藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍(lán)牙技術(shù)的起源

“藍(lán)牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國(guó)王，他將當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來(lái)。用他的名字來(lái)命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來(lái)的意思。藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價(jià)地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備（各種移動(dòng)設(shè)備、固定通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)，如數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等，甚至各種家用電器、自動(dòng)化設(shè)備）呈網(wǎng)狀鏈接起來(lái)。藍(lán)牙技術(shù)將是網(wǎng)絡(luò)中各種外圍設(shè)備接口的統(tǒng)一橋梁，它消除了設(shè)備之間的連線，取而代之以無(wú)線連接。

藍(lán)牙技術(shù)的形成背景及現(xiàn)狀

1998年5月，愛(ài)立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無(wú)線傳輸應(yīng)用技術(shù)。這五家廠商還成立了藍(lán)牙特別興趣組，以使藍(lán)牙技術(shù)能夠成為未來(lái)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。芯片霸主Intel公司負(fù)責(zé)半導(dǎo)體芯片和傳輸軟件的開發(fā)，愛(ài)立信負(fù)責(zé)無(wú)線射頻和移動(dòng)電話軟件的開發(fā)，IBM和東芝負(fù)責(zé)筆記本電腦接口規(guī)格的開發(fā)。1999年下半年，著名的業(yè)界巨頭微軟、摩托羅拉、三康、朗訊與藍(lán)牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍(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”熱潮。全球業(yè)界即將開發(fā)一大批藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品，使藍(lán)牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場(chǎng)前景，并預(yù)示著21世紀(jì)初將迎來(lái)波瀾壯闊的全球無(wú)線通信浪潮。

目前，藍(lán)牙技術(shù)已被普遍應(yīng)用在筆記本電腦上，以幫助兩臺(tái)(或多臺(tái))筆記本電腦之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。較紅外線傳輸“必須保證傳輸信息的兩個(gè)設(shè)備正對(duì)，且中間不能有障礙物”、“幾乎無(wú)法控制信息傳輸?shù)倪M(jìn)度”、“沒(méi)有成為被廣泛接受的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備種類不多”等致命的缺陷，藍(lán)牙的優(yōu)勢(shì)顯示出了勃勃生機(jī)。全世界已有2161 家公司參加了SIG (Special Interest Group)組織，并正在共同制定藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。SIG的核心公司除上述最初提出開發(fā)藍(lán)牙技術(shù)的5家公司外，還有3com、Lucent技術(shù)、微軟和摩托羅拉4 家。SIG 成員公司包括：PC個(gè)人電腦、移動(dòng)電話、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備、外圍輔助設(shè)備和A/ V設(shè)備、通訊設(shè)備和汽車電子、自動(dòng)售貨機(jī)、醫(yī)藥器械、計(jì)時(shí)裝置等諸多領(lǐng)域的設(shè)備制造公司。

藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn)

藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，使用擴(kuò)頻技術(shù)也可擴(kuò)展到5個(gè)時(shí)隙。同時(shí)，藍(lán)牙技術(shù)支持1個(gè)異步數(shù)據(jù)通道或3個(gè)并發(fā)的同步話音通道，或1個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個(gè)話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應(yīng)答速率為57. 6 kb/s的非對(duì)稱連接，或者是432. 6 kb/s的對(duì)稱連接。

依據(jù)發(fā)射輸出電平功率不同，藍(lán)牙傳輸有3 種距離等級(jí)：Class1 為100m左右；Class2 約為10m；Class3 約為2-3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m半徑之內(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備間的互聯(lián)。

藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)包括：1、采用跳頻技術(shù)，數(shù)據(jù)包短，抗信號(hào)衰減能力強(qiáng)；2、采用快速跳頻和前向糾錯(cuò)方案以保證鏈路穩(wěn)定，減少同頻干擾和遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響；3、使用2.4GHzISM頻段，無(wú)須申請(qǐng)?jiān)S可證；4、可同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、音頻、視頻信號(hào)；5、采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。 

藍(lán)牙匹配規(guī)則及使用注意

藍(lán)牙技術(shù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)開放性無(wú)線接入技術(shù)，用戶在使用時(shí)必須了解和遵守其標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范。

兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會(huì)被經(jīng)過(guò)允許的另一個(gè)設(shè)備所接受。

藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備分為兩種：主設(shè)備和從設(shè)備。

藍(lán)牙主設(shè)備特點(diǎn)：主設(shè)備一般具有輸入端。在進(jìn)行藍(lán)牙匹配操作時(shí)，用戶通過(guò)輸入端可輸入隨機(jī)的匹配密碼來(lái)將兩個(gè)設(shè)備匹配。藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都是主設(shè)備。（例如：藍(lán)牙手機(jī)和藍(lán)牙PC進(jìn)行匹配時(shí)，用戶可在藍(lán)牙手機(jī)上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍(lán)牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，來(lái)完成這兩個(gè)設(shè)備之間的匹配。）

藍(lán)牙從設(shè)備特點(diǎn)：從設(shè)備一般不具備輸入端。因此從設(shè)備在出廠時(shí)，在其藍(lán)牙芯片中，固化有一個(gè)4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍(lán)牙耳機(jī)、優(yōu)士通UD筆等都是從設(shè)備。（例如：藍(lán)牙PC與UD筆匹配時(shí)，用戶將UD筆上的藍(lán)牙匹配密碼正確的輸入到藍(lán)牙PC上，完成UD筆與藍(lán)牙PC之間的匹配。）

主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無(wú)法匹配的。例如：藍(lán)牙PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起；藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。

一個(gè)主設(shè)備，根據(jù)其類型的不同，可匹配一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備。例如：一部藍(lán)牙手機(jī)，一般只能匹配7個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。而一臺(tái)藍(lán)牙PC，可匹配十多個(gè)或數(shù)十個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。

在同一時(shí)間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。

藍(lán)牙技術(shù)在優(yōu)士通UD筆中的應(yīng)用

優(yōu)士通UD筆內(nèi)的藍(lán)牙模塊，采用了藍(lán)牙1.1規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的從設(shè)備類型模塊設(shè)計(jì)。

基于數(shù)據(jù)通訊的安全考慮，一只UD筆在同一時(shí)間內(nèi)，只能與一個(gè)主設(shè)備保持通訊。

一臺(tái)電腦，可同時(shí)匹配多支UD筆。但同一時(shí)間內(nèi)，僅能有一支UD筆可與電腦保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

舉例來(lái)說(shuō)：如果你先把UD筆匹配到了A電腦，再將UD筆和B電腦進(jìn)行了匹配操作。這時(shí)，筆就會(huì)斷開與A電腦的配對(duì)，只保持與B電腦配對(duì)。其具體示例如下：

藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)      
    藍(lán)牙通信用的是頻率為2.4ＧＨｚ未授權(quán)的ＩＳＭ頻帶。收發(fā)信號(hào)機(jī)利用跳頻來(lái)減少干擾和信號(hào)衰減。典型藍(lán)牙設(shè)備利用的范圍為10ｍ。通信信道可以支持?jǐn)?shù)據(jù)(異步)和話音(同步)通信，總帶寬為1Ｍｂｉｔ／ｓ。支持的信道配置見表1。

    另外，還可通過(guò)預(yù)留固定間隔的插槽實(shí)現(xiàn)電路交換來(lái)提供同步話音信道。同步鏈路是指同步面向連接鏈路(ＳＣＯ)。異步鏈路是指異步無(wú)連接鏈路(ＡＣＬ)，它采用分組交換技術(shù)，利用輪詢接入方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還定義了組合數(shù)據(jù)和話音的同步面向連接包(ＳＣＯ ｐａｃｋｅｔ)。從而保證了在每個(gè)方向上可以提供速率為64ｋｂｉｔ／ｓ的話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 
藍(lán)牙技術(shù)微網(wǎng)(Ｐｉｃｏｎｅｔ)簡(jiǎn)介  
    一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以與一個(gè)或多個(gè)其他藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)不同方式進(jìn)行交互。最簡(jiǎn)單的情形是只有兩個(gè)設(shè)備，稱為點(diǎn)到點(diǎn)通信，其中一個(gè)設(shè)備作為主設(shè)備，另一個(gè)設(shè)備作為輔設(shè)備。這種專門的網(wǎng)絡(luò)即稱為微網(wǎng)。事實(shí)上，微網(wǎng)是任何一個(gè)既帶主設(shè)備又帶一個(gè)或多個(gè)輔設(shè)備的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。微網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)有多個(gè)輔設(shè)備時(shí)，通信拓?fù)浼礊辄c(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，微網(wǎng)中的所有設(shè)備共享信道及帶寬。一個(gè)微網(wǎng)可以有7個(gè)激活的輔設(shè)備。每個(gè)激活的輔設(shè)備都有一個(gè)分配的3位數(shù)(3ｂｉｔ)激活成員地址(ＡＭ—ＡＤＤＲ)。 

    新加入的輔設(shè)備也可與主設(shè)備保持同步，但是沒(méi)有激活成員地址，因而這些輔設(shè)備未被激活，稱為待命(ｐａｒｋｅｄ)設(shè)備。當(dāng)激活和待命設(shè)備同時(shí)存在時(shí)，所有信道均由主設(shè)備調(diào)控。一個(gè)待命設(shè)備有一個(gè)8位數(shù)的待命成員地址(ＰＭ—ＡＤＤＲ)，這樣待命設(shè)備的數(shù)量就限制在256個(gè)。一個(gè)待命設(shè)備能與主 設(shè)備時(shí)鐘保持同步，而且可以快速被激活，從而可以實(shí)現(xiàn)在微網(wǎng)中通信。 
藍(lán)牙技術(shù)分散網(wǎng)(Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ)簡(jiǎn)介 
    如果兩個(gè)微網(wǎng)在同一覆蓋區(qū)域內(nèi)，假設(shè)某用戶在一個(gè)包含手機(jī)和計(jì)算機(jī)的微網(wǎng)中，而隔壁的用戶在一個(gè)包含手機(jī)、耳機(jī)和名片掃描器的微網(wǎng)中，由于兩個(gè)微網(wǎng)離得很近，它們的覆蓋區(qū)會(huì)重疊，這種情況稱為分散網(wǎng)（ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ）。一個(gè)ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。事實(shí)上，一個(gè)微網(wǎng)中的輔設(shè)備可以作為主設(shè)備或輔設(shè)備加入到另一個(gè)微網(wǎng)中，這要通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)來(lái)完成。在一個(gè)ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ中，兩個(gè)(或多個(gè))微網(wǎng)在時(shí)間或頻率上均不同步，每個(gè)微網(wǎng)都在自己的跳頻信道內(nèi)運(yùn)行，而多個(gè)微網(wǎng)中的任何設(shè)備通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)可在適當(dāng)時(shí)間加入。 

藍(lán)牙技術(shù)鑒權(quán)和私密性 
    雖然鑒權(quán)和私密性可以在軟件協(xié)議層解決，但是藍(lán)牙物理層也提供這些功能。用戶可以規(guī)定某個(gè)連接是單向、雙向還是無(wú)需鑒權(quán)。鑒權(quán)通過(guò)采用問(wèn)詢／回應(yīng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)支持40或64位的密碼。密碼管理可在軟件層完成。所有藍(lán)牙設(shè)備都以相同方式在這種物理層上確保安全性。當(dāng)然，對(duì)于高度機(jī)密的應(yīng)用，最好在網(wǎng)絡(luò)傳輸層或應(yīng)用層采用更先進(jìn)的運(yùn)算法則。 
藍(lán)牙技術(shù)硬件要求 
    藍(lán)牙硬件可以分為無(wú)線模塊和鏈路模塊?，F(xiàn)在，一個(gè)包含無(wú)線和鏈路子系統(tǒng)的完整藍(lán)牙硬件模塊的成本在25～30美元之間。但是業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認(rèn)為在未來(lái)的幾年內(nèi)會(huì)降至5美元。 
藍(lán)牙技術(shù)無(wú)線模塊 
    如上所述，藍(lán)牙設(shè)備是在2.4ＧＨｚ的工業(yè)科研醫(yī)藥(ＩＳＭ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ)頻帶內(nèi)運(yùn)行的，2400～2483.5ＭＨｚ的頻率范圍在大多數(shù)國(guó)家是無(wú)需許可的頻段。當(dāng)然，與許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一樣，它也有一些例外，如法國(guó)的的2446.5～2483.5ＭＨｚ和西班牙的2445～2475ＭＨｚ，目前這兩個(gè)市場(chǎng)上使用的藍(lán)牙產(chǎn)品均為當(dāng)?shù)囟ㄖ瓢姹?，無(wú)法與使用全部頻率范圍內(nèi)的國(guó)際版本實(shí)現(xiàn)互操作。這些本地化版本的頻段范圍更小，跳頻算法也有不同。然而，藍(lán)牙ＳＩＧ正與這兩個(gè)國(guó)家的有關(guān)機(jī)構(gòu)溝通以開通整個(gè)頻率范圍。為了簡(jiǎn)便起見，這里只介紹國(guó)際頻率范圍實(shí)施的情況。 
    所使用的ＲＦ信道的頻率在2402～2480ＭＨｚ，信道間隔為1ＭＨｚ。業(yè)界己實(shí)施了跳頻以降低干擾和信號(hào)衰減。這意味著信道每隔625μｓ就會(huì)跳到2402～2480ＭＨｚ范圍內(nèi)的另一個(gè)頻率，即相當(dāng)于1600跳／ｓ的速率。每個(gè)微網(wǎng)都有一個(gè)獨(dú)特的跳頻序列，這種序列是根據(jù)一種使用主設(shè)備的藍(lán)牙設(shè)備地址的算法確定的。微網(wǎng)中的所有藍(lán)牙單元都與這個(gè)跳頻序列實(shí)現(xiàn)同步。 
    所有數(shù)據(jù)包傳輸都從某個(gè)時(shí)隙的開始部分開始，一個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸也許需要多達(dá)5個(gè)時(shí)隙。一種時(shí)分雙工機(jī)制被用于支持全雙工傳輸，在每個(gè)偶數(shù)號(hào)插槽內(nèi)，主設(shè)備開始傳輸；而在奇數(shù)號(hào)插槽，輔設(shè)備也開始傳輸。此外，這些時(shí)隙還可預(yù)留用于同步應(yīng)用，如話音數(shù)據(jù)等。 
    藍(lán)牙設(shè)備是以3個(gè)不同的功率級(jí)別分類的，見表2。 

    由于成本和電池使用壽命方面的問(wèn)題，大多數(shù)便攜式藍(lán)牙設(shè)備都可能屬于第1級(jí)或第2級(jí)。功率級(jí)別為1的設(shè)備要求進(jìn)行功率控制以限制傳輸功率，使其不要超過(guò)200ｄＢｍ。雖然成本較高且功率較大，但它可以提供遠(yuǎn)達(dá)100ｍ的覆蓋范圍，這對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)和其他要求更大范圍的應(yīng)用已經(jīng)足夠了。 
    藍(lán)牙無(wú)線模塊利用高斯移頻鍵控制(ＧＦＳＫ)來(lái)進(jìn)行調(diào)制。藍(lán)牙ＳＩＧ發(fā)布的藍(lán)牙系統(tǒng)規(guī)范第一部分對(duì)無(wú)線模塊作了詳細(xì)介紹。藍(lán)牙使用一種二進(jìn)制系統(tǒng)，其中正頻率偏移表示1，負(fù)頻率偏移表示0。