藍牙技術及其原理綜述

1、        和移動通信的迅速發(fā)展，使人們對電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡服務的需求日益增長。藍牙作為一個全球開放性無線應用標準，通過把網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)和語音設備用無線鏈路連接起來，使人們能夠隨時隨地實現(xiàn)個人區(qū)域內語音和數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸，從而實現(xiàn)快速靈活的通信。  一、藍牙出現(xiàn)的背景     早在年，瑞典的r公司便已經(jīng)著手藍牙技術的研究開發(fā)工作，意在通過一種短程無線鏈路，實現(xiàn)無線電話用機、耳機及臺式設備等之間的互聯(lián)。年月， 、和共同組建特別興趣小組。在此之后，、 、和

2、也相繼加盟藍牙計劃。它們的共同目標是開發(fā)一種全球通用的小范圍無線通信技術，即藍牙。它是針對目前近距的便攜式器件之間的紅外線鏈路（ ，簡稱）而提出的。應用紅外線收發(fā)器鏈接雖然能免去電線或電纜的連接，但是使用起來有許多不便，不僅距離只限于，而且必須在視線上直接對準，中間不能有任何阻擋，同時只限于在兩個設備之間進行鏈接，不能同時鏈接更多的設備。"藍牙"技術的目的是使特定的移動電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設備的主機之間在近距離內實現(xiàn)無縫的資源共享。     藍牙是一個開放性的無線通信標準，它將取代目前多種電纜連接方案，通過統(tǒng)一的短程無線鏈路，在各

3、信息設備之間可以穿過墻壁或公文包，實現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。它推動和擴大了無線通信的應用范圍，使網(wǎng)絡中的各種數(shù)據(jù)和語音設備能互連互通，從而實現(xiàn)個人區(qū)域內的快速靈活的數(shù)據(jù)和語音通信。   二、藍牙中的主要技術       藍牙技術是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口（ ）及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設備

4、在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內具有互用、互操作的性能（）。     "藍牙"技術的作用是簡化小型網(wǎng)絡設備（如移動、掌上電腦、手機）之間以及這些設備與之間的通信，免除在無繩電話或移動電話、調制解調器、頭套式送受話器、計算機、打印機、幻燈機、局域網(wǎng)等之間加裝電線、電纜和連接器。此外，藍牙無線技術還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡和外設提供通用接口以組建一個遠離固定網(wǎng)絡的個人特別連接設備群。     藍牙支持點到點和點到多點的連接，可采用無線方式將若干藍牙設備連成一個微微網(wǎng)（），多個微微網(wǎng)又可互連成特殊分散網(wǎng)，形成

5、靈活的多重微微網(wǎng)的拓撲結構，從而實現(xiàn)各類設備之間的快速通信。它能在一個微微網(wǎng)內尋址個設備（實際上互聯(lián)的設備數(shù)量是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活個，其中個為主個為從）。     藍牙技術涉及一系列軟硬件技術、方法和理論，包括無線通信與網(wǎng)絡技術，軟件工程、軟件可靠性理論，協(xié)議的正確性驗證、形式化描述和一致性與互聯(lián)測試技術，嵌入式實時操作系統(tǒng)（ ），跨平臺開發(fā)和用戶界面圖形化技術，軟硬件接口技術（如，等），高集成、低功耗芯片技術等。  三、藍牙系統(tǒng)組成  天線單元      與其它工作在相同頻段

6、的系統(tǒng)相比，藍牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。（ ，前向糾錯）的使用抑制了長距離鏈路的隨機噪音；應用了二進制調頻（）技術的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落。  鏈路控制（固件）單元     在目前藍牙產(chǎn)品中，人們使用了個分別作為聯(lián)接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸接收器，此外還使用了個單獨調諧元件。 基帶鏈路控制器負責處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有種糾錯方案：比例前向糾錯（）碼、比例前向糾錯碼和數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)方案。采用（前向糾錯）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負載。但是，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸

7、，就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因為數(shù)據(jù)包對于是否使用是彈性定義的。報頭總有占比例的碼起保護作用，其中包含了有用的鏈路信息。 在無編號的方案中，在一個時隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個時隙得到"收到"的確認。 只有數(shù)據(jù)在收端通過了報頭錯誤檢測和循環(huán)冗余檢測后認為無錯才向發(fā)端發(fā)回確認消息，否則返回一個錯誤消息。比如藍牙的話音信道采用 （簡稱，即連續(xù)可變斜率增量調制技術）話音編碼方案，獲得高質量傳輸?shù)囊纛l編碼。編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使比特錯誤率達到，編碼的語音還是可聽的。 模塊提供如下服務：    

8、·發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。     ·請求名稱。     ·鏈路地址查詢。     ·建立連接。     ·鑒權。     ·鏈路模式協(xié)商和建立。     ·決定幀的類型。     ·將設備設為（呼吸）模式。（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。     ·將設備設為保持模

9、式。工作在模式的設備為了節(jié)能在一個較長的周期內停止接收數(shù)據(jù)，每一次激活鏈路，這由定義，（鏈路控制器）具體操作。     ·當設備不需要傳送或接收數(shù)據(jù)但仍需保持同步時將設備設為暫停模式。處于暫停模式的設備周期性地激活并跟蹤同步，同時檢查消息。     ·建立網(wǎng)絡連接。在內的連接被建立之前，所有的設備都處于（待命）狀態(tài)。在這種模式下，未連接單元每隔.周期性地"監(jiān)聽"信息。每當一個設備被激活，它就監(jiān)聽規(guī)劃給該單元的個跳頻頻點。跳頻頻點的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異，這個數(shù)字適用于除日本、法國和西班芽之外的

10、大多數(shù)國家。作為的設備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個后接消息的（查詢）消息建立連接。在最初的尋呼狀態(tài)，單元將在分配給被尋呼單元的個跳頻頻點上發(fā)送一串個相同的消處。如果沒有應答，則按照激活次序在剩余個頻點上繼續(xù)尋呼。從機收到從發(fā)來的消息的最大的延遲時間為激活周期的倍.，平均延遲時間是激活周期的一半（.S）。消息主要用來尋找藍牙設備，如共享打印機、傳真機和其它一些地址未知的類似設備，消息和消息很相像，但是消息需要一個額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應。如果中已經(jīng)處于連接的設備在較長一段時間內沒有數(shù)據(jù)傳輸，藍牙還支持節(jié)能工作模式。可以把置為（保持

11、）模式，在這種模式下，只有一個內部計數(shù)器在工作。也可以主動要求被置為模式。模式一般被用于連接好幾個的情況下或者耗能低的設備，如溫度傳感器。除模式外，藍牙還支持另外兩種節(jié)能工作模式：（呼吸）模式和（暫停）模式。在模式下，降低了從"收聽"消息的速率，"呼吸"間隔可以依應用要求做適當?shù)恼{整。在模式下，設備依然與同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在模式下的設備放棄了地址，偶爾收聽的消息并恢復同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排隊，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。      ·連接類型和

12、數(shù)據(jù)包類型。連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。藍牙基帶技術支持兩種連接類型：同步定向連接（ ，簡稱）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（ 簡稱）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。      同一個中不同的主從對可以使用不同的連接類型，而且在一個階段內還可以任意改變連接類型。每個連接類型最多可以支持種不同類型的數(shù)據(jù)包，其中包括個控制分組，這一點對和來說都是相同的。兩種連接類型都使用（時分雙工傳輸方案）實現(xiàn)全雙工傳輸。 連接為對稱連接，利用保留時隙傳送數(shù)據(jù)包。連接建立后，和可以不被選中就發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包既可以傳送話音，也可以傳送數(shù)據(jù)，但在傳送數(shù)據(jù)時，

13、只用于重發(fā)被損壞的那部分的數(shù)據(jù)。      鏈路就是定向發(fā)送數(shù)據(jù)包，它既支持對稱連接，也支持不對稱連接。負責控制鏈路帶寬，并決定中的每個可以占用多少帶寬和連接的對稱性。只有被選中時才能傳送數(shù)據(jù)。鏈路也支持接收發(fā)給中所有的廣播消息。  軟件（協(xié)議棧）單元     藍牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結構，分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務質量（）、協(xié)議的復用和分用等功能。在設計協(xié)議棧，特別是高層協(xié)議時的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，而且其高層應用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層

14、）都使用公共的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。     藍牙協(xié)議可以分為層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。 、核心協(xié)議    、電纜替代協(xié)議     串行電纜仿真協(xié)議（）像一樣位于之上，作為一個電纜替代（ ）協(xié)議，它通過在藍牙的基帶上仿真的控制和數(shù)據(jù)信號，為那些將串行線用作傳輸機制的高級業(yè)務（如協(xié)議）提供傳輸能力。該協(xié)議由藍牙特別興趣小組在的基礎上開發(fā)而成。    、電話控制協(xié)議     電話控制協(xié)議包括電話控制規(guī)范二進制（）協(xié)議和一套電話控制命

15、令（）。其中， 定義了在藍牙設備間建立話音和數(shù)據(jù)呼叫所需的呼叫控制信令；則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話和調制解調器的命令，它由藍牙特別興趣小組在 的基礎上開發(fā)而成。    、采納的其它協(xié)議     藍牙技術把各種便攜式計算機設備與蜂窩移動電話用無線鏈路連接起來，使計算機與通信更加密切結合起來，使人們能隨時隨地進行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。因此藍牙技術雖然出現(xiàn)不久，但已受到許多行業(yè)的關注。據(jù)國際開發(fā)中心（）預測，到 年，藍牙在美國將被嵌入到萬臺設備內，在全世界將被嵌入到萬臺設備內；到年內，其市場規(guī)模將達到億美元。今年底，的數(shù)字式移動電話將注入藍牙技術，一個全新的無線通信時代已經(jīng)開始。 藍牙技術在電信業(yè)、計算機業(yè)、家電業(yè)有著