藍牙技術(shù)的起源

“藍牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國王，他將當(dāng)時的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。藍牙技術(shù)使用高速跳頻和時分多址等先進技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價地將幾臺數(shù)字化設(shè)備（各種移動設(shè)備、固定通信設(shè)備、計算機及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)，如數(shù)字照相機、數(shù)字?jǐn)z像機等，甚至各種家用電器、自動化設(shè)備）呈網(wǎng)狀鏈接起來。藍牙技術(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，取而代之以無線連接。

藍牙技術(shù)的形成背景及現(xiàn)狀

1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動時提出了藍牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。這五家廠商還成立了藍牙特別興趣組，以使藍牙技術(shù)能夠成為未來的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。芯片霸主Intel公司負責(zé)半導(dǎo)體芯片和傳輸軟件的開發(fā)，愛立信負責(zé)無線射頻和移動電話軟件的開發(fā)，IBM和東芝負責(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、朗訊與藍牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍牙技術(shù)推廣組織，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股“藍牙”熱潮。全球業(yè)界即將開發(fā)一大批藍牙技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品，使藍牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場前景，并預(yù)示著21世紀(jì)初將迎來波瀾壯闊的全球無線通信浪潮。

目前，藍牙技術(shù)已被普遍應(yīng)用在筆記本電腦上，以幫助兩臺(或多臺)筆記本電腦之間實現(xiàn)無線通信。較紅外線傳輸“必須保證傳輸信息的兩個設(shè)備正對，且中間不能有障礙物”、“幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度”、“沒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，藍牙的優(yōu)勢顯示出了勃勃生機。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個人電腦、移動電話、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、自動售貨機、醫(yī)藥器械、計時裝置等諸多領(lǐng)域的設(shè)備制造公司。

藍牙技術(shù)的規(guī)范及特點

藍牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，使用擴頻技術(shù)也可擴展到5個時隙。同時，藍牙技術(shù)支持1個異步數(shù)據(jù)通道或3個并發(fā)的同步話音通道，或1個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持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的非對稱連接，或者是432. 6 kb/s的對稱連接。

依據(jù)發(fā)射輸出電平功率不同，藍牙傳輸有3 種距離等級：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)，可進行多臺設(shè)備間的互聯(lián)。

藍牙技術(shù)的特點包括：1、采用跳頻技術(shù)，數(shù)據(jù)包短，抗信號衰減能力強；2、采用快速跳頻和前向糾錯方案以保證鏈路穩(wěn)定，減少同頻干擾和遠距離傳輸時的隨機噪聲影響；3、使用2.4GHzISM頻段，無須申請許可證；4、可同時支持?jǐn)?shù)據(jù)、音頻、視頻信號；5、采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。 

藍牙匹配規(guī)則及使用注意

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

兩個藍牙設(shè)備在進行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會被經(jīng)過允許的另一個設(shè)備所接受。

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

藍牙主設(shè)備特點：主設(shè)備一般具有輸入端。在進行藍牙匹配操作時，用戶通過輸入端可輸入隨機的匹配密碼來將兩個設(shè)備匹配。藍牙手機、安裝有藍牙模塊的PC等都是主設(shè)備。（例如：藍牙手機和藍牙PC進行匹配時，用戶可在藍牙手機上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，來完成這兩個設(shè)備之間的匹配。）

藍牙從設(shè)備特點：從設(shè)備一般不具備輸入端。因此從設(shè)備在出廠時，在其藍牙芯片中，固化有一個4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍牙耳機、優(yōu)士通UD筆等都是從設(shè)備。（例如：藍牙PC與UD筆匹配時，用戶將UD筆上的藍牙匹配密碼正確的輸入到藍牙PC上，完成UD筆與藍牙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)備是無法匹配的。例如：藍牙PC與藍牙手機可以匹配在一起；藍牙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。

一個主設(shè)備，根據(jù)其類型的不同，可匹配一個或多個其他設(shè)備。例如：一部藍牙手機，一般只能匹配7個藍牙設(shè)備。而一臺藍牙PC，可匹配十多個或數(shù)十個藍牙設(shè)備。

在同一時間，藍牙設(shè)備之間僅支持點對點通訊。

藍牙技術(shù)在優(yōu)士通UD筆中的應(yīng)用

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

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

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

舉例來說：如果你先把UD筆匹配到了A電腦，再將UD筆和B電腦進行了匹配操作。這時，筆就會斷開與A電腦的配對，只保持與B電腦配對。其具體示例如下：

藍牙技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)      
    藍牙通信用的是頻率為2.4ＧＨｚ未授權(quán)的ＩＳＭ頻帶。收發(fā)信號機利用跳頻來減少干擾和信號衰減。典型藍牙設(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，還可通過預(yù)留固定間隔的插槽實現(xiàn)電路交換來提供同步話音信道。同步鏈路是指同步面向連接鏈路(ＳＣＯ)。異步鏈路是指異步無連接鏈路(ＡＣＬ)，它采用分組交換技術(shù)，利用輪詢接入方案來實現(xiàn)。同時，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)。 
藍牙技術(shù)微網(wǎng)(Ｐｉｃｏｎｅｔ)簡介  
    一個藍牙設(shè)備可以與一個或多個其他藍牙設(shè)備通過不同方式進行交互。最簡單的情形是只有兩個設(shè)備，稱為點到點通信，其中一個設(shè)備作為主設(shè)備，另一個設(shè)備作為輔設(shè)備。這種專門的網(wǎng)絡(luò)即稱為微網(wǎng)。事實上，微網(wǎng)是任何一個既帶主設(shè)備又帶一個或多個輔設(shè)備的藍牙網(wǎng)絡(luò)。微網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)有多個輔設(shè)備時，通信拓撲即為點到多點的網(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。一個微網(wǎng)可以有7個激活的輔設(shè)備。每個激活的輔設(shè)備都有一個分配的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)備同時存在時，所有信道均由主設(shè)備調(diào)控。一個待命設(shè)備有一個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。一個待命設(shè)備能與主 設(shè)備時鐘保持同步，而且可以快速被激活，從而可以實現(xiàn)在微網(wǎng)中通信。 
藍牙技術(shù)分散網(wǎng)(Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ)簡介 
    如果兩個微網(wǎng)在同一覆蓋區(qū)域內(nèi)，假設(shè)某用戶在一個包含手機和計算機的微網(wǎng)中，而隔壁的用戶在一個包含手機、耳機和名片掃描器的微網(wǎng)中，由于兩個微網(wǎng)離得很近，它們的覆蓋區(qū)會重疊，這種情況稱為分散網(wǎng)（ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ）。一個ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。事實上，一個微網(wǎng)中的輔設(shè)備可以作為主設(shè)備或輔設(shè)備加入到另一個微網(wǎng)中，這要通過時分復(fù)用技術(shù)來完成。在一個ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ中，兩個(或多個)微網(wǎng)在時間或頻率上均不同步，每個微網(wǎng)都在自己的跳頻信道內(nèi)運行，而多個微網(wǎng)中的任何設(shè)備通過時分復(fù)用技術(shù)可在適當(dāng)時間加入。 

藍牙技術(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，但是藍牙物理層也提供這些功能。用戶可以規(guī)定某個連接是單向、雙向還是無需鑒權(quán)。鑒權(quán)通過采用問詢／回應(yīng)系統(tǒng)來實現(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，對于高度機密的應(yīng)用，最好在網(wǎng)絡(luò)傳輸層或應(yīng)用層采用更先進的運算法則。 
藍牙技術(shù)硬件要求 
    藍牙硬件可以分為無線模塊和鏈路模塊?，F(xiàn)在，一個包含無線和鏈路子系統(tǒng)的完整藍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)為在未來的幾年內(nèi)會降至5美元。 
藍牙技術(shù)無線模塊 
    如上所述，藍牙設(shè)備是在2.4ＧＨｚ的工業(yè)科研醫(yī)藥(ＩＳＭ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ)頻帶內(nèi)運行的，2400～2483.5ＭＨｚ的頻率范圍在大多數(shù)國家是無需許可的頻段。當(dāng)然，與許多國際標(biāo)準(zhǔn)一樣，它也有一些例外，如法國的的2446.5～2483.5ＭＨｚ和西班牙的2445～2475ＭＨｚ，目前這兩個市場上使用的藍牙產(chǎn)品均為當(dāng)?shù)囟ㄖ瓢姹荆瑹o法與使用全部頻率范圍內(nèi)的國際版本實現(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，藍牙ＳＩＧ正與這兩個國家的有關(guān)機構(gòu)溝通以開通整個頻率范圍。為了簡便起見，這里只介紹國際頻率范圍實施的情況。 
    所使用的ＲＦ信道的頻率在2402～2480ＭＨｚ，信道間隔為1ＭＨｚ。業(yè)界己實施了跳頻以降低干擾和信號衰減。這意味著信道每隔625μｓ就會跳到2402～2480ＭＨｚ范圍內(nèi)的另一個頻率，即相當(dāng)于1600跳／ｓ的速率。每個微網(wǎng)都有一個獨特的跳頻序列，這種序列是根據(jù)一種使用主設(shè)備的藍牙設(shè)備地址的算法確定的。微網(wǎng)中的所有藍牙單元都與這個跳頻序列實現(xiàn)同步。 
    所有數(shù)據(jù)包傳輸都從某個時隙的開始部分開始，一個數(shù)據(jù)包傳輸也許需要多達5個時隙。一種時分雙工機制被用于支持全雙工傳輸，在每個偶數(shù)號插槽內(nèi)，主設(shè)備開始傳輸；而在奇數(shù)號插槽，輔設(shè)備也開始傳輸。此外，這些時隙還可預(yù)留用于同步應(yīng)用，如話音數(shù)據(jù)等。 
    藍牙設(shè)備是以3個不同的功率級別分類的，見表2。 

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