传输的机制相对“重”一些，对于需要极低功耗和短时间、小批量数据传输的物联网设备而言，功耗负担过重。 ULP蓝牙的应运而生： 为了解决这些痛点，蓝牙技术联盟（SIG）应时而动，推出了专为低功耗优化的ULP蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）。本书将详细介绍ULP蓝牙的出现，不仅是技术上的革新，更是对市场需求的深刻回应。它为电池寿命长达数年甚至十年的物联网设备提供了技术基础。 ULP蓝牙核心规范深度解析：构建坚实的技术基石 本书的核心价值在于其对ULP蓝牙技术规范的细致入微的解析。我们将系统地、循序渐进地带领读者穿越ULP蓝牙的各个技术层面，确保读者能够构建起坚实的技术基石。 1. 体系架构与协议栈： 逻辑架构剖析： 本书将详细讲解ULP蓝牙的逻辑架构，包括其核心的主机（Host）和控制器（Controller）的职责划分。我们将深入探讨主机层面负责应用程序、上层协议和链路层管理，而控制器则负责底层的无线电和链路控制。这种分层设计如何有效地实现功耗优化，将是本书分析的重点。 协议栈详解： ULIP蓝牙的协议栈是其实现低功耗和高效通信的关键。本书将逐一剖析其关键层级： 物理层（Physical Layer）： 介绍ULP蓝牙使用的2.4 GHz ISM频段，以及其特定的调制解调技术（GFSK）。重点分析物理层如何设计以最小化能量消耗，例如短时激活、快速数据传输和低占空比操作。 链路层（Link Layer）： 这是ULP蓝牙实现低功耗的核心。本书将详细解析链路层的核心功能： 连接（Connection）： 详细解读ULP蓝牙的连接过程，包括广播（Advertising）和扫描（Scanning）。我们将重点分析广播数据包（Advertising Packets）的结构，以及扫描请求（Scan Request）和扫描响应（Scan Response）的交互。理解这些过程如何实现快速、低功耗的设备发现至关重要。 主从角色（Master/Slave Roles）： 讲解ULP蓝牙中的主设备（Master）和从设备（Slave）如何协同工作，以及它们在连接建立和维持过程中的功耗特性。 连接参数（Connection Parameters）： 这是ULP蓝牙实现功耗优化的另一大杀器。本书将深入分析连接间隔（Connection Interval）、从机延迟（Slave Latency）、连接超时（Connection Timeout）等关键参数的含义、设置以及它们对功耗和通信延迟的影响。读者将学习如何根据实际应用需求，灵活调整这些参数以达到最佳的功耗与性能平衡。 数据包结构（Packet Structure）： 详细解析ULP蓝牙数据包的各个字段，包括前导码（Preamble）、访问地址（Access Address）、协议头（Protocol Header）、载荷（Payload）等，并分析这些结构设计如何有助于快速解调和降低功耗。 链路层状态机（Link Layer State Machine）： 描绘和解析ULP蓝牙链路层的各种状态（如Advertising, Scanning, Connected, Standby等），以及状态之间的转换机制，理解设备如何在不同状态下管理其功耗。 LL层（Link Layer）： 进一步细化链路层控制，包括数据包的ACK/NACK机制、重传机制以及错误检测，并分析这些机制在低功耗场景下的设计考量。 ACL-U / SCO-U / L2CAP： 介绍ULP蓝牙如何使用逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）来为上层协议提供服务，包括通道的建立与管理，以及数据分段与重组。 GATT（Generic Attribute Profile）： 这是ULP蓝牙应用层交互的基石。本书将深入解析GATT的架构，包括： 属性（Attributes）： 讲解属性的定义，包括属性类型（Attribute Type）、属性值（Attribute Value）和属性权限（Attribute Permissions）。 服务（Services）： 详细介绍服务的概念，以及服务声明（Service Declaration）和服务包含（Included Services）。 特征（Characteristics）： 这是GATT最核心的组成部分。本书将详尽讲解特征的定义，包括特征声明（Characteristic Declaration）、特征值（Characteristic Value）、特征描述符（Characteristic Descriptors）以及特征属性（Characteristic Properties）（如Read, Write, Notify, Indicate等）。理解这些属性如何定义数据的含义、访问方式以及数据更新的通知机制，是开发ULP蓝牙应用的关键。 客户端/服务器模型（Client/Server Model）： 阐述GATT的客户端（如手机App）如何通过读取、写入和订阅来与服务器（如传感器设备）进行数据交互。 预定义的服务和特征（Pre-defined Services and Characteristics）： 介绍一些ULP蓝牙规范中定义的标准服务和特征，如Heart Rate Service, Battery Service, Device Information Service等，帮助读者快速理解和实现常见应用。 GAP（Generic Access Profile）： GAP定义了设备如何进行设备发现（Discovery）、连接建立（Connection Establishment）和设备配置（Device Configuration）。本书将重点分析GAP的角色（如Broadcaster, Observer, Central, Peripheral），以及它们在ULP蓝牙通信中的作用。 2. 低功耗机制的深入剖析： 本书将以“低功耗”为核心，对ULP蓝牙的各项设计进行深入剖析。 广播与扫描的功耗考量： 详细分析广播和扫描过程中的占空比（Duty Cycle）如何影响功耗，以及广播间隔（Advertising Interval）的选择对功耗和发现延迟的影响。 连接状态与功耗管理： 深入解析ULP蓝牙的睡眠模式（Sleep Mode）和活动模式（Active Mode）。讲解设备如何在不进行通信时进入低功耗的睡眠状态，以及如何快速唤醒以响应通信需求。 数据传输的优化： 分析ULP蓝牙如何通过短数据包、高效的编码以及可靠的ACK/NACK机制来最小化无线传输时间，从而降低功耗。 定时器的作用： 讲解ULP蓝牙中各种定时器（Timers）在功耗管理中的作用，如广告定时器、连接定时器等。 行为模式的设计： 分析不同的ULP蓝牙行为模式（如always-on, infrequent bursts, periodic updates）如何影响功耗，并提供设计指导。 3. 安全性考量： 在物联网安全日益受到重视的今天，本书也将对ULP蓝牙的安全性进行阐述。 配对与绑定（Pairing and Bonding）： 详细介绍ULP蓝牙的配对过程，包括密钥交换（Key Exchange）和安全连接建立（Secure Connection Establishment）。讲解不同的配对方式（如Just Works, Passkey Entry, Numeric Comparison）及其安全性特点。 加密机制（Encryption）： 分析ULP蓝牙采用的AES-CCM加密算法，以及其如何保护数据传输的机密性（Confidentiality）和完整性（Integrity）。 设备身份验证（Device Authentication）： 介绍ULP蓝牙如何通过识别地址（Identity Address）和隐私（Privacy）功能来保护设备的身份。 4. 物理层的细节： 射频（RF）特性： 简要介绍ULP蓝牙的发射功率（Transmit Power）、接收灵敏度（Receiver Sensitivity）以及信道（Channels）等关键射频参数，并解释这些参数如何与功耗表现相关联。 跳频（Frequency Hopping）： 探讨ULP蓝牙在2.4 GHz频段中如何通过伪随机跳频来提高抗干扰能力，并分析其对功耗的影响。 本书的独特价值与目标读者： 《超低功耗（ULP）蓝牙技术规范解析》并非一本仅仅罗列规范条文的书籍，而是力求深入浅出，化繁为简。本书的独特价值体现在： 体系化的知识构建： 从宏观架构到微观细节，本书提供了一个完整的ULP蓝牙技术知识体系，帮助读者构建清晰的技术认知。 原理性的深入分析： 避免“知其然，不知其所以然”，本书深入剖析ULP蓝牙各项设计背后的原理和考量，特别是功耗优化的具体实现机制。 实践导向的理解： 通过对规范的详细解读，本书为读者在实际的ULP蓝牙设备开发、应用设计以及性能调优方面提供坚实的技术支撑。 循序渐进的学习路径： 无论您是初学者还是有一定经验的工程师，本书都将为您提供一条清晰的学习路径，从基础概念逐步深入到高级话题。 本书的目标读者群体包括： 嵌入式系统工程师： 需要在资源受限的嵌入式设备上实现ULP蓝牙通信的工程师。 硬件设计工程师： 负责ULP蓝牙芯片选型、射频设计和功耗优化的工程师。 软件开发工程师： 需要开发ULP蓝牙应用（如手机App、嵌入式固件）的开发人员。 IoT方案设计师： 需要理解ULP蓝牙技术特性，并将其应用于物联网解决方案的设计师。 通信协议研究者： 对无线通信技术，特别是低功耗通信技术感兴趣的研究人员。 在校学生： 学习物联网、通信工程、电子工程等相关专业的学生。 通过阅读《超低功耗（ULP）蓝牙技术规范解析》，您将不仅能够掌握ULP蓝牙技术的“硬核”知识，更能深刻理解其在驱动下一代物联网设备发展中所扮演的关键角色。本书将赋能您在快速发展的无线互联世界中，设计出更智能、更节能、更具竞争力的产品。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有着丰富嵌入式系统开发经验的工程师，对低功耗设计有着执着的追求。在实际项目中，我常常遇到这样的挑战：如何在满足功能需求的同时，将设备的功耗降到最低。ULP蓝牙作为一种极具潜力的低功耗无线技术，自然引起了我的高度关注。我期望这本书能够提供一种全新的视角，深入解析ULP蓝牙的功耗优化策略，不仅仅是罗列各种省电的技巧，而是能够从技术设计的根源上，揭示其高效工作的内在逻辑。我希望它能带领我深入理解蓝牙低功耗协议栈的每一个细节，例如如何有效地管理连接状态，如何优化广播数据的传输，以及如何利用各种低功耗模式来延长设备续航。如果书中能提供一些高级的功耗分析方法和性能调优的建议，那就更好了，能帮助我突破现有的瓶颈，实现更极致的功耗表现。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近在琢磨着如何让我的智能家居产品在不牺牲用户体验的前提下，尽可能地延长电池寿命，这让我对ULP蓝牙技术产生了浓厚的兴趣。我希望这本书能提供一个非常清晰且易于理解的框架，来阐述ULP蓝牙的功耗管理机制，从物理层到应用层的每一个环节，都应该有详细的讲解。我尤其关心它如何解释数据包的结构、连接间隔的设置、广播的优化等关键点，以及这些设置如何直接影响到功耗。如果能包含一些实际的功耗分析图表和性能测试数据，那就再好不过了。我期待这本书能像一个经验丰富的导师，一步步引导我掌握ULP蓝牙设计的奥秘，让我能够自信地进行功耗优化，并为用户带来更出色的产品体验。同时，我希望书中能提供一些实用的调试技巧和工具介绍，帮助我快速定位和解决功耗瓶颈问题，而不是让我独自摸索。

评分☆☆☆☆☆

作为一名深耕无线通信领域多年的工程师，我一直在寻找一本能让我深入理解超低功耗（ULP）蓝牙核心机制的书籍。市面上关于蓝牙的书籍琳琅满目，但真正能触及ULP技术精髓，从底层协议栈到具体实现细节娓娓道来的却不多。尤其是对于蓝牙低功耗的功耗优化策略，我总觉得隔靴搔痒，缺乏系统性的梳理和深入的剖析。我渴望的是一本能解答“为什么”和“如何做”的书，而不仅仅是罗列API和功能。我希望它能带领我穿越繁杂的术语，直达ULP蓝牙设计的核心逻辑，让我能真正理解如何在有限的能量预算下，设计出高性能、长续航的物联网设备。这本书，我期望它能成为我手中不可或缺的案头宝典，帮助我攻克实际项目中的功耗难题，提升产品的竞争力。我希望能看到作者是如何将抽象的协议规范，转化为具体可行的设计指南，并且能够提供一些实际的案例分析，让我能够举一反三，触类旁通。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在产品设计领域摸爬滚打多年的产品经理，虽然我不是技术出身，但对能够提升用户体验和降低成本的技术有着敏锐的洞察力。ULP蓝牙在我看来，是一个能够显著提升产品竞争力的关键技术。我希望这本书能够以一种更加宏观的视角，来阐述ULP蓝牙在不同应用场景下的价值，以及它如何赋能新一代的智能设备。我希望它能帮助我理解ULP蓝牙的核心优势，以及它在物联网、可穿戴设备、智能家居等领域的广阔前景。如果书中能够提供一些成功案例分析，展示ULP蓝牙是如何在实际产品中带来革命性的改变，那就再好不过了。这本书对我来说，就像是一本关于ULP蓝牙的“商学院教材”，我希望它能帮助我更好地理解这项技术，从而在产品规划和市场推广中做出更明智的决策。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚入门物联网开发的初学者，我对ULP蓝牙的了解还处于一个比较浅显的层面，主要停留在知道它省电的层面。我急切地需要一本能够帮助我建立扎实基础的书籍，让我能够理解ULP蓝牙背后的原理，而不是仅仅停留在表面。我希望这本书能够从最基础的概念讲起，比如蓝牙的通信模型、PDU结构、GAP和GATT层的作用等等，并且用通俗易懂的语言进行解释。同时，对于ULP蓝牙特有的低功耗技术，比如睡眠模式、唤醒机制、数据传输优化等，我也希望能够有详细的介绍。如果书中能够提供一些代码示例，展示如何在常见的开发平台上实现ULP蓝牙的功能，那就更完美了。这本书对我来说，就像是一扇通往ULP蓝牙世界的窗口，我希望它能让我看得更远，理解得更透彻。