蓝牙技术的发展史以及现在发展现状.doc

蓝牙技术及其发展现状一:蓝牙的标志二:Bluetooth的背景蓝牙这项技术标准，是以公元十世纪统一了丹麦和挪威的丹麦国王Harald Blaatand (Bluetooth) II而命名的，寓意实现通讯与计算机工业的无缝连接。事实上，它很快从最初的电缆替代延伸为面向个人无线网(WPAN)的应用标准。蓝牙技术的出现是以因特网为代表的数据通信和移动通信技术高速发展的结果。专家指出，现代信息社会走过了计算机时代、互联网时代，全球通信网络基础设施已初步形成。现代信息社会的高级阶段，应当是保证每个人、每件智能设备都能时时刻刻、随时随地、方便地连接在网络上，蓝牙技术正是面向这一目标，它定位在现代通信网络的最后10米，象一种无处不在的、数字化的神经末梢一样，把现有的各种信息化设备在近距离内连接起来。三:Bluetooth的技术特点简单地说，蓝牙是一种短程宽带无线电技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。Bluetooth的主要技术特点： 工作频段：2.4GHz的工科医（ISM）频段，无需申请许可证。大多数国家使用79个频点，载频为(2402+k)MHz（k=0，1, 278），载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。 传输速率：1Mb/s。 调试方式：BT=0.5的GFSK调制，调制指数为0.28-0.35。 采用跳频技术：跳频速率为1600跳/秒，在建链时（包括寻呼和查询）提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性。 语音调制方式：连续可变斜率增量调制（CVSD，Continuous Variable Slope Delta Modulation），抗衰落性强，即使误码率达到4%，话音质量也可接受。 支持电路交换和分组交换业务：蓝牙支持实时的同步定向联接（SCO链路）和非实时的异步不定向联接（ACL链路），前者主要传送语音等实时性强的信息，后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道，或三个并发的同步话音通道，或同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称全双工通信。 支持点对点及点对多点通信：蓝牙设备按特定方式可组成两种网络：微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet)，其中微微网的建立由两台设备的连接开始，最多可由八台设备组成。在一个微微网中，只有一台为主设备（Master），其它均为从设备（Slave），不同的主从设备对可以采用不同的链接方式，在一次通信中，链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念。 工作距离：蓝牙设备分为三个功率等级，分别是：100mW（20dBm）、2.5mW（4dBm）和1mW（0dBm），相应的有效工作范围为：100米、10米和1米。 四:Bluetooth的系统构成任何一个Bluetooth系统都包括以下四个基本组成部分 无线射频单元(Radio)：负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。 基带或链路控制单元(Link Controller)：进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。 链路管理单元(Link Manager)：负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。 软件：完整的蓝牙协议包括两部分。 第一部分为核心协议（Core）部分，包括基带协议（Base-band）、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）以及业务搜寻协议（SDP）。基带和LMP负责蓝牙单元间链接的建立；L2CAP完成基带与上层协议间的适配，它通过协议复用、分割与重组等技术为上层协议提供数据业务，允许上层协议收发64K字节的L2CAP数据包；SDP是所有蓝牙应用模式的基础，蓝牙设备通过SDP查询临近蓝牙设备的信息和业务特征，从而建立相应的链接。第二部分为协议子集（Profile）部分，规定了不同蓝牙应用所需的协议和过程。图2所示电缆替代协议（RFCOMM）、电话控制协议（TSC BIN，AT命令集）、对象交换协议（OBEX）等均针对不同的应用而选用，属于应用专用协议。五:Bluetooth的应用蓝牙设备最重要的特性是互通性。为了确保互通性，Bluetooth 针对每一种应用都定义了专门的协议规范（Profile），目前已定义的典型应用模式包括： 一机三用电话模式（Cordless Telephony Profile）：根据所处的场所不同，手持电话机有三种使用方法：1）接入公用电话网，作为普通电话使用；2）作为不计费的内部电话使用；3）作为蜂窝移动电话使用； 互联网的网关模式（Intercom Profile）：由手机或无线Modem向PC机提供拔号入网和收发传真的功能； 头戴式设备模式（Headset Profile）：典型设备为无线耳机，可作为蜂窝电话、PC机的音频输入输出设备； 局域网访问模式（LAN Access）：允许多功能数据终端经局域网接入点（LAP）无线接入局域网； 文件传输模式（File Transfer）：提供两个终端之间的数据通信功能； 同步模式（Synchronization）：提供几种设备间资料的同步更新功能。 事实上，随着蓝牙技术的进一步发展，尤其是众多不同产业、不同厂家加盟Bluetooth SIG后，新的应用模式如网络打印、静态图像的传输、汽车应用平台、电子商务、工业自动化及信息安全等也都在探究之中。一方面新的应用模式在不断开发，另一方面针对已有的应用模式开发的实际应用也是丰富多彩。蓝牙系统的小功率、微型化、低成本以及与网络时代相适应的特点，使它可以在家庭和办公自动化、电子商务、工业控制、智能化小区等各种场合都具有广阔的应用前景，因此有专家预测今后蓝牙设备将会无处不在。蓝牙技术给手机提供了诸多应用空间，实现“一机三用电话模式”后，手机同时连接蜂房系统、PSTN和办公室电话系统，话费更合理、更经济；实现“头戴式设备模式”，可以通过免提耳机接听电话，更灵活更安全（尤其是在驾车时）；用户可以在PC和手机间交换名片，同步管理个人信息；PC可以通过手机上网；通过手机与数字照相机等电子设备的连接，可以随时随地将拍摄的图像传至指定的计算机，一方面免去电缆的不便，又可不受存储器容量的限制；此外，Bluetooth的安全保密特征可以大大扩展手机在电子商务方面的应用，如电子付帐、电子登记等。蓝牙技术的普及将进一步推动手机向集通信、证件、货币于一身的“手持通信计算机一体机”方向发展。六:Bluetooth的发展现状与展望蓝牙是小产品、大市场。影响蓝牙普及的基础是价格问题，目前业界普遍认为能否将蓝牙的应用成本降低至5美元，关系到蓝牙能否得到广泛应用。为了抢战庞大的蓝牙市场，包括爱立信、Texas Instruments、 Alcatel、 Atmel、 National Semiconductor等在内的国际知名芯片厂商纷纷投入蓝牙芯片的开发。在2000年最为引人注目的是英国的CSR公司，通过采用高频CMOS制造工艺，该公司在7-8月份爆出单片蓝牙8美元的低价，让业界为之震惊，也进一步鼓舞了开发者和投资者的信心。为了达到5美元的低价，目前许多公司正致力于开发一些专用的蓝牙芯片（如面向耳机应用等）。随着技术的发展，芯片厂商最终将会允许用户利用其内部的MCU和大容量FLASH进行嵌入式开发，为用户提供一个低成本的单CPU解决方案。现在，全球获得蓝牙认证的产品已有100多种。其中，用于笔记本电脑的蓝牙PCMCIA卡，是各大厂商争先开发的一个热点，是目前比较成熟的蓝牙产品；此外是各种基于蓝牙的网络接入设备、自动售货机、自动导游系统、蓝牙相机、打印机等产品。可以预见，今年是蓝牙产品从实验室走向市场的一年。短距离无线通信代表未来移动通信中的一个方向，Bluetooth并不是唯一的技术，相比IEEE802.11、HomeRF、HiperLAN等技术，Bluetooth的优势在于： 全球统一的、开放的技术标准； 技术先进与成本低廉的折衷考虑； 世界Bluetooth SIG知识产权共享的巨大诱惑力； 强大的技术推动：在蓝牙技术的背后是2000多家涉及计算机、家电、通信等领域的精英，如此众多企业聚集在一起，进行“竞争前的合作”，共同培育蓝牙市场，这在任何一项新技术的发展过程中是绝无仅有的。这一方面说明短距离无线通信市场的潜力巨大，同时也将产生一种滚雪球的效应，推动问题及障碍的解决，进一步完善技术，开拓更加广阔的应用市场。 近年来，世界上一些权威的标准化组织也都在关注蓝牙技术标准的制定和发展，如IEEE的标准化机构已经成立了802.15工作组，专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。最近，美国权威性杂志网络计算将蓝牙与IEEE802.11b无线局域网及宽带技术等评为“十年来十大热门新技术产品”。七:蓝牙技术版本截止2010年7月，蓝牙共有六个版本 V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0.以通讯距离来在不同版本可再分为 Class A(1)/Class B(2)。蓝牙1.0/1.2 技术解读1.1 为最早期版本，传输率约在748810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。1.2 同样是只有 748810kb/s 的传输率，但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。通讯距离版本a)Class A 是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，但因成本高和耗电量大，不适合作个人通讯产品之用(手机/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 等等)，故多用在部分商业特殊用途上，通讯距离大约在 80100M 距离之间。b)Class B 是目前最流行的制式，通讯距离大约在 830M 之间，视产品的设计而定，多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 的个人通讯产品上，耗电量和体积较细，方便携带。5）无论 1.1/1.2 版本的蓝牙产品，本身基本是可以支持 Stereo 音效的传输要求，但只能够作（单工）方式工作，加上音带频率响应不太足够，并未算是最好之 Stereo 传输工具。6）版本 2.0 是 1.2 的改良提升版，传输率约在 1.8M/s2.1M/s，可以有（双工）的工作方式。即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，台湾有部分蓝牙 Dongle 已经有在市面发售，但在手机内有支持蓝牙 2.0 版本则是很少。蓝牙耳机能够真正使用的亦不多，部分蓝牙产品自称是 2.0 版本，但仍然要利用外加配件才能达到。故相信最快也要到今年 911 月底才成气候，2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。7）稍后蓝牙 2.0 版本的芯片，是有机会加入了 Stereo 译码芯片，则连 A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）也可以不需要了。8) 2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(蓝牙核心规范3.0版 高速)。9 2010年七月七日 蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式采纳蓝牙4.0核心规范（Bluetooth Core Specification Version 4.0 ），并启动对应的认证计划。蓝牙技术解读目前应用最为广泛的是Bluetooth 2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth 2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG组织（Special Interest Group）推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。1. 改善装置配对流程：由于有许多使用者在进行硬件之间的蓝牙配对时，会遭遇到许多问题，不管是单次配对，或者是永久配对，在配对的过程与必要操作过于繁杂，以往在连接过程中，需要利用个人识别码来确保连接的安全性，而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接，举例来说，只要在手机选项中选择连接特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连结。而短距离的配对方面，也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（Near Field CoMMunication）机制。NFC是短距离的无线RFID技术，在针对12公尺的短距离联机应用上，以电磁波为基础，取代传统无线电传输。由于NFC机制掌控了配对的起始侦测，当范围内的2台装置要进行配对传输时，只要简单的在手机屏幕上点选是否接受联机即可。不过要应用NFC功能，系统必须要内建NFC芯片或者是具备相关硬件功能。2. 更佳的省电效果：蓝牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。一般来说，当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之后，蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态，当然，也因为这样，蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态，即使手机的其它组件都已经进入休眠模式。为了改善了这样这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低，也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。根据官方的报告，采用此技术之后，蓝牙装置在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。蓝牙3.0技术规范（2009年4月21日）2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(蓝牙核心规范3.0版 高速)，蓝牙3.0的核心是Generic Alternate MAC/PHY(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应用。作为新版规范，蓝牙3.0的传输速度自然会更高，而秘密就在802.11无线协议上。通过集成802.11 PAL(协议适应层)，蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数据传输)。，是蓝牙2.0的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量，但由于引入了增强电源控制(EPC)机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低，蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决。事实上，蓝牙联盟也正在着手制定新规范的低功耗版本。此外，新的规范还具备通用测试方法(GTM)和单向广播无连接数据(UCD)两项技术，并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度。据称，配备了蓝牙2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0。联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝牙3.0解决方案。蓝牙4.0技术规范（2010年4月22日）蓝牙技术联盟(SIG)周二（2010年4月20日）表示，蓝牙4.0技术规范已经基本成型，预计于今年第二季度发布。蓝牙4.0包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝 牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。拥有低成本，跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺)，而蓝牙4.0的有效传输距离可达到100米(约328英尺)。SIG表示，蓝牙4.0完整规范将于今年6月30日完成，而基于蓝牙4.0的设备有望于年底或2011年初上市。 蓝牙将迈入4.0时代。蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术，它将三种规格合而为一，分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术，这三个规格可以组合或者单独使用。SIG首席技术总监（CTO）葛立表示，全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术，是一个“三融技术”，首先蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势，同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙的特点，尤以低耗能技术为核心，大大拓展了蓝牙技术的市场潜力。低耗能蓝牙技术将为以纽扣电池供电的小型无线产品及感测器，进一步开拓医疗保健、运动与健身