蓝牙技术概述

蓝牙技术概述
【摘要】介绍了蓝牙的起源和SIG组织的发展现状，分析了蓝牙技术的协议标准，并讨论了蓝牙技术的特点，对蓝牙技术在生活中的应用做了探讨。

关键词蓝牙技术；短距离无线通信；协议堆栈
Bluetooth technology overview
Abstract This article describes the origin of the Bluetooth and the development of the organization of the SIG, analysis the standard agreement of the Bluetooth technology and discusses the characteristics of Bluetooth.
Key words Bluetooth technology;short-range wireless communications;protocol stack
信息时代最大的特点便是更加方便快速的信息传播，而数字化设备的有线连接给人们随时随地与信息网络连接和通信带来了很多不便，正是基于这一点技术人员也在努力开发更加出色的信息数据传输方式。

蓝牙，对于手机乃至整个IT业而言已经不仅仅是一项简单蓝牙适配器图片的技术，而是一种概念。

当蓝牙联盟信誓旦旦地对未来前景作着美好的憧憬时，整个业界都为之震动。

抛开传统连线的束缚，彻底地享受无拘无束的乐趣，蓝牙给予我们的承诺足以让人精神振奋。

所谓蓝牙(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。

一、蓝牙技术的发展
1、蓝牙的起源
蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。

1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。

1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。

2、关于Bluetooth SIG
Bluetooth SIG(Bluetooth Special Interest Group蓝牙技术联盟)是一家贸易协会，由电信、
计算机、汽车制造、工业自动化和网络行业的领先厂商组成。

该小组致力于推动蓝牙无线技术的发展，为短距离连接移动设备制定低成本的无线规范，并将其推向市场。

Bluetooth SIG的发起公司是Agere、爱立信、IBM、英特尔、微软、摩托罗拉、诺基亚和东芝。

2006年10月13日，Bluetooth SIG（蓝牙技术联盟）宣布联想公司取代IBM在该组织中的创始成员位置，并立即生效。

通过成为创始成员，联想将与其他业界领导厂商杰尔系统公司、爱立信公司、英特尔公司、微软公司、摩托罗拉公司、诺基亚公司和东芝公司一样拥有蓝牙技术联盟董事会中的一席，并积极推动蓝牙标准的发展。

除了创始成员以外，Bluetooth SIG还包括200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。

二、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（Industrial, 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]：
1、全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz和ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无须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微微网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。

微微网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的微微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微微网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的微微网，即某一时刻参与某一微微网，而下一时刻参与另一个微微网。

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。

三、蓝牙技术的协议标准
SIG所颁布的蓝牙规范(Specification of the Bluetooth System)就是蓝牙无线通信协议标准，它规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。

蓝牙规范包括核心协议(Core)与应用框架(Profiles)两个文件。

协议规范部分定义了蓝牙的各层通信协议，应用框架指出了如何采用这些协议实现具体的应用产品。

蓝牙协议规范遵循开放系统互连参考模型(Open System Interconnetion/Referenced Model, OSI/RM)，从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的各个层次。

按照蓝牙协议的逻辑功能，协议堆栈由下至上分为3个部分：传输协议、中介协议和应用协议。

其功能简介如下[2~3]：
1、传输协议
传输协议负责蓝牙设备间相互确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理和逻辑链路。

这一部分又进一步分为低层传输协议和高层传输协议。

低层传输协议侧重于语音与数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备的物理和逻辑链路。

低层传输协议包括蓝牙的射频(Radio)部分、基带与链路管理协议(Baseband&& Link Manager Protocol, LMP)。

高层传输协议包括逻辑链路控制的物理实现以及蓝牙设备间的连接于组网。

高层传输协议包括逻辑链路控制与适配协议(Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP)和主机控制器接口(Host Controller Interface, HCI)。

这部分为高层应用程序屏蔽了诸如跳频序列选择等低层传输操作，并为高层应用传输提供了更加有效和更有利于实现的数据分组格式。

2、中介协议
中介协议为高层应用协议或程序在蓝牙逻辑链路上工作提供了必要的支持，为应用曾提供了各种不同的标准接口。

这部分协议包括以下几部分。

(1).串口仿真协议(RFCOMM)：基于欧洲电信标准化协会(European Telecommunication Standardization Institute, ETSI)的TS07.10标准制定。

该协议用于模拟串行接口环境，使得基于串口的传统应用仅作少量的修改或者不做任何修改可以直接在该层上运行。

(2).服务发现协议(Service Didcovery Protocol，SDP)：为实现蓝牙设备之间相互查询及访问对方提供的服务。

(3). IrDA(Infrared Data Association)互操作协议:蓝牙规范采用了IrDA的对象交换协议(OBEX)，使得传统的基于红外技术的对象(如电子名片(vCard)和电子日历(vCal)等)交换应用同样可以运行在蓝牙无线接口之上。

(4).网络访问协议：该部分协议包括点对点协议(Point to Point Protocol, PPP)、网际协议(Internet Protocol, IP)、传输控制协议(Transfer Control Protocol, TCP)和用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)等，用于实现蓝牙设备的拨号上网，或通过网络接入点访问Internet 和本地局域网。

(5).电话控制协议:该协议包括TCS、AT指令集和音频。

电话控制协议性能(Telephone Control Protocol Specification，TCS)是基于国际电信联盟电信标准化部门(International Telecommunication Union-Telecommunication，ITU-T)的Q.931标准制定的，用于支持电话功能；蓝牙直接在基带上处理音频信号(主要指数字语音信号)，采用SCO链路传输语音，可以实现头戴式耳机和无绳电话等的应用。

3、应用协议
应用协议是指那些位于蓝牙协议堆栈之上的应用软件和其中所涉及的协议，包括开发驱动各种诸如拨号上网和通信等功能的蓝牙应用程序。

蓝牙规范提供了传输层及中介层定义和应用框架，在传输层及中介层之上，不同的蓝牙设备必须采用统一符合蓝牙规范的形式；而在应用层上，完全由开发人员自主实现。

事实上，许多传统的应用都可以几乎不用修改就在蓝牙协议堆栈之上运行，如基于串口和OBEX协议的应用。

通常蓝牙技术应用程序接口(Application Programming Interface，API)函数的开发由开发工具的设计人员来完成，这样有利于蓝牙技术与各类应用的紧密结合。

四、蓝牙技术的应用
蓝牙技术使各种移动设备、计算机外设等数字设备之间的无线廉价连接成为可能，它不仅取代了这些设备之间的电缆连接，而且还使得许多数字设备的功能得到了扩充，让原来独立的数字设备可以与其他设备连网交换信息。

SIG也无法预测到蓝牙技术会带来多少新的应用，在这种可以被集成到几乎任何数字设备的技术提出以后，人们充分展开想象，提出了许多的应用设想。

蓝牙技术在计算机及外设中的应用包括计算机与键盘和鼠标等计算机外设的无线连接，多台计算机共享一台打印机等设备资源，数码相机、PDA和手机等与计算机进行数据通信，多台计算机组成无线局域网等。

蓝牙无线语音通信的应用：如无线耳麦和车内的免提电话系统等。

无线网络的实现：包括拨号上网和网络接入点两种“互联网桥”的实现方法。

蓝牙无线网络接入点不仅可以让数字设备访问Internet和介入本地局域网，还可作为PSTN的接入点使用。

家用电器的蓝牙无线组网和遥控：让家用电器上网，可以在回家之前就打开空调和热水器，使各种只能家电和信息网络连接。

实现“三合一”电话功能：将移动电话、无绳电话和对讲机三种功能集中在一部电话中。

其他的应用：包括USB适配器、车锁，甚至还有集成了蓝牙技术的手表和钢笔。

五、结束语
蓝牙技术将给近距离通信带来一场革命，它具有广阔的市场前景和诱人的商机。

市场研究机构ABI一项调查显示:2005年蓝牙设备的年出货量达到14亿件，随着技术的进步，将会有更多的领域使用蓝牙技术。

虽然现在蓝牙技术还不能说尽善尽美，但它的优势已经相当明显，而且蓝牙产品设计本身相对简单，所以蓝牙技术是一种可真正可实现廉价的无线网络梦想方案。

参考文献
[1]金纯。

蓝牙技术[M]。

北京:d电子工业出版社，2001
[2]马建仓，罗亚军，赵玉亭。

蓝牙核心技术及应用[M]。

北京：科学出版社，2003
[3]朱刚，谈振辉，周贤伟。

蓝牙技术原理与协议[M]。

北京：北京交通大学出版社，2002。