蓝牙技术及其应用.doc

广 西 民 族 大 学通信原理与通信技术论文论文题目：蓝牙技术及其应用专业：计算机科学与技术班别： 07级计科学号：107253040141姓名：梁远明蓝牙技术及其应用摘要：蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，它基于蓝牙基带协议，采用跳频技术，使用2.4GHz ISM全球通用频段，结合了电路交换与分组交换的特点，能同时传送数据语音和数据。文章对蓝牙技术进行了分析和研究，对蓝牙技术的主要原理和应用进行了介绍。关键词：蓝牙技术, 无线技术，蓝牙应用引言人们使用的电子设备越来越多，随着电子设备信息交换的增多，电缆的连接缠绕也变得非常杂乱。为了省去电缆，简化设备间的连接，需要设计一种技术除去电缆连接。1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。概念蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，因此，目前无线通信的“蓝牙”刚刚露出一点儿芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。蓝牙技术具有以下明显的技术特征：能同时传送语音和数据；使用全球通用的频段；低成本、低功耗、体积小和安全性强等；能应用于各种电子设备；具有网络特性等。技术原理蓝牙中的主要技术 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、互操作的性能（Iteroperability）。 “蓝牙”技术的作用是简化小型网络设备（如移动PC、掌上电脑、手机）之间以及这些设备与Internet之间的通信，免除在无绳电话或移动电话、调制解调器、头套式送受话器、PDA、计算机、打印机、幻灯机、局域网等之间加装电线、电缆和连接器。此外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。 蓝牙的载频选用在全球都可用的2.45GHz工科医学（ISM）频带，其收发信机采用跳频扩谱（Frequency Hopping Spread Spectrum）技术，在2.45GHz ISM频带上以1600跳的速率进行跳频。依据各国的具体情况，以2.45GHz为中心频率，最多可以得到79个MHz带宽的信道。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kb/s，并采用低功率时分复用方式发射，适合英尺（约10m）范围内的通信。数据包在某个载频上的某个时隙内传递，不同类型的数据（包括链路管理和控制消息）占用不同信道，并通过查询（Inquiry）和寻呼（Paging）过程来同步跳频频率和不同蓝牙设备的时钟。除采用跳频扩谱的低功率传输外，蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。 蓝牙支持点到点和点到多点的连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微微网（Piconet），多个微微网又可互连成特殊分散网，形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。它能在一个微微网内寻址个设备（实际上互联的设备数量是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活个，其中个为主个为从）。 蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、方法和理论，包括无线通信与网络技术，软件工程、软件可靠性理论，协议的正确性验证、形式化描述和一致性与互联测试技术，嵌入式实时操作系统（Embedded RTOS），跨平台开发和用户界面图形化技术，软硬件接口技术（如RS232， UART，USB等），高集成、低功耗芯片技术 蓝牙系统组成 蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。 天线单元 蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的。空中接口遵循FCC有关的电平为0dBm的15M频段的标准。 链路控制（固件）单元 在目前蓝牙产品中，人们使用了个IC分别作为联接控制器、基带处理器以及射频传输接收器，此外还使用了个单独调谐元件。 基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。它有种纠错方案：比例前向纠错（FEC）码、比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案。采用FEC（前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。报头总有占比例的FEC码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。 链管理（软件）单元 链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务：发送和接收数据；请求名称；链路地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立；决定帧的类型。此外，LM模块还控制设备的工作状态即呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）三种模式。将设备设为呼吸模式，Master（主机）只能有规律地在特定的时隙发送数据，Slave降低了从Pioconer“收听”消息的速率，“呼吸”间隔可以应用要求做适当调整。将设备设为Hold模式，Master可把Slave置为Hold模式，在这种模式下，只有一个内部计数器在工作。Slave也可主动要求置为Hold模式。一旦处于Hold模式的单元被激活，则数据传递也立即重新开始。Hold模式一般被用于连接好几个Piconet的情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。在Park模式下，设备依然与Piconet同步但没有数据传送。工作在Park模式下的设备放弃了MAC地址，偶尔收听Master的消息并恢复同步、检查广播消息。连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使用。蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接（Synchronous Comnection Oriented，SOC）类型主要用于传送语音；异步无连接（Asynchronous Connectionless，ACL）类型主要用于传送数据包。蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。鉴权基于“请求一响应”运算法则。鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。 软件（协议栈）单元 蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。它必须符合已经制定好的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（Core）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻（service discovery）、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为协议子集（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。 蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（）、协议的复用和分用等功能。在设计协议栈，特别是高层协议时的原则就是最大限度地重用现存的协议，而且其高层应用协议（协议栈的垂直层）都使用公共的数据链路和物理层。 蓝牙协议可以分为四，即核心协议层、电缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。 在蓝牙协议栈中，还有一个主机控制接口（HCI）和音频（Audio）接口。HCI是到基带控制器、链路管理器以及访问硬件状态和控制寄存器的命令接口。利用音频接口，可以在一个或多个蓝牙设备之间传递音频数据，该接口与基带直接相连。 蓝牙技术把各种便携式计算机设备与蜂窝移动电话用无线链路连接起来，使计算机与通信更加密切结合起来，使人们能随时随地进行数据信息的交换与传输。因此，蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有着极其广阔和诱人的应用前景，它也将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大的推动作用并获得突飞猛进的发展。蓝牙技术的应用蓝牙规范接口可以直接集成到笔记本电脑或者通过PC卡或USB接口进行连接。可以通过蓝牙蜂窝电话连接远端网络；利用蓝牙蜂窝电话做扬声器；在蓝牙笔记本电脑、手持机和移动电话件进行商用卡交易；在蓝牙笔记本电脑、手持机和移动电话间进行时间同步等等。蓝牙是一个独立的技术规范，不依赖于任何其他的技术规范个人局域网 蓝牙规范接口可以直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备进行连接。电话的使用模式包括：通过蓝牙无线耳机实现电话的免提功能；与笔记本电脑和手持机的无电缆连接；与信任的蓝牙的笔记本电脑或手持机的商业卡交易；与信任的蓝牙笔记本电脑或手持机自动同步地址簿等。因此，将蓝牙技术产品应用于笔记本电脑、手持机和移动电话、家庭及办公室电话灯系统中，可实现正真意义上的个人通信、这种“个人局域网”一移动电话为信息网关，从而使各种便携式设备间可方便地交换信息。家庭无线联网现代家庭各种电器设备种类繁多，蓝牙技术使这类信息传输设备除电源外不再用其它连线，其中包括冰箱、洗衣机、彩电、微波炉等家用电器均可采用无线传输。蓝牙技术将可创造一个全新的无线智能家庭生活环境。移动办公室通过使用统一标准的蓝牙技术，笔记本电脑、移动电话可以随时、随地地接入打印机、数码相机、记录仪、摄影机等办公设备，使人们拥有一个可移动的办公室。Internet接入服务蓝牙标准定义了计算机互联网、LAN和WAN等网络的接口协议，它允许使用单一的蓝牙标准来建立众多国际标准的连接。内置蓝牙芯片的设备可以进行互联网的高速连接。电子商务应用蓝牙标准的安全保密特性将大大扩展现有电子商务系统的功能，利用蓝牙技术可以再很多消费环境中构成电子付费系统。其它蓝牙设备的其它使用模式包括人机接口设备、数据及语音接入等。各大公司纷纷推出具有蓝牙功能的产品，无需通过电缆即可方便地接入公司或校园的局域网中，进行资源访问，并能够将每一位网络使用者使用电子邮件、网络间的文件传输等功能紧密连接在一起。此外，惠普还将提供广域网及个人信息网的无线通讯方案，使用户可以通过使用笔记本电脑达到随时随地无限移动的效果。结束语蓝牙技术是一种新的技术，它的问世无疑给移动通信的进一步发展带来新的动力。与