# Bluetooth protocol stack

# Application group

# Middleware protocol group

# Transport protocol group

# Piconets & scatternets

# Piconet

Master-slave architecture：一個設備作為主設備（Master），其他設備作為從設備（Slave）連接到主設備。主設備負責協調通信和管理從設備。
最多可有 7 個從設備同時連接到主設備，形成一個小型的無線網路，稱為 Piconet。

# Scatternet

Scatternet 是由多個重疊 Piconet 組成的更大規模的無線網路。設備可以同時參與多個 Piconet，作為橋接設備（Bridge）連接不同的 Piconet。

# Inter-piconet communication

由於 Bluetooth 設備可以同時參與多個 Piconet，這些設備可以在不同的 Piconet 之間轉發數據，實現跨 Piconet 的通信。
要加入新的 Piconet，設備需要進行重新同步
要離開 Piconet，設備需要通知主設備
Master-slave switching：設備可以在不同的 Piconet 中切換主從角色，以適應不同的通信需求。

# Bluetooth communication states

# Inquiry & Page states

Inquiry 和 page 狀態都可以幫 master 邀請 slave 加入 piconet，但兩者都不知道彼此的 frequency hopping pattern

他們可以送 frequency hopping synchronization (FHS) 包來交換資訊
在連接狀態前，所有設備隨 slave 的 frequency hopping pattern。連接狀態後，master 和 slave 都會使用 master 的 frequency hopping pattern

# Detailed flowchart

# Four modes of a slave

Active mode：從設備處於活動狀態，能夠立即響應主設備的通信請求。
Hold mode：從設備暫時停止通信，但保持與主設備的連接
- 當在省電模式下，slave 可以做如 scanning, paging, inquiring, or attending
Sniff mode：Slave 只在特定的時間間隔內響應主設備的通信請求，以節省電力
Park mode：從設備進入休眠狀態，暫時不參與 Piconet，但保持與主設備的連接
- 最低功耗模式
- Parked slave 規律的聽取 beacon 的訊號
- beacon channel：主設備定期發送 beacon 信號，從設備通過監聽 beacon 信號來保持與主設備的同步。
- 可以讓 master 有多於 7 個 slaves

# Bluetooth links, packet format, and security

藍芽鏈路類型：

Synchronous Connection-Oriented (SCO) link：主要用於傳輸語音數據，提供固定的帶寬和低延遲。
Asynchronous Connection-Less (ACL) link：主要用於傳輸數據，提供更高的帶寬和靈活的通信方式。

# SCO link

於 master 和一個 slave 之間建立

point-to-point
full-diplex（可以同時傳輸和接收數據）
一旦 SCO link 建立後會一直維持直到 master 主動釋放
SCO packets 永遠不會被重傳，因為它們主要用於語音數據，對延遲敏感

# ACL link

於 master 和所有 slaves 之間建立

point-to-multipoint
momentary
ACL 只能用 SCO link 未使用的頻道傳輸數據
資料的再傳是允許的，並且有重傳機制來確保數據的可靠傳輸

# Bluetooth packet structure

# Access code

用於 timing synchronization, inquiry, and paging
Access code 分為三種類型：

Channel Access Code (CAC)：辨認 piconet
Device Access Code (DAC)：用 paging 和 paging response 這些通訊的程序
Inquiry Access Code (IAC)：用於 inquiry 程序
- General Inquiry Access Code (GIAC)：所有設備都能識別的 IAC
- Limited Inquiry Access Code (LIAC)：只有特定類型的設備能識別的 IAC

# Security in Bluetooth

Authentication：確認設備的身份，確保通信雙方是合法的。
Confidentiality：保護數據的機密性，防止未經授權的訪問。
Authorization：控制設備對資源的訪問權限。
- 在藍芽中，authentication 和 encryption 是由 Link Manager 所提供的
- 在 authentication 後，radio 會在用在適合 encryption key 的長度
Personal Identification Number (PIN) 是為了 authentication 而使用的密碼，被轉成為一個 128-bit 的密鑰，並且在設備之間共享。藍芽用 PIN codes 建立裝置間的信任關係，並且在通信過程中使用加密來保護數據的安全性。
FHSS 也提供了一定程度的安全性
- 因為以 pseudo-random hopping sequence 在 79 個頻道之間跳頻，攻擊者很難預測下一個頻道的位置，從而增加了攔截和干擾的難度。