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[信息技术导论论文]蓝牙技术浅探

蓝牙技术浅探

（华中科技大学电子与信息工程系电信0602班 武汉430074）

摘要：蓝牙技术是一种近距离、低功耗的无线通信标准，它为设备提供了一种低成本的无线联网方式。本文介绍了蓝牙技术中的底层模块、协议以及应用模型，并将它与其他常用的无线连接技术做了比较，以说明它的优势所在。

关键词：蓝牙；底层模块；协议；应用

1、蓝牙简介

早在1994年，Ericsson公司就在其内部提出了一项研究计划，旨在建立发展一种能简易使用并可在各种通讯设备上畅行无阻的新一代无线传输技术，建立一个实际的无线接口和相关软件标准。1998年，Ericsson公司公开了这项计划，并与Nokia、IBM、Toshiba和Intel四家公司组成了一个特别利益集团（SIG，Special Interest Group），以负责此项技术的开发。一年后的1999年7月，SIG正式提出了该技术协议的1.0版，并将此项技术命名为蓝牙（Bluetooth）。据SIG官方说明，蓝牙这个名字来自十世纪丹麦的维京族国王Harald Bluetooth。这位国王曾以武力统一了丹麦和挪威，在斯堪的那维亚半岛建立了一个庞大的帝国。

蓝牙技术解决了小型移动设备间的无线互连问题。它的硬件市场非常广阔，涵盖了局域网络中的各类数据及语音设备。该技术的本质目的不是成为另一种无线局域网（WLAN）技术，而是成为一种替代传输电缆的新型无线解决方案。从1999年的1.0版，到后来的1.1版、1.2版、2.0版，蓝牙技术不断地在技术上完善自身，力图吸取通用电缆在成本、安全和承载能力等方面的优势。在Bluetooth国王叱咤北欧的千年之后，新兴的蓝牙技术正在以其的种种优势，在全球的无线连接市场中开拓比Bluetooth国王大上千倍万倍的疆土。

2、蓝牙协议概述

蓝牙体系结构中的协议模型可分为以下5层：

（1） 物理层：蓝牙协议的无线接口层；

（2） 核心协议：基带协议（Baseband）、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、服务发现协议（SDP）等。基带协议可以提供同步面向连接（SCO）业务和非同步连接（ACL）业务。一般地，SCO用于分组数据业务，其特点是可靠，但有延时；而ACL用于话音传送，其特点是实时性好。但可靠性比SCO差。链路管理协议（LMP）负责建立和解除主、从设备单元之间的连接，另外还控制主、从设备单元的工作模式。L2CAP是第三层的控制和适配协议，L2CAP向RFCOMM和SDP等层提供面向连接和无连接业务。基带数据业务可以越过LMP而直接通过L2CAP向高层协议传送数据。从某种意义上说，L2CAP和LMP都相当于OSI第二层即链路层的协议；

（3） 射频通信协议：RFCOMM，它可以仿真串行电缆接口协议。通过RFCOMM，蓝牙可以在无线环境下实现对高层协议如PPP、TCP/IP、WAP等的支持。RFCOMM可以支持AT命令集，从而可以实现移动电话和传真机及调制解调器之间的无线连接；

（4） 电话传送控制协议：TCS二进制协议、AT命令集等；

（5） 应用协议（可选协议）：PPP（点对点协议）、UDP／TCP／IP、OBEX、vCard/vCarl、FAX、PAN等。

3、蓝牙底层模块

蓝牙底层模块是蓝牙技术的核心，是任何蓝牙设备都必须包括的部分。

3.1射频

为了保证系统所需频带是全球各地均能容易地获得的，蓝牙系统工作在大多数国家的工业、科学、医疗（ISM）频率——即2.4GHz。由于ISM频带的开放性，使用其中任一频段都会遇到不可预测的工扰——比如说，家用的无线电话、微波炉都可能成为干扰源。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。蓝牙将其工作的2.402GHz～2.480GHz的频带分为79个1MHz带宽的子信道，在接收或发送一个分组数据后，即跳至另一频点，因而加强了数据传输的稳定性。

跳频技术除了为蓝牙技术提供了稳定性保障以外，还在物理层为其安全性提供了保障。在跳频通信中，数据信号被窄带载波信号调制，而这些窄带载波信号则做为时间的函数不断从一个频率跳到另一频率。蓝牙标准采用的是每秒跳跃1600次的跳频序列。收发双方都知道的跳频码决定了射频载波的频率以及跳频的顺序。为正确地进行信号接收，接收器必须设置成与发送方一样的跳频码，并在恰当的时间和正确的频率点监听载波信号。只有正确同步时，才能维持一个逻辑信道。其他没有同步的接收器收到的信号仅是持续时间极短的脉冲噪声，这就使得窃听变得十分困难。

跳频技术带来的第三个好处是可以使设备同时连接多台设备。如前所述，蓝牙在79个信道里以跳频方式工作。当两个蓝牙设备成功建立链接之后，一个piconet（微微网）就形成了。两者之间的通信通过无线电波在这79个信道中随机跳转而完成。蓝牙给每个piconet提供特定的跳转模式，因此它允许大量的piconet同时存在。

3.2双工方式和业务类型