浅谈蓝牙技术

1 蓝牙技术概况
1.1 蓝牙的起源
蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand，因为他十分喜欢吃蓝梅，所以牙齿每天都带着蓝色。蓝牙将当时的瑞典、芬兰与丹麦都统一了起来。
1999年12月1日，蓝牙特殊利益集团——Bluetooth SIG发布了蓝牙技术最新标准1.0B版。发展至今，加盟的公司已超过2000多家。一项公开的全球统一的技术规范能得到工业界如此广泛的关注和支持是前所未有的。当然，这主要得益于蓝牙技术本身所具有的广阔应用前景和诱人的商机。
1.2 蓝牙技术的特点
蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备呈网状链接起来。
蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。
蓝牙作为一种新兴的短距离无线通信技术已经在各个领域得到广泛应用，它提供低成本、低功耗、近距离的无线通信，构成固定与移动设备通信环境中的个人网络，使得近距离内各种信息设备能够实现无缝资源共享。
2 蓝牙系统的参数指标及组成
2.1 蓝牙系统结构基本系统参数及指标
工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz
双工方式：TDD
业务类别：同时支持电路交换及分组交换业务
数据标称速率：1Mbit/s
异步信道速率：非对称连接723.2kbit/s 57.6kbit/s
对称连接：433.9kbit/s (全双工模式)
同步信道速率：64kbit/s (3个全双工信道)
信道间隔：1MHz
信道数：79
发射功率及覆盖：0dBm(1mW)，1—10m覆盖，20dBm(100mW)，扩展至100m覆盖
跳频频点数：79个频点/MHz(2408 k(MHz)，k=0，1，2……78)；
跳频速率：1600次/s
工作模式：Active/Sniff/Hold/Park
数据连接方式：面向连接业务SCO(话音，电路交换、预留时隙)、无连接业务ACL(分组数据、分组交换、轮询)
纠错方式：1/3FEC(3bit重复码)，2/3FEC(截短Hamming码)，CRC—16，ARQ
鉴权：反应逻辑算术方式
密钥：以8bits为单位增减，最长128bits
安全机制：链路级，认证基于共享链路密钥询问/响应机制，认证和加密密钥生成基于SAFER 算法
话音编码方式：CVSD或对数PCM
网络拓扑结构：Ad hoc(无中心自组织)结构，Piconet及Scatternet
2.2 蓝牙系统的组成
蓝牙系统由无线单元、链路控制单元、链路管理和软件结构和协议体系组成。
2.2.1 无线单元 蓝牙天线属于微带天线，空中接口是建立在天线电平为0dBm基础上的，遵从美国联邦通信委员会有关0dBm电平的ISM频段的标准。
2.2.2 链路控制单元 链路控制单元（即基带）描述了硬件——基带链路控制器的数字信号处理规范。
2.2.3 链路管理器 链路管理器(LM)软件模块设计了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。
2.2.4 软件结构和协议体系 蓝牙设备应具有互操作性，即任何蓝牙设备之间都应能够实现互通互连，这包括硬件和软件。
设计协议和协议栈的主要原则是尽可能地利用现有各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性；充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统和蓝牙技术规范的开放性，便于开发新的应用。具体的协议按SIG的需要分为4层：核心协、RFCOMM电缆替代协议、TCS电话控制协议以及与Internet相关的高层协议
3 蓝牙的信息安全机制
由于蓝牙通信标准是以无线电波作为媒介，第三方可能轻易截获信息，所以蓝牙技术必须采取一定的安全保护机制，尤其在电子交易应用时。为了提供使用的安全性和信息的可信度，系统必须在应用层和链路层提供安全措施。
随机数发生器在蓝牙标准中有重要应用，例如在生成认证密钥和加密密钥中以及查询-应答方案中等。
蓝牙单元密钥长度不能由单元制造者预置，不能由用户设置。蓝牙基带标准规定不接收由高层软件给出的加密密钥以防止使用者完全控制密钥长度。包括密钥类型、密钥生成与初始化。
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4 蓝牙技术组网方案
给出了一种无线办公网络具体应用的原理图。蓝牙网关通过RJ45 插头与局域网接入接口相连；图中的个人电脑及各种设备均需安装有蓝牙通用模块或蓝牙网卡，以使其蓝牙化。蓝牙网关与各终端的最大直线不能大于100m，且一个蓝牙网关最多可连接7个带通用外界模块的设备。
组网方案中，主要部件功能如下：
4.1 蓝牙网关
采用时分多址技术，支持异步数据，支持点对点、点对多点的蓝牙数据通信；
具有同时与有线网络和蓝牙设备通信的接口及能力；在安全的基础上实现蓝牙地址与IP地址间的地址解释；实现IP网际协议以及TCP传输控制协议，从而能够完成蓝牙协议与TCP/IP的协议转换；在底层协议栈的基础上，通过实行特定的蓝牙路由机制解决匹克网间的路由问题，以最终解决蓝牙不同匹克网间不同单元的通信问题。
4.2 网络适配器
安装在网络内部的PC机、笔记本电脑上，使设备蓝牙化。
4.3 为了使得办公室内部的打印机、投影仪、扫描仪等办公设备具有蓝牙功能，选用金欧公司的通用蓝牙模块，该通用蓝牙模块具有串口、USB 和并口可供选择。
5 蓝牙技术的应用展望
我们平时经常看到蓝牙技术在笔记本电脑，手提电脑和蜂窝式电话方面的应用。由于用蓝牙技术可以组成个人局域网，它还能应用到其他许多方面。例如瑞典律勒欧科技大学EIS实验室就开发出无线个人局域网，对曲棍球运动员进行实时检测，培养曲棍球运动员。蓝牙技术还可以用在遥控汽车上。SigmaComtech介绍了一种用具有蓝牙功能的操作杆来无线控制汽车，输入指令从操纵杆传送到计算机，由其产生控制信号发送给汽车。这一平台还可以在工业应用中使用。
由于市场需求，越来越多的蓝牙硅片即将投入生产。旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、零售商场、会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。BluetoothSiG现已拥有2400家会员公司，预计2015年蓝牙芯片将达14亿片，应用机器近7亿台。
畅游在蓝牙技术的梦想中，你会发现蓝牙技术无所不能。稍稍关注一下网络高科技市场，就会发现蓝牙技术从诞生的那一天起，就一直被人们寄予了极高的期望。相信随着科技的进一步发展，蓝牙技术必将获得更加广泛的应用。

参考文献：
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