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1、藍牙(bluetootl技術概述1998年5月,五家世界著名的大公司愛立信(Ericsson)、諾基亞(Nokia)、東芝(Toshiba)、國際商用機器公司(IBM)和英特爾(Intel)聯(lián)手推出了藍牙(Bluetooth)計劃。這五家公司包含了兩家著名的移動通 信制造公司、兩家著名的便攜式計算機制造公司和一家在芯片技術和數(shù)字信號處理(DSP)技術上領先的公 司。這項計劃公布后,迅速得到包括摩托羅拉、朗訊、康柏、西門子、高通、3Com、TDK等大公司在內(nèi)的許 多廠商的支持和采納。第一批應用“藍牙”技術裝備的產(chǎn)品,包括手機、電話機和便攜式計算機等,在1999年 的年底紛紛進入市場。要了解藍牙技

2、術的原理及發(fā)展前景,首先要弄清楚什么是藍牙!一、什么是藍牙-藍牙(B1uetooth)含義:狼的牙齒參差不齊,卻能緊緊地嚙合在一起,這種設備同樣會讓耳機、筆記本電 腦、冰箱等毫不相關的產(chǎn)品緊密結合在一起。由于狼牙在月光下會發(fā)出藍光,“藍牙”由此得名。-藍牙技術實質:一種短距離無線通信標準口 口二、Bluetooth系統(tǒng)的組成藍牙系統(tǒng)由天線單元、鏈路控制(固件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍牙軟件(協(xié)議棧)單元四個功 能單元組成。口 1 .天線單元藍牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕,因此,藍牙天線屬于微帶天線。2 .鏈路控制(固件)單元在目前藍牙產(chǎn)品中,人們使用了3個IC分別作為聯(lián)接控制器、

3、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器,此外 還使用了3。5 0個單獨調(diào)諧元件。 3.鏈路管理(軟件)單元口鏈路管理(LM)軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其 它遠端LM并通過LMP (鍵路管理協(xié)議)與之通信。4 .軟件(協(xié)議棧)單元藍牙的軟件(協(xié)議棧)單元是一個獨立的操作系統(tǒng),不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經(jīng)制定好的藍 牙規(guī)范。藍牙規(guī)范是為個人區(qū)域內(nèi)的無線通信制定的協(xié)議,它包括兩部分:第一部分為核心(C ore)部分,用 以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務搜尋(service discovery)、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互 操作性等組件;

4、第二部分為協(xié)議子集(Profile )部分,用以規(guī)定不同藍牙應用(也稱使用模式)所需的協(xié)議和 過程。藍牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結構,分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋 放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務質量(Q oS)、協(xié)議的復用和分用等功能。在設計協(xié)議棧,特別是高層 協(xié)議時的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議,而且其高層應用協(xié)議(協(xié)議棧的垂直層)都使用公共的數(shù)據(jù)鏈 路和物理層。藍牙協(xié)議可以分為4層,即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層???口三、Bluetooth系統(tǒng)的技術特點1.射頻特性藍牙作為一種短程無線通信技術,工作在2.45GHz頻段,

5、每個收發(fā)機配置了符合IEEE 802標準的48位地 址,數(shù)據(jù)頻率為1Mb/s,使用擴頻和跳頻技術,即使在噪聲環(huán)境中也可以正常無誤地工作,其工作范圍約 10m,如果附加功率放大,則可傳輸100m的距離。2. TDMA 結構在1.0B版本的標準中,Bluetooth的基帶符號速率為1Mb/s,采用數(shù)據(jù)包的形式按時隙傳送,每時隙 0.625ms,不排除將來采用更高的符號速率。Bluetooth支持64kb/s的實時語音傳輸和各種速率的數(shù)據(jù)傳輸,語音編碼采用對數(shù)PCM或連續(xù)可變斜率增 量調(diào)制(CVSD,Continuos Variable Slope Delta Modulation)。語音和數(shù)據(jù)可單

6、獨或同時傳輸。當僅傳輸語音 時,Bluetooth設備最多可同時支持3路全雙工的話音通信;當語音和數(shù)據(jù)同時傳輸或僅傳輸數(shù)據(jù)時,支持 433.9 kb/s的對稱全雙工通信,或723.2kb/s、57.6 kb/s的非對稱雙工通信,后者特別適合無線訪問Interneto另外,還采用 CRC (Cyclic Redundancy Check)、FEC (Forward Error Correction)及 ARQ (Automatic Repeat Request)以提高通信的可靠性。3.使用跳頻技術ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶,因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預測的干擾源。例如 某些

7、家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等,都可能是干擾。為此,藍牙特別設計了快速確認和跳頻方 案以確保鏈路穩(wěn)定。口跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道(hop channel),在一次連接中,無線電收發(fā)器按一定的碼序列 (即一定的規(guī)律,技術上叫做偽隨機碼,就是假的隨機碼)不斷地從一個信道跳到另一個信道,只有收 發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的,而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾;跳頻的瞬時帶寬是很窄的,但 通過擴展頻譜技術使這個窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶,使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比,藍牙跳頻更快,數(shù)據(jù)包更短,這使藍牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。跳頻是 Bluetooth使用

8、的關鍵技術之一。對應于單時隙包,Bluetooth的跳頻速率為1600跳每秒,對應于多時隙包,跳 頻速率有所降低;但在建鏈時(包括尋呼和查詢)則提高為3,200跳每秒。使用這樣高的跳頻速率,Bluetooth系 統(tǒng)具有足夠高的抗干擾能力。4. Bluetooth設備的組網(wǎng)Bluetooth根據(jù)網(wǎng)路的概念提供點對點和點對多點的無線鏈接。在任意一個有效通信范圍內(nèi),所有設備的地 位都是平等的。首先提出通信要求的設備稱為主設備(Master),被動進行通信的設備稱為從設備(Slave)。利用TDMA,一個Master最多可同時與7個Slave進行通信并和多個Slave (最多可超過200個)保持同 步

9、但不通信。一個Master和一個以上的Slave構成的網(wǎng)路稱為Bluetooth的主從網(wǎng)路(Piconet)。若兩個以上的 Piconet之間存在著設備間的通信,則構成了 Bluetooth的分散網(wǎng)路(Scatternet)。Piconet和Scatternet的示意圖如 上圖所示?;禩DMA原理和Bluetooth設備的平等性,任一 Bluetooth設備在Piconet和Scatternet中,既可作Master,又可作Slave,還可同時既是Master又是Slave。因此,在Bluetooth中沒有基站的概念。另外,所有 設備都是可移動的5.全球范圍內(nèi)的工作Bluetooth的基本出

10、發(fā)點是可使其設備能夠在全球范圍內(nèi)應用於任意的小范圍通信。任一 Bluetooth設備, 都可根據(jù)IEEE 802標準得到一個唯一的48-bit的BD_ADDR,它是一個公開的地址碼,可以通過人工或自動 進行查詢。在BD_ADDR基礎上,使用一些性能良好的演算法可獲得各種保密和安全碼,從而保證了設備識 別碼(ID,Identification)在全球的唯一性,以及通信過程中設備的鑒權和通信的安全保密。6.軟件的層次結構和許多通信系統(tǒng)一樣,Bluetooth的通信協(xié)議采用層次結構。其底層為各類應用所通用,高層則視具體應用 而有所不同,大體上分為計算機背景和非計算機背景兩種方式,前者通過主機控制接口

11、(HCI,Host Control Interface)實現(xiàn)高、低層的聯(lián)接,后者則可不用HCI。這種層次結構使其設備具有最大可能的通用性和靈活性。 根據(jù)通信協(xié)議,各種Bluetooth設備無論在任何地方,都可以通過人工或自動查詢來發(fā)現(xiàn)其它Bluetooth設備, 從而構成Piconet或Scatternet,實現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能???口 了解了藍牙的工作原理之后,讓我們再來看看藍牙的運用范圍和發(fā)展前景!1.各種電話系統(tǒng)Bluetooth為品將會首先應用於數(shù)字手機、家庭及辦公室電話、小型PBX等電話系統(tǒng)中,實現(xiàn)真正意義上 的個人通信???口目前,國際上各大手機制造商都在加緊開發(fā)Bluetoot

12、h手機,無繩電話和有線電話的制造商也感受到 Bluetooth帶來的挑戰(zhàn)和機遇,競相研發(fā)帶有Bluetooth的新為品,這些都將推動它迅速發(fā)展。2.無線電纜無論是實驗室、辦公室還是家庭,計算機及其外設的應用越來越普及,它們之間的通信傳統(tǒng)上必然要通過 網(wǎng)線,這給使用帶來很大的不便。Bluetooth基於無線電纜的概念,使這類信息傳輸設備除電源線外再無其它 連線,甚至包括鍵盤、滑鼠等也采用無線傳輸。Bluetooth企圖建立一個全無線的工作環(huán)境和生活環(huán)境,由於 這些設備類多量廣,無論是硬體還是軟件,都有著極大的商機。3.無線公事包以便攜式計算機和掌上計算機為代表,采用無線方式和其他設備或網(wǎng)絡相連接

13、,使人們擁有一個可流動的 辦公室。Bluetooth 標準已制定了和計算機以及與 Internet、PSTN、ISDN(Integrated Services Digital Network)、 LAN、WAN、xDSL (x Digital Subscriber Loop)等網(wǎng)路的接口協(xié)議,其目標是用單一的Bluetooth標準來建立起 和眾多國際標準的連接。目前它用1Mb/s的速率已完全可以勝任這些工作,將來根據(jù)IEEE 802.15的發(fā)展計 劃,可以將速率提高到20Mb/s以上。4.各類數(shù)字電子設備口 口數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機等設備裝上Bluetooth系統(tǒng),既可免去使用電纜的不便,又可

14、不受記憶體溢出的困 擾,隨時隨地可將所攝圖片或影像通過同樣裝上Bluetooth系統(tǒng)的手機或其他設備傳回指定的計算機中。5.電子商務Bluetooth的安全保密特性將大大擴展現(xiàn)有電子商務系統(tǒng)的功能。例如,可用它在很多消費場合構成電子付 帳系統(tǒng),賓館接待處的電子登記服務等6.將來的應用現(xiàn)在藍牙技術的發(fā)展顯然已經(jīng)超出了當初的設想,一整套的藍牙系統(tǒng)可以用一個手機控制家中的任何電 器,包括加上了“藍牙卡片”的門窗。目前愛立信已經(jīng)宣布了移動電話、電話適配器、頭戴式受話器(藍牙耳機) 以及PC卡等首批商用產(chǎn)品,具有GPRS功能的愛立信R520移動電話已經(jīng)實現(xiàn)了藍牙芯片內(nèi)置,R320和已經(jīng) 上市的T28、T

15、36則可以通過藍牙電話適配器實現(xiàn)與其他藍牙設備的“溝通”。Bluetooth芯片的微型化和低成本將為它在家庭和辦公室自動化、家庭娛樂、電子商務、工業(yè)控制、智能化 建筑物等場合開辟廣闊的應用前景??磥硭{牙的應用前景還是很好的,但是藍牙與其他無線通信協(xié)議有有什么不同呢?下面就比較一下藍牙與 常用的無線協(xié)議!1、bluebooth vs IEEE 802.11藍牙自從出現(xiàn)之日起,就伴隨著與IEEE802.11的爭論,可到底是藍牙還是IEEE802.11呢?藍牙技術是一種用于替代便攜或固定電子設備上使用的電纜或連線的短距離無線連接技術。其設備使用全 球通行的、無需申請許可的2.45GHz頻段,可實時進

16、行數(shù)據(jù)和語音傳輸傳輸速率可達到10Mbps,在支持3 個話音頻道的同時還支持高達723.2Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率口。也就是說,在辦公室、家庭和旅途中,無需在任 何電子設備間布設專用線纜和連接器,通過藍牙遙控裝置可以形成一點到多點的連接,即在該裝置周圍組成一 個“微網(wǎng)”,網(wǎng)內(nèi)任何藍牙收發(fā)器都可與該裝置互通信號。而且,這種連接無需復雜的軟件支持。藍牙收發(fā)器的 一般有效通信范圍為10米,強的可以達到100米左右。正如愛立信藍牙組負責人所說,設計藍牙的最初想法 是“結束線纜噩夢”。IEEE 802.11本是無線局域網(wǎng)絡標準它使PC在對等的基礎上互聯(lián)(或用集線器和Internet網(wǎng)關相聯(lián))。802.11

17、b和802.11a只是其中的兩個擴展標準,802.11a工作在5GHz頻段,傳輸速率高達54Mb / s,而工作在 2.4GHz頻段的802.11b則適合于家居環(huán)境。802.11b標準之所以引起了業(yè)界的普遍關注,主要是因為802.11b 是較成熟的無線技術,它已有統(tǒng)一的標準。與藍牙相比較,IEEE802.11系統(tǒng)在開發(fā)和制造方面占據(jù)優(yōu)勢,并具備更高的數(shù)據(jù)傳輸率?,F(xiàn)有的藍牙規(guī)范使用信道帶寬為1MHz,在發(fā)射帶寬為1MHz時,其有效數(shù)據(jù) 速率為721Kbit / s,通信范圍約為10米。IEEE802.11b規(guī)范的速率定位在11Mb/s,并具備像調(diào)制解調(diào)器那 樣的自動下調(diào)速率,甚至有人提議將其擴展

18、4Mb/s。與藍牙不同的是,它覆蓋的范圍更寬(可達100米),數(shù) 據(jù)傳輸率更快。分析制約藍牙技術發(fā)展的因素,藍牙芯片價格是一個大問題。目前市面推出的藍牙芯片的最低價是8美 元,對于一臺生產(chǎn)成本不過50美元的手機,僅嵌入一個藍牙芯片就要增加成本8美元,而且擁有藍牙技術的 手機不是光一個藍牙芯片就能實現(xiàn)的,它還需要收發(fā)模塊、藍牙協(xié)議和應用程序,這無疑也要增加成本。因 此,如果芯片價格不能降下來,就不可能大量生產(chǎn)藍牙芯片,而任何藍牙產(chǎn)品都離不開藍牙芯片,這就制約了 藍牙產(chǎn)品的推出。從目前的情況看,我們很難判斷到底誰會在這場馬拉松似的競爭中勝出。藍牙只是為短距離(約10米左右) 內(nèi)的無線個人通信而打造

19、的技術,它的目標是低帶寬、短距離、低功耗的數(shù)據(jù)傳送技術,用于PDA、手機、 筆記本電腦等設備。802.11可以說是一種工業(yè)標準,只不過被延伸至家庭網(wǎng)絡中了。它們都工作在2.4GHz頻 段上,今年4月份IEEE的PAN(Personal Area Network)即 802.15工作組提出一項議案,這將使藍牙和802.11b 可以同時工作,似乎看來這是最好的解決方案。2、藍牙vs紅外線藍牙對于紅外線的優(yōu)勢還是很明顯的,無論從傳輸速度和傳輸距離還看,藍牙大大超過紅外線:藍牙紅外線傳輸速度 10Mbps 4Mbps傳輸距離最大100M最大30cm藍牙與紅外通信協(xié)議的兼容與互操作性,保證原來基于紅外通

20、信的應用向藍牙的平滑過度口小結:Bluetooth使蜂房電話系統(tǒng)、無繩通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)和因特網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)路增添了新功能,使各類計算 機、傳真機、打印機乃至各種室內(nèi)電子、信息和電器設備增添了無線傳輸和組網(wǎng)的功能,應用空間將極為廣 闊??梢灶A言,藍牙將成為新的通信增長點,并成為無線局域網(wǎng)市場的有力競爭對象。對于GSM網(wǎng)絡高速 發(fā)展的我國而言,將具有很好的適用性附錄:名詞解釋:- Piconet:通過藍牙技術連接在一起的所有設備被認為是一個piconet,一個piconet可以只是兩臺相連的設 備,比如一臺便攜式電腦和一部移動電話,也可以是八臺連在一起的設備。在一個piconet中,所有設備都是

21、級別相同的單元,具有相同的權限。但是在piconet網(wǎng)絡初建時,其中一個單元被定義為master,其它單元被 定義為slaveo- Scatternet:幾個獨立且不同步的piconet組成一個scatterneto- Master unit:主單元,即在一個piconet中,其時鐘和跳頻順序被用來同步其它單元的設備。- Slave units:從單元,即piconet中不是master的所有設備 摘要BluetoothTM wireless technology revolutionizes the personal connectivity market by providing free

22、dom from wired connections - enabling links between mobile computers, mobile phones, portable handheld devices, and connectivity to the Internet. Interface, synchronize, exchange? All of the above, and more. Bluetooth technology redefines the very way we experience connectivity.Where it worksEverywh

23、ere. Hardware that complies with the Bluetooth wireless specification ensu res communication compatibility worldwide. As a low-cost, low-power solution with industry-wide support, Bluetooth wireless technology allows you to bring connectivity with you. You define the boundaries of your productivity - in Europe, in Asia, in America, in whatever place your business may take you.Why it worksEstablishing a standard means integrating well-tested technology with the power-efficiency a

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