浅析蓝牙技术

只看该作者 · 2019-8-25 10:53

浅析蓝牙技术

摘要    本文概要介绍了蓝牙的由来及蓝牙技术的发展。文中详细讨论了蓝牙技术的特点、协议标准、应用规范及安全问题。

1 概述

      “蓝牙”是一种开放的技术规范，它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙技术的发展：1994年，爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现低功耗、低成本无线接口的可行性。随着项目的进展，爱立信公司意识到短距无线通信（Short Distance Wireless Communication）的应用前景无限广阔。爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（Bluetooth）。Bluetooth 取自10世纪丹麦国王 Harald Bluetooth 的名字。爱立信意识到要使这项技术最终获得成功，必须得到业界其他公司的支持与应用。1998年5月，爱立信联合诺基亚（Nokia）、英特尔（Intel）、IBM 、东芝（Toshiba）这4家公司一起成立了蓝牙特殊利益集团（Special Interest Group，SIG），负责蓝牙技术标准的制定、产品测试，并协调各国蓝牙的具体使用。3Com、朗讯（Lucent）、微软（Microsoft）和摩托罗拉（Motorola）很快**SIG，与SIG的5个创始公司一同成为SIG的9个倡导发起者。自蓝牙规范1.0版推出后，蓝牙技术的推广与应用得到了迅猛发展。截至目前，SIG的成员已经超过了2 500家，几乎覆盖了全球各行各业，包括通信厂商、网络厂商、外设厂商、芯片厂商、软件厂商等，甚至消费类电器厂商和汽车制造商加入了SIG。

2 蓝牙技术的特点
      蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industria
l, Scientific and Medical, ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：

      （1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。

      （2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型：异步无连接（Asynchronous Connection-Less，ACL）链路和同步面向连接（Synchronous Connection-Oriented，SCO）链路。

      （3）可以建立临时性的对等连接（Ad-hoc Connection)：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。

      通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网。

      （4）具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μｓ。

      （5）蓝牙模块体积很小、便于集成：由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。

      （6）低功耗：蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式——激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active 模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。

      （7）开放的接口标准：SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。

      （8）成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。