藍(lán)牙技術(shù)及其應(yīng)用

1、藍(lán)牙技術(shù)及應(yīng)用Bluetooth Technology and Its Application摘要藍(lán)牙技術(shù)是指一種低成本、高可靠性的短距離通用無(wú)線通信接口技術(shù)及其配 套軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)。它將通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步整合在有限范圍內(nèi)使不同廠家 生產(chǎn)的各種信息設(shè)備通過(guò)無(wú)線接口實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作。藍(lán)牙技術(shù)有著廣闊的 發(fā)展和應(yīng)用前景。本文簡(jiǎn)要介紹了藍(lán)牙技術(shù)及應(yīng)用。關(guān)鍵詞:藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用發(fā)展AbstractThe bluetooth technology refers to a low cost, high reliability of wireless communication interface te

2、chnology of short general public standards and software. It will further integrate communication and computer technology in a limited range of different manufacturers to all kinds of information through wireless device interface implementation of information sharing and interoperability. Bluetooth t

3、echnology has wide development and application prospect. This paper briefly introduces the bluetooth technology and application.Keywords : Bluetooth technology , application , development現(xiàn)代生活中，每個(gè)人的信息設(shè)備都越來(lái)越多，為了提高工作效率及設(shè)備資源 的充分利用，周圍的連線不可避免地逐漸增多，藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷是利用短程 無(wú)線電鏈路取代專用電纜，將移動(dòng)電話和便攜式計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字 助理（PDA）

4、、傳真機(jī)、打印機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)以及和微波爐、電冰箱、洗 衣機(jī)等家用電器連接起來(lái)，不但可以免去相互之間電纜連接的麻煩，而且便于 人們?cè)谑覂?nèi)或室外流動(dòng)時(shí)遙控操作。1藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)生藍(lán)牙技術(shù)實(shí)際上是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，它通過(guò)整合通信和計(jì)算機(jī)技 術(shù)，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式硬件能夠在無(wú)線連接的情況下，實(shí)現(xiàn)相互之間的 連接。例如，利用藍(lán)牙技術(shù)，可以把任何一種原來(lái)需要通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的數(shù) 字設(shè)備改為無(wú)線方式連接，并形成圍繞個(gè)人的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論在何處，無(wú)論是哪種數(shù) 字設(shè)備在手，利用藍(lán)牙技術(shù)都可以使其與周圍的數(shù)字設(shè)備建立聯(lián)系，共享這些 設(shè)備中的數(shù)據(jù)庫(kù)、電子郵件等。藍(lán)牙技術(shù)起源于1994年，當(dāng)時(shí)瑞典的愛(ài)立信

5、公 司成立了一個(gè)調(diào)研小組，對(duì)移動(dòng)電話及其附件的低能耗、低費(fèi)用無(wú)線連接的可能 性進(jìn)行研究。其目的在于建立無(wú)線電話與PC卡、耳機(jī)及桌面的連接。1995年5 月，愛(ài)立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾等5家著名電子公司聯(lián)合推出一項(xiàng)技 術(shù)協(xié)議，稱藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙（bluetooth）原是中世紀(jì)一位丹麥國(guó)王的名字，這位 國(guó)王統(tǒng)一了丹麥和挪威，建成了當(dāng)時(shí)歐洲北部一個(gè)有影響的統(tǒng)一王國(guó)。用“藍(lán) 牙”作為該項(xiàng)技術(shù)的名稱，展現(xiàn)了他們對(duì)林林總總的數(shù)字設(shè)備一統(tǒng)天下的雄心。 1999年下半年，著名的世紀(jì)巨頭微軟、摩托羅拉、三康、朗訊與藍(lán)牙特別小組 的5家公司共同發(fā)起了藍(lán)牙技術(shù)推廣組織，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股“藍(lán) 牙”熱

6、潮，藍(lán)牙產(chǎn)品不斷問(wèn)世。12藍(lán)牙技術(shù)原理藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線電通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它工作在214GHz頻段、數(shù) 據(jù)速為1Mbit ,使用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，即使在噪聲環(huán)境中也可以正常地工作， 其通信范圍約10米。藍(lán)牙技術(shù)使用了一個(gè)極小的模塊，它內(nèi)含無(wú)線電收發(fā)裝 置，將其分別裝在信息處理設(shè)備、家用電器，移動(dòng)電話中，就能自動(dòng)通過(guò)智能模 式互通，自動(dòng)同步交換高速數(shù)據(jù)信息。4它應(yīng)該首先將自家的各種電器組成一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)，便于主人使用；當(dāng)然也會(huì)進(jìn)入電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，與外界溝通。藍(lán)牙主要采 用以下核心技術(shù)：2.1調(diào)頻技術(shù)藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM （即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙的 數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。I

7、SM頻帶是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻帶，因此使用其 中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。例如某些家電、無(wú)繩電話、汽車房開(kāi) 門器、微波爐等等，都可能是干擾。為此，藍(lán)牙特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案 以確保鍵路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若十個(gè)跳頻信道（hop channel），在一 次連接中，無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做“偽隨機(jī) 碼”，就是“假”的隨機(jī)碼）不斷地從一個(gè)信道“跳”到另一個(gè)信道，只有收發(fā) 雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳 額的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過(guò)擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶成百倍地?cái)U(kuò)展成寬頻 帶，使干擾可能造成的影響變得很小。

8、與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙 跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。2.2微微網(wǎng)和分散網(wǎng)當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備成功建立鏈路后，一個(gè)微微網(wǎng)便形成了，兩者之間的通信通過(guò) 無(wú)線電波在79個(gè)信道中隨機(jī)跳轉(zhuǎn)而完成。微微網(wǎng)信道由一主單元標(biāo)識(shí)（提供跳頻序列）和系統(tǒng)時(shí)鐘（提供跳頻相位） 來(lái)定義，其它為從單元。每一藍(lán)牙無(wú)線系統(tǒng)有一本地時(shí)鐘，沒(méi)有通常的定時(shí)參考。 當(dāng)一微微網(wǎng)建立后，從單元進(jìn)行時(shí)鐘補(bǔ)償，使之與主單元同步，微微網(wǎng)釋放后， 補(bǔ)償亦取消，但可存儲(chǔ)起來(lái)以便再用。一條普通的微微網(wǎng)信道的單元數(shù)量為8（1 主7從），可保證單元間有效尋址和大容量通信。實(shí)際上，一個(gè)微微網(wǎng)中互聯(lián)設(shè)備 的數(shù)量是沒(méi)有限制的，只

9、不過(guò)在同一時(shí)刻只能激活8個(gè)，其中1個(gè)為主，7個(gè)為從。 藍(lán)牙系統(tǒng)建立在對(duì)等通信基礎(chǔ)上，主從任務(wù)僅在微微網(wǎng)生存期內(nèi)有效，當(dāng)微微網(wǎng) 取消后，主從任務(wù)隨即取消。每一單元皆可為主/從單元，可定義建立微微網(wǎng)的 單元為主單元。除定義微微網(wǎng)外，主單元還控制微微網(wǎng)的信息流量，并管理接入。 藍(lán)牙給每個(gè)微微網(wǎng)提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的微微網(wǎng)同時(shí)存在，同 一區(qū)域內(nèi)多個(gè)微微網(wǎng)的互聯(lián)形成了分散網(wǎng)。不同的微微網(wǎng)信道有不同的主單元， 因而存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。藍(lán)牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數(shù)十個(gè)微微網(wǎng)運(yùn)行，而沒(méi)有明顯的性能下 降。藍(lán)牙時(shí)隙連接采用基于包的通信，使不同微微網(wǎng)可互聯(lián)。欲連接單元可加入 到不同微微網(wǎng)中，但因

10、無(wú)線信號(hào)只能調(diào)制到單一跳頻載波上，任一時(shí)刻單元只能 在一微微網(wǎng)中通信。通過(guò)調(diào)整微微網(wǎng)信道參數(shù)（即主單元標(biāo)志和主單元時(shí)鐘）， 單元可從一微微網(wǎng)跳到另一微微網(wǎng)中，并可改變?nèi)蝿?wù)。例如某一時(shí)刻在微微網(wǎng)中 的主單元，另一時(shí)刻在另一微微網(wǎng)中為從單元。由于主單元參數(shù)標(biāo)示了微微網(wǎng)信 道的跳轉(zhuǎn)模式，因此一單元不可能在不同的微微網(wǎng)中都為主單元。跳頻選擇機(jī)制 應(yīng)設(shè)計(jì)成允許微微網(wǎng)間可相互通信，通過(guò)改變標(biāo)志和時(shí)鐘輸入到選擇機(jī)制，新微 微網(wǎng)可立即選擇新的跳頻。為了使不同微微網(wǎng)間的跳頻可行，數(shù)據(jù)流體系中沒(méi)有 保護(hù)時(shí)間，以防止不同微微網(wǎng)的時(shí)隙差異。在藍(lán)牙系統(tǒng)中，引入了保留（HOLD） 模式，允許一單元暫時(shí)離開(kāi)一微微網(wǎng)而訪問(wèn)另

11、一微微網(wǎng)。2.3時(shí)分多址（TDMA）的調(diào)制技術(shù)在1.0版本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，藍(lán)牙的基帶比特速率為1Mb/s，采用TDD方案來(lái)實(shí) 現(xiàn)全雙工傳輸，因此藍(lán)牙的一個(gè)基帶幀包括兩個(gè)分組，首先是發(fā)送分組，然后是 接收分組。藍(lán)牙系統(tǒng)既支持電路交換也支持分組交換，支持實(shí)時(shí)的同步定向聯(lián)接 （SCO）和非實(shí)時(shí)的異步不定向聯(lián)接（ACL）。SCO鏈路是微微網(wǎng)中單一主單元和單一從單元之間的一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)稱的鏈 路。主單元采用按照規(guī)定間隔預(yù)留時(shí)隙（電路交換類型）的方式可以維護(hù)SCO 鏈路。主單元可以支持多達(dá)三條并發(fā)SCO鏈路，而從單元?jiǎng)t可以支持兩條或者三 條SCO鏈路，SCO鏈路上的數(shù)據(jù)包不會(huì)重新傳送。SCO鏈路主要用于64

12、kB/s的 語(yǔ)音傳輸。ACL鏈路是微微網(wǎng)內(nèi)主單元和全部從單元之間點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路。在沒(méi)有為SCO 鏈路預(yù)留時(shí)隙的情況下，主單元可以對(duì)任意從單元在某一時(shí)隙的基礎(chǔ)上建立ACL 鏈路，其中也包括了從單元已經(jīng)使用某條SCO鏈路的情況（分組交換類型）。對(duì) 大多數(shù)ACL數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)都可以應(yīng)用數(shù)據(jù)包重傳。ACL鏈路主要以數(shù)據(jù)為主，可在 任意時(shí)隙傳輸。2.4編址技術(shù)藍(lán)牙有4種基本類型的設(shè)備地址：BD_ADDER:BD_ADDER是一個(gè)48位長(zhǎng)地址，該地址符合IEEE802標(biāo)識(shí)符，可劃分為 LAP（24位地址低端部分），UAP（8位地址高端部分）和NAP（16位無(wú)意義地址部 分）三部分。AM_ADDER:AM_ADD

13、ER是三位長(zhǎng)的活動(dòng)成員地址，所有的0信息AM _ADDER都用于 廣播信息。AR_ADDER:AR_ADDER是訪問(wèn)請(qǐng)求地址，被暫停狀態(tài)的從單元用地址來(lái)確定訪問(wèn)窗 口內(nèi)從單元一主單元半時(shí)隙，通過(guò)它發(fā)送訪問(wèn)信息。PM_ADDER:PM_ADDER是8位長(zhǎng)的成員地址，分配給處于暫停狀態(tài)的從單元使用。 任一藍(lán)牙設(shè)備，都可以根據(jù)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)得到一個(gè)唯一的48bit的BD_ADDER。它 是一個(gè)公開(kāi)的地址碼，可以通過(guò)人工或自動(dòng)進(jìn)行查詢，在BD_ADDER的基礎(chǔ)上， 使用一些性能良好的算法獲得各種保密和安全碼，從而保證了設(shè)備識(shí)別碼在全球 的惟一性，以及通信過(guò)程中設(shè)備的鑒權(quán)和通信的安全保密。2.5安全

14、性藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機(jī)制在藍(lán)牙技術(shù) 中顯得尤為重要。雖然藍(lán)牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了一定的安全保障， 但是藍(lán)牙系統(tǒng)仍然需要鏈路層和應(yīng)用層的安全管理。在鏈路層中，藍(lán)牙系統(tǒng)使用 認(rèn)證、加密和密鑰管理等功能進(jìn)行安全控制。在應(yīng)用層中，用戶可以使用個(gè)人標(biāo) 識(shí)碼（PIN）來(lái)進(jìn)行單雙向認(rèn)證。32.6糾錯(cuò)技術(shù)藍(lán)牙系統(tǒng)的糾錯(cuò)機(jī)制分為FEC和包重發(fā)FEC支持1/3率和2/3率FEC碼。 1/3率僅用3位重復(fù)編碼，大部分在接收端判決，既可用于數(shù)據(jù) 包，也可用于SCO 連接的包負(fù)載。2/3率碼使用一種縮短的漢明碼，誤碼捕捉用于解碼，它既可用 于SCO連接的同步包負(fù)載，也可用于A

15、CL連接的異步包負(fù)載。在ACL連接中， 可用ARQ結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，若接收方?jīng)]有響應(yīng)，則發(fā)端將包重發(fā)。每一負(fù)載 包含有一 CRC，用來(lái)檢測(cè)誤碼。為了減少?gòu)?fù)雜性，使開(kāi)銷和無(wú)效重發(fā)為最小，藍(lán)牙執(zhí)行快ARQ結(jié)構(gòu)：發(fā) 送端在TX時(shí)隙重發(fā)包，在RX時(shí)隙提示包接收情況。若加入2/3率FEC碼，將得 到I類混合ARQ結(jié)構(gòu)的結(jié)果。由于處理時(shí)間短，當(dāng)包接收時(shí)，解碼選擇在空閑時(shí) 間進(jìn)行，并要簡(jiǎn)化FEC編碼結(jié)構(gòu)，以加快處理速度?？焖貯RQ結(jié)構(gòu)與停止等待 ARQ結(jié)構(gòu)相似，但時(shí)延最小，實(shí)際上沒(méi)有由ARQ結(jié)構(gòu)引起的附加時(shí)延。該結(jié)構(gòu)比 向后N個(gè)ARQ更有效，并與重復(fù)選擇ARQ效率相同，但由于只有失效的包被重發(fā)， 可減少開(kāi)

16、銷。在快速ARQ結(jié)構(gòu)中，僅有1位序列號(hào)就夠了。3應(yīng)用與發(fā)展藍(lán)牙技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了應(yīng)用。2000年八、九月間，美國(guó)在華爾街建成了世 界上第一個(gè)“藍(lán)牙”賓館。2001年10月間，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)建成第一 座“藍(lán)牙”大廈。藍(lán)牙系統(tǒng)在無(wú)需使用電纜或連接器的條件下，可以成功地實(shí) 現(xiàn)簡(jiǎn)單、快捷、可靠的無(wú)線互聯(lián)，特別在移動(dòng)通信方面有著廣泛的新應(yīng)用。在商 用、家用等各個(gè)領(lǐng)域中從自動(dòng)化辦公系統(tǒng)、能源交通系統(tǒng)、商品銷售終端到醫(yī)療 監(jiān)護(hù)裝置、信息家電設(shè)備及個(gè)人無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙系統(tǒng)都具有廣闊應(yīng)用前景。藍(lán)牙 技術(shù)問(wèn)世至今已經(jīng)有了一定規(guī)模，下面通過(guò)一些代表性的藍(lán)牙設(shè)備用戶的使用 情況了解藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。連接移動(dòng)

17、網(wǎng)絡(luò)和電子郵件。不論是以無(wú)線方式進(jìn)行連接的蜂窩移動(dòng)電 話，或是以有線方式進(jìn)行連接PSTN、LAN、XDSL等，都可利用便攜式PC機(jī)隨時(shí)隨 地在Internet上沖浪。一機(jī)多用電話。如在辦公室可將電話用作不產(chǎn)生額外電話費(fèi)用的對(duì)講設(shè) 備;在家里這種電話可作為產(chǎn)生固定線路費(fèi)用的無(wú)繩電話;而在旅行中，它可作為 蜂窩移動(dòng)電話。無(wú)線耳機(jī)?？勺鲱^戴、免提蜂窩電話、無(wú)線電話及個(gè)人微機(jī)的音頻輸入、 輸出接口設(shè)備，此時(shí)話音數(shù)據(jù)流可不經(jīng)LCC層而直接進(jìn)入基帶協(xié)議層，直接收發(fā) 處理AT集命令。隱藏式計(jì)算功能。藍(lán)牙的此項(xiàng)功能可以自動(dòng)對(duì)桌面電腦、便攜式PC機(jī)、 筆記本(PDA或HPC)及移動(dòng)電話進(jìn)行同步處理。另外,藍(lán)牙技

18、術(shù)可視為一種最接近用戶的短距離、微功率、微微小區(qū)(Pico cell)型無(wú)線接入手實(shí)現(xiàn)以Pico小區(qū)個(gè)人接入為中心展開(kāi)的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò) (WPAN)。藍(lán)牙技術(shù)把各種便攜式電腦與蜂窩移動(dòng)電話用無(wú)線電鏈路連接起來(lái)，使計(jì) 算機(jī)與通信更加密切結(jié)合起來(lái)，使人們能隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。 因此計(jì)算機(jī)行業(yè)、移動(dòng)通信行業(yè)非常重視“藍(lán)牙”技術(shù)，認(rèn)為它將對(duì)未來(lái)的無(wú) 線移動(dòng)、數(shù)據(jù)通信業(yè)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。預(yù)計(jì)在最近幾年內(nèi)無(wú)線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 將迅速增長(zhǎng)，屆時(shí)，一批運(yùn)用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線手持設(shè)備PDA、手機(jī)、智能電話、 圖像處理設(shè)備、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)PAN、無(wú)線錢包、通用遙感器和電子防盜門窗等都會(huì)便 捷自如地為人們的工作和生