藍(lán)牙通信技術(shù)詳解

藍(lán)牙通信技術(shù)詳解藍(lán)牙通信技術(shù)詳解藍(lán)牙通信技術(shù)詳解xxx公司藍(lán)牙通信技術(shù)詳解文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度藍(lán)牙通信技術(shù)祥解一、什么是藍(lán)牙技術(shù)

所謂藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)，實(shí)際上是一種短距離無(wú)線電技術(shù)，利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。說(shuō)得通俗一點(diǎn)，就是藍(lán)牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線上因特網(wǎng)，其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個(gè)巨大的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)?！八{(lán)牙”技術(shù)屬于一種短距離、低成本的無(wú)線連接技術(shù)，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)拈_(kāi)放性方案，因此，目前無(wú)線通信的“藍(lán)牙”剛剛露出一點(diǎn)兒芽尖，卻已經(jīng)引起了全球通信業(yè)界和廣大用戶的密切關(guān)注。

二、藍(lán)牙的由來(lái)

藍(lán)牙以公元10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥和瑞典的一位斯堪的納維亞國(guó)王的名字命名。它孕育著頗為神奇的前景：對(duì)手機(jī)而言，與耳機(jī)之間不再需要連線；在個(gè)人計(jì)算機(jī)，主機(jī)與鍵盤、顯示器和打印機(jī)之間可以擺脫紛亂的連線；在更大范圍內(nèi)，電冰箱、微波爐和其它家用電器可以與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)智能化操作。

發(fā)明藍(lán)牙技術(shù)的是瑞典電信巨人愛(ài)立信公司。由于這種技術(shù)具有十分可喜的應(yīng)用前景，1998年5月，五家世界頂級(jí)通信/計(jì)算機(jī)公司：愛(ài)立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾經(jīng)過(guò)磋商，聯(lián)合成立了藍(lán)牙共同利益集團(tuán)(BluetoothSIG),目的是加速其開(kāi)發(fā)、推廣和應(yīng)用。此項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)公布后，便迅速得到了包括摩托羅拉、3Com、朗訊、康柏、西門子等一大批公司的一致?lián)碜o(hù)，至今加盟藍(lán)牙SIG的公司已達(dá)到2000多個(gè)，其中包括許多世界最著名的計(jì)算機(jī)、通信以及消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域的企業(yè)，甚至還有汽車與照相機(jī)的制造商和生產(chǎn)廠家。一項(xiàng)公開(kāi)的技術(shù)規(guī)范能夠得到工業(yè)界如此廣泛的關(guān)注和支持，這說(shuō)明基于此項(xiàng)藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品將具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場(chǎng)。藍(lán)牙共同利益集團(tuán)現(xiàn)已改稱藍(lán)牙推廣集團(tuán)。

三、藍(lán)牙的技術(shù)內(nèi)容

藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品是采用低能耗無(wú)線電通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)?，其傳輸速率最高為每?Mb/s，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，通信距離為10米左右，配置功率放大器可以使通信距離進(jìn)一步增加。

藍(lán)牙產(chǎn)品采用的是跳頻技術(shù)，能夠抗信號(hào)衰落；采用快跳頻和短分組技術(shù)，能夠有效地減少同頻干擾，提高通信的安全性；采用前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，以便在遠(yuǎn)距離通信時(shí)減少隨機(jī)噪聲的干擾；采用的ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，以省去申請(qǐng)專用許可證的麻煩；采用FM調(diào)制方式，使設(shè)備變得更為簡(jiǎn)單可靠；“藍(lán)牙”技術(shù)產(chǎn)品一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每組一個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，也可以增至5個(gè)時(shí)隙；“藍(lán)牙”技術(shù)支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，或者3個(gè)并發(fā)的同步語(yǔ)音通道，或者一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步語(yǔ)音的通道?！八{(lán)牙”的每一個(gè)話音通道支持64Kbps的同步話音，異步通道支持的最大速率為721Kbps、反向應(yīng)答速率為的非對(duì)稱連接，或者的對(duì)稱連接。

藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品與因特網(wǎng)Internet之間的通信，使得家庭和辦公室的設(shè)備不需要電纜也能夠?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，大大提高辦公和通信效率。因此，“藍(lán)牙”將成為無(wú)線通信領(lǐng)域的新寵，將為廣大用戶提供極大的方便而受到青睞。

四、藍(lán)牙技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)

目前所公布的藍(lán)牙技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1藍(lán)牙技術(shù)參數(shù)

工作頻段ISM頻段，~

雙工方式全雙工，TDD時(shí)分雙工

業(yè)務(wù)類型支持電路交換和分組交換業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)速率1Mb/s

非同步信道速率非對(duì)稱連接721/s，對(duì)稱連接s

同步信道速率64Kb/s

功率美國(guó)FCC要求＜0dbm(1mW)，其他國(guó)家可擴(kuò)展為100mW

跳頻頻率數(shù)79個(gè)頻點(diǎn)/MHz

跳頻速率1600次/s

工作模式PARK/HOLD/SNIFF

數(shù)據(jù)連接方式面向連接業(yè)務(wù)SCO，無(wú)連接業(yè)務(wù)ACL

糾錯(cuò)方式1/3FEC，2/3FEC，ARQ

鑒權(quán)采用反應(yīng)邏輯算術(shù)

信道加密采用0位、40位、60位密鑰

語(yǔ)音編碼方式連續(xù)可變斜率調(diào)制CVSD

發(fā)射距離一般可達(dá)10~10cm，增加功率情況下可達(dá)100m

五、藍(lán)牙技術(shù)中的名詞術(shù)語(yǔ)

微微網(wǎng)(Piconet)是由采用藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備以特定方式組成的網(wǎng)絡(luò)。微微網(wǎng)的建立是由兩臺(tái)設(shè)備(如便攜式電腦和蜂窩電話)的連接開(kāi)始，最多由8臺(tái)設(shè)備構(gòu)成。所有的藍(lán)牙設(shè)備都是對(duì)等的，以同樣的方式工作。然而，當(dāng)一個(gè)微微網(wǎng)建立時(shí)，只有一臺(tái)為主設(shè)備，其他均為從設(shè)備，而且在一個(gè)微微網(wǎng)存在期間將一直維持這一狀況。

分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)是由多個(gè)獨(dú)立、非同步的微微網(wǎng)形成的。

主設(shè)備(Masterunit)是指在微微網(wǎng)中，如果某臺(tái)設(shè)備的時(shí)鐘和跳頻序列用于同步其他設(shè)備，則稱它為主設(shè)備。從設(shè)備(Slaveunit)是指非主設(shè)備的設(shè)備均為從設(shè)備。

MAC地址(MACaddress)是用3比特表示的地址，用于區(qū)分微微網(wǎng)中的設(shè)備。休眠設(shè)備(Parkedunits)在微微網(wǎng)中只參與同步，但沒(méi)有MAC地址的設(shè)備。監(jiān)聽(tīng)及保持方式(SniffandHoldmode)指微微網(wǎng)中從設(shè)備的兩種低功耗工作方式。

藍(lán)牙未來(lái)發(fā)展八大趨勢(shì)芯片價(jià)格持續(xù)下降

英國(guó)CSR生產(chǎn)的主要藍(lán)牙芯片產(chǎn)品，目前售價(jià)約為7美元～8美元/顆，隨著公司陸續(xù)推出新產(chǎn)品，預(yù)計(jì)秋季時(shí)將降價(jià)至5美元、而年底時(shí)降至3美元左右。

芯片越來(lái)越小巧

藍(lán)牙的技術(shù)界面是專用半導(dǎo)體集成電路芯片，用于嵌入電子器件內(nèi)。而與用戶直接見(jiàn)面的產(chǎn)品界面則是各種時(shí)尚電子產(chǎn)品。因此，藍(lán)牙技術(shù)要嵌入到電子器件內(nèi)就要考慮藍(lán)牙的芯片尺寸，它必須具有小巧、廉價(jià)、結(jié)構(gòu)緊湊和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)才能放進(jìn)蜂窩電話中。

向單芯片方向發(fā)展

目前已經(jīng)有所突破，法國(guó)AlcatelMicroelectronics等公司在ISSCC2001上發(fā)表了用于藍(lán)牙的單芯片LSI，CSR公司也推出了嵌入電池中的單芯片藍(lán)牙ICBlueCore01。

產(chǎn)品具有兼容性

目前的產(chǎn)品一致性測(cè)試都已經(jīng)沒(méi)問(wèn)題，但是無(wú)法互通，藍(lán)牙只有成為無(wú)線通信的“世界語(yǔ)”才有意義。SIG已召集制造商開(kāi)了兩次會(huì)議來(lái)測(cè)試各自藍(lán)牙產(chǎn)品基礎(chǔ)組件間的兼容情況，測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的不兼容情況正在解決之中。

與其它技術(shù)的共存

藍(lán)牙只是WLAN中重要的技術(shù)，有其局限性，WLAN網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要幾種技術(shù)的結(jié)合。如推進(jìn)10m近距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的委員會(huì)日前采納了可使藍(lán)牙和共存的技術(shù)提案。Intersil公司和SiliconWave公司宣布合作開(kāi)發(fā)兼容藍(lán)牙和標(biāo)準(zhǔn)的WLAN解決方案。Ashvattha半導(dǎo)體公司最近宣稱已經(jīng)開(kāi)發(fā)出RF單芯片系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以同時(shí)接收和發(fā)送GSM、藍(lán)牙和GPS信號(hào)。

眾多操作系統(tǒng)支持藍(lán)牙

微軟公司于2001年上市的Windows操作系統(tǒng)—————Whistler也支持藍(lán)牙。以IBM為首的眾多計(jì)算機(jī)廠商正在努力達(dá)成協(xié)議，為PC平臺(tái)制定藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，以解決不同設(shè)備之間的兼容性。

干擾問(wèn)題的解決

美國(guó)Mobilian公司推出了兼具無(wú)線LAN和Bluetooth功能的芯片組。這個(gè)由兩個(gè)芯片構(gòu)成的芯片組具備無(wú)線LAN的標(biāo)準(zhǔn)方式的無(wú)線收發(fā)功能和藍(lán)牙功能。

由于和藍(lán)牙的載波頻帶都使用頻帶，當(dāng)同時(shí)收發(fā)這兩種規(guī)格的數(shù)據(jù)時(shí)，有可能引起數(shù)據(jù)包沖突等電波干擾，一直無(wú)法同時(shí)應(yīng)用。Mobilian公司此次開(kāi)發(fā)的芯片組中，通過(guò)采用消除電波干擾的方法，實(shí)現(xiàn)了兩種規(guī)格數(shù)據(jù)通信的同時(shí)進(jìn)行。

支持漫游功能

藍(lán)牙技術(shù)可以在微網(wǎng)絡(luò)或擴(kuò)大網(wǎng)之間切換，但每次切換都必須斷開(kāi)與當(dāng)前PAN的連接。為解決此問(wèn)題，Commil技術(shù)公司設(shè)計(jì)了一種系統(tǒng)，即使在藍(lán)牙模式不同入口點(diǎn)之間漫游，仍可以維持連續(xù)的、不中斷的數(shù)據(jù)和聲音交流。這種藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供很好的連接，其中一個(gè)連接是從一個(gè)藍(lán)牙入口點(diǎn)出發(fā)，在運(yùn)作中保證不斷開(kāi)。

藍(lán)牙技術(shù)的安全性

１．概論藍(lán)牙技術(shù)基于芯片，提供短距離范圍的無(wú)線跳頻通信。它有很低的電源要求，并且可以被嵌入到任何數(shù)字設(shè)備之中。具有藍(lán)牙芯片的數(shù)字設(shè)備，比如便攜計(jì)算機(jī)、手機(jī)、ＰＤＡ，可以通過(guò)藍(lán)牙移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。幾年內(nèi)，藍(lán)牙將會(huì)出現(xiàn)在電視機(jī)、Ｈｉ－Ｆｉｓ、ＶＣＲ和微波爐等設(shè)備之中。

藍(lán)牙采用的無(wú)線跳頻技術(shù)使人們誤認(rèn)為藍(lán)牙的安全機(jī)制已經(jīng)解決?？墒菍?shí)際上，無(wú)線跳頻技術(shù)對(duì)于竊聽(tīng)者和截取者不是一個(gè)技術(shù)障礙。目前的藍(lán)牙芯片和設(shè)備并不具備數(shù)據(jù)的保密、數(shù)據(jù)的完整性和用戶身份認(rèn)證等安全措施。

同其他無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)一樣，藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初，由于沒(méi)有考慮安全機(jī)制的設(shè)計(jì)，時(shí)至今日仍然面對(duì)著許多安全問(wèn)題。第一代移動(dòng)通信同樣沒(méi)有設(shè)計(jì)安全機(jī)制，致使第一代可移動(dòng)通信設(shè)備可以被仿造和監(jiān)聽(tīng)。第二代移動(dòng)通信ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)雖然使用了加密算法對(duì)用戶進(jìn)行鑒別，但是加密算法比較弱，已經(jīng)十分容易被破譯，在互聯(lián)網(wǎng)上就可以下載破譯軟件；對(duì)語(yǔ)音信號(hào)沒(méi)有有效的加密措施，不但手機(jī)上沒(méi)有加密措施，機(jī)站間也沒(méi)有加密措施。

目前，互聯(lián)網(wǎng)和第三代移動(dòng)通信以及ＷＡＰ都采用ＰＫＩ技術(shù)及公開(kāi)密鑰算法和對(duì)稱密鑰算法的混合使用來(lái)保證可鑒別性、數(shù)據(jù)完整性和保密性以及通信的不可否定性。

現(xiàn)在，藍(lán)牙技術(shù)在ＳＩＧ討論藍(lán)牙協(xié)議２．０版本的同時(shí)，工業(yè)界已實(shí)施藍(lán)牙協(xié)議的１．０版和１．０Ｂ版。目前，基于１．０Ｂ版的協(xié)議棧進(jìn)入使用階段，各種藍(lán)牙設(shè)備業(yè)已面世或在研發(fā)之中。

藍(lán)牙技術(shù)在誕生之初，并沒(méi)有考慮其安全性的問(wèn)題。雖然現(xiàn)在已提供１２８位的芯片號(hào)作為設(shè)備的鑒權(quán)號(hào)，可是它在通信中可以被篡改和冒用。

ＳＩＧ最近開(kāi)始重視藍(lán)牙的安全問(wèn)題，并且初步提出了藍(lán)牙安全的模式１、模式２和模式３。由于模式３的詳細(xì)安全方案仍在討論中，本文主要以模式２為基點(diǎn)討論藍(lán)牙的安全性。

４安全的技術(shù)實(shí)施

（１）ＤＨ方案

使用ＤＨ算法建立雙方加密信息所用的密鑰，其工作流程如下。

在第一次通信中，當(dāng)通信狀態(tài)已經(jīng)確立后，發(fā)送方通過(guò)無(wú)線跳頻信號(hào)傳送Ａ給接收方。

Ａ＝ｇ＾ｘｍｏｄｐ

接收方在收到Ａ之后，發(fā)送Ｂ給發(fā)送方。

Ｂ＝ｇ＾ｙｍｏｄｐ

然后，發(fā)送方和接收方做以下計(jì)算：

ｋｅｙ＝ｇ＾ｘｙｍｏｄｐ

由于雙方都具有了ｋｅｙ，當(dāng)雙方作進(jìn)一步通信時(shí)，它們可以對(duì)發(fā)送文件或數(shù)據(jù)Ｍ作加密。

Ｃ＝ｋｅｙＭ

接收方可以使用同樣的ｋｅｙ得到明文。Ｍ＝ｋｅｙＣ

ＤＨ方案有它的缺點(diǎn)，即主要是對(duì)用戶沒(méi)有作身份認(rèn)證。

（２）ＲＳＡ方案

ＲＳＡ方案可以有效地解決用戶的身份認(rèn)證和密鑰的確立，其工作流程如下。

Ａ和Ｂ是藍(lán)牙無(wú)線通信的使用者，Ａ和Ｂ在同一個(gè)ＣＡ（電子證書(shū)機(jī)構(gòu)）拿到自己的電子證書(shū)，其中包括自己的公鑰和有效等。它們也擁有ＣＡ的證書(shū)。

Ａ和Ｂ通信時(shí)：

第一步，Ａ將自己的證書(shū)送給Ｂ，Ｂ驗(yàn)證Ａ的證書(shū)。

第二步，確認(rèn)Ａ的證書(shū)后，Ｂ將自己的證書(shū)送給Ａ。

第三步，Ａ確認(rèn)Ｂ的證書(shū)后，用Ｂ的公鑰加密。一個(gè)用于數(shù)據(jù)加密的對(duì)稱密鑰，它的運(yùn)算如下：

Ｃ＝（ｋｅｙ）ＰＢｍｏｄＮ

其中Ｎ＝ｐ．ｑ，ｐ和ｑ是兩個(gè)大的素?cái)?shù)，Ｎ是模，ＰＢ是公鑰。

第四步，Ｂ收到Ｃ之后，做以下運(yùn)算：

ｋｅｙ＝ＣＲＢｍｏｄＮ

ＲＢ是Ｂ的密鑰。

第五步，在第四步結(jié)束后，雙方都擁有ｋｅｙ，雙方的通信就可以用ｋｅｙ來(lái)加密Ｃ＝（Ｍ）ｋｅｙ，由于只有Ａ和Ｂ知道ｋｅｙ，所以加密后的Ｃ只有Ａ和Ｂ可以解密。

該協(xié)議棧和安全管理系統(tǒng)可以建立在任何基于ＲＦＣＯＭＭ的藍(lán)牙設(shè)備上。它的目標(biāo)是建立一套安全的藍(lán)牙通信機(jī)制。

在鑒別和認(rèn)證的過(guò)程中，以前的一些藍(lán)牙設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的鑒別。該例子可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身份的鑒別，它還有以下其他優(yōu)點(diǎn)。

１）不僅可以對(duì)設(shè)備認(rèn)證，還可以對(duì)用戶的身份認(rèn)證，防止冒用和偽造設(shè)備。在Ｌ２ＣＡＰ或ＲＦＣＯＭＭ中調(diào)用函數(shù)ＭＤＨ（ｅｌｅｍｅｎｔ，Ｒｏｏｔ，ｍｏｄｎｌｎ，ＶＡＲ１，ＶＡＲ２，ＶＡＲ）建立兩方共享的密鑰和實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的認(rèn)證。

２）加密可靠和安全，加密方法靈活。加密功能可以由ＥＸＢＸ、ＲＦＣＯＭＭ或Ｌ２ＣＡＰ調(diào)用安全管理系統(tǒng)的ＥＡ（Ｄａｔｅ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ１）實(shí)現(xiàn)，由ＣＡ（Ｄａｔｅ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ１）實(shí)現(xiàn)解密。

３）數(shù)據(jù)的完整性。系統(tǒng)可以檢測(cè)干擾和傳輸信號(hào)的改變。在任何一級(jí)協(xié)議中，通過(guò)調(diào)用ＭＡＣ（Ｄａｔａ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ１、ＶＡＲ２）可以發(fā)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)所受到的干擾和改變。

５結(jié)論藍(lán)牙技術(shù)正在引起越來(lái)越廣泛的重視，在工業(yè)和家庭方面的應(yīng)用也越來(lái)越多。它的安全性隨著它的應(yīng)用將被使用者重視，設(shè)計(jì)和規(guī)劃藍(lán)牙的安全已成為刻不容緩的任務(wù)。本文的目的旨在拋磚引玉，引發(fā)業(yè)內(nèi)專家的討論和參考，將藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)得更完善和更實(shí)用。

２藍(lán)牙的安全結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)成為全球電信和電子技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)。新開(kāi)發(fā)的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品也層出不窮。藍(lán)牙技術(shù)正在被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、ＰＤＡ和其他領(lǐng)域。

藍(lán)牙芯片是藍(lán)牙設(shè)備的基礎(chǔ)。西方國(guó)家已生產(chǎn)了基于不同技術(shù)（ＣＭＯＳ、絕緣體硅片等）的藍(lán)牙芯片