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摘要：系統(tǒng)的介紹了藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議及應(yīng)用模式，全面詳細(xì)的對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用，其目前存在的問(wèn)題及發(fā)展前景進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：藍(lán)牙 協(xié)議棧
以丹麥國(guó)王哈拉德二世（King Harald Blatand）的綽號(hào)“Blutooth”命名藍(lán)牙技術(shù)意指通過(guò)建立一種開(kāi)放性的、全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一統(tǒng)近距離無(wú)線世界天下。
藍(lán)牙技術(shù)使得配備有藍(lán)牙功能模塊的設(shè)備方便的構(gòu)成藍(lán)牙微微網(wǎng)（Picnet）和藍(lán)牙散射網(wǎng)（Scatternet），形成個(gè)人身邊的無(wú)線區(qū)域型網(wǎng)絡(luò)，從而共享同一個(gè)電話簿、電子郵件地址簿、電子秘書(shū)記事簿和更復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并且和家居或辦公室的固定設(shè)備連接起來(lái)，利用它們更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和信息輸入／輸出功能，實(shí)現(xiàn)特定的需求。其設(shè)備之間可以自動(dòng)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和確認(rèn)，從而通過(guò)相應(yīng)的控制軟件進(jìn)一步建立通信連接，實(shí)現(xiàn)相互間語(yǔ)音和文本數(shù)據(jù)的傳輸。
在以藍(lán)牙技術(shù)為通信支撐的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶(hù)可以通過(guò)裝有藍(lán)牙模塊的設(shè)備打電話，收發(fā)電子郵件和對(duì)智能家電設(shè)備進(jìn)行控制管理，藍(lán)牙手機(jī)或者便攜設(shè)備在家中可控制各種信息家電設(shè)備；在辦公室可以做為內(nèi)部的集團(tuán)電話移動(dòng)分機(jī)和有關(guān)設(shè)備的操作終端，方便快捷；在商場(chǎng)可以進(jìn)行商品查詢(xún)和信用卡劃款付帳，安全可靠；在路途上可以隨時(shí)與隨身攜帶的筆記本電腦或其他信息設(shè)備連接，并可以通過(guò)交通工具內(nèi)設(shè)置的嵌入藍(lán)牙技術(shù)的局域網(wǎng)移動(dòng)接入點(diǎn)隨時(shí)在因特網(wǎng)上瀏覽，沖浪或?qū)揖又械男畔⒓译娋W(wǎng)絡(luò)、環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用將對(duì)人類(lèi)的工作、生活和通信方式帶來(lái)巨大的變化。
一、藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1999年12月，藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)（Bluetooth SIG）發(fā)布了藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范1.0B，推進(jìn)了藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，為克服在發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中遇到的各類(lèi)困難和爭(zhēng)議提供了一個(gè)解決的基礎(chǔ)。當(dāng)前加盟SIG的公司已超過(guò)2400多家，其中包括諸如AMD、康柏、戴爾、惠普、德州儀器、高通以及卡西歐、飛利浦、三星、LG、精工、夏普等世界著名計(jì)算機(jī)行業(yè)、通信領(lǐng)域以及消費(fèi)電子領(lǐng)域，甚至汽車(chē)與相機(jī)的制造生產(chǎn)廠家。在不久的將來(lái)，基于藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品將會(huì)形成一個(gè)新的浪潮而席卷全球。
藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范是語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)拈_(kāi)放性通信標(biāo)準(zhǔn)，其目的是建立低成本、短距離的無(wú)線連接，利用可操作的無(wú)線模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議開(kāi)發(fā)交互性服務(wù)。
藍(lán)牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高層應(yīng)用三大部分。底層硬件部分包括無(wú)線跳頻（RF）、基帶（BB）和鏈路管理（LM）部分。它們分別定義了藍(lán)牙收發(fā)器在2.4GHz頻段上，以跳頻的方式傳輸信息幀和傳輸鏈路連接的建立／拆除以及鏈路的安全和控制所必須滿(mǎn)足的要求。中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議（TCS）。它們分別完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議復(fù)用、發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)及服務(wù)特性、仿真R-232串口、提供藍(lán)牙設(shè)備間話音和數(shù)據(jù)的呼叫控制信令等功能。在這兩層之間規(guī)定了一個(gè)主機(jī)控制接口層（HCI）。這是協(xié)議中軟硬件之間的接口，該層以上的協(xié)議軟件實(shí)體運(yùn)行在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來(lái)完成。在協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的最上部是高層應(yīng)用的框架（Profiles）。目前僅規(guī)定了撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)、局域網(wǎng)訪問(wèn)、文件傳輸?shù)瘸Ｒ?guī)應(yīng)用，將會(huì)不斷增加。各種應(yīng)用程序可以通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的Profi1e實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。
在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的支持下，藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，每個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)可以連接200個(gè)以上藍(lán)牙裝置。藍(lán)牙系統(tǒng)的傳輸特性是在供工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域自由使用的ISM2.4GHz頻段內(nèi)用單工或全雙工的方式進(jìn)行信息傳輸。每個(gè)藍(lán)牙信道的帶寬是1MHz，它支持三個(gè)同步數(shù)據(jù)信道或同時(shí)支持一個(gè)同步數(shù)據(jù)信道和一個(gè)異步數(shù)據(jù)信道。每個(gè)同步數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)傳輸率是64Kb/s，用于語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸，異步數(shù)據(jù)信道的傳輸率是下行721 Kb/s和上行57.6Kb/s，用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。若設(shè)置為上下行對(duì)稱(chēng)的傳輸方式，傳輸率上下行各是432.6kb/s。一般情況下的傳輸距離是10M（30FEET），最大可達(dá)100M，自動(dòng)調(diào)整。希望達(dá)到的功率消耗水平是在待機(jī)狀態(tài)下的典型值為30微安，工作時(shí)最大值為30毫安，大約是移動(dòng)電話的3％。
二、藍(lán)牙模塊及應(yīng)用
實(shí)現(xiàn)一個(gè)藍(lán)牙應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)方案要點(diǎn)是把一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊嵌入有關(guān)應(yīng)用設(shè)備之內(nèi)，該模塊實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議底層功能并且具有微型、廉價(jià)和低功耗的特點(diǎn)。
藍(lán)牙模塊包括3個(gè)主要功能塊——RF收發(fā)信機(jī)單元，基帶鏈路控制器單元，以及用于鏈路管理和主控制器接口（HCI）功能的支持單元，如圖1所示。當(dāng)然還有天線這一功能部件，天線可以集成到電路板上，也可作為獨(dú)立部件。全功能的藍(lán)牙模塊融入高級(jí)軟件協(xié)議（可駐存在閃速存儲(chǔ)器中），負(fù)責(zé)管理功能和與其它模塊的互操作。RF收發(fā)信機(jī)規(guī)范定義藍(lán)牙系統(tǒng)的頻帶、信道排列和收發(fā)信機(jī)特性�；鶐幚砥饕�(guī)范定義包格式、物理和邏輯信道、以及支持設(shè)備間語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌ぷ髂Ｊ�。主控制器接口（HCI）提供藍(lán)牙模塊與主設(shè)備間的公共接口。
藍(lán)牙模塊的應(yīng)用是廣泛的，它可以作為各種設(shè)備的適配器，為此類(lèi)設(shè)備提供無(wú)線鏈路。也可以作為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于各種信息家電及智能通卡例如：（1）無(wú)線連接取代電纜：隨著通信、計(jì)算機(jī)以及信息家電的發(fā)展，各種通信設(shè)備之間的電纜連接無(wú)處不在，電纜和接口故障是有線連接的最大缺點(diǎn)。藍(lán)牙技術(shù)則可以使鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備利用無(wú)線鏈路連接而替代電纜。（2）多功能電話：可以作為蜂窩移動(dòng)電話、無(wú)繩電話以及公共普通電話的電話三合一版本，實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境下的電話自切換。（3）家庭信息網(wǎng)絡(luò)：家庭信息化是信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)，構(gòu)成家庭信息網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)信息社會(huì)發(fā)展的的必然趨勢(shì)。藍(lán)牙技術(shù)注重于便攜式移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、手持式通信設(shè)備以及其他信息設(shè)備的技術(shù)規(guī)范和家庭信息網(wǎng)絡(luò)的組建。（4）互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)橋及局域網(wǎng)訪問(wèn)：藍(lán)牙技術(shù)可以消除人們隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)的最后10米，具有藍(lán)牙功能的筆記本電腦可以通過(guò)手機(jī)或無(wú)線Modem直接訪問(wèn)Internet，多功能數(shù)據(jù)終端（DT）可經(jīng)局域網(wǎng)訪問(wèn)點(diǎn)（LAP）無(wú)線接入局域網(wǎng)。（5）數(shù)字影像服務(wù)：可用兼容藍(lán)牙技術(shù)的數(shù)碼相機(jī)拍攝相片后，傳送給其他數(shù)碼相機(jī)以及移動(dòng)電話、終端臺(tái)式機(jī)、便攜式電腦和PDA。（6）智能汽車(chē)系統(tǒng)應(yīng)用：通過(guò)車(chē)內(nèi)藍(lán)牙微微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)免提電話、鎖車(chē)、防盜、報(bào)警等各種汽車(chē)智能需求功能。同時(shí)未來(lái)的藍(lán)牙規(guī)范還可以提供車(chē)內(nèi)音響、視頻、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。（7）移動(dòng)辦公和電子商務(wù)：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與Internet、PSDN、ISDN、LAN/MAN／WAN及xDSL等各種設(shè)備間互聯(lián)工作，形成移動(dòng)型辦公室，并可以實(shí)施電子付賬等服務(wù)。
如上所述，基于藍(lán)牙模塊和應(yīng)用模式的藍(lán)牙產(chǎn)品將層出不窮，各種新型的應(yīng)用也在不斷提出。隨著藍(lán)牙芯片價(jià)格的進(jìn)一步降低，同時(shí)集成藍(lán)牙RF收發(fā)器、鏈路控制器和微控制器以及存儲(chǔ)固件程序的Flash的藍(lán)牙單芯片的出現(xiàn)，藍(lán)牙應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。
三、藍(lán)牙技術(shù)面臨的問(wèn)題和解決前景
1.2.4GHz ISM頻段使用的電磁兼容與頻率復(fù)用問(wèn)題
潛在的藍(lán)牙用戶(hù)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題是在未經(jīng)特許的發(fā)送器的柵內(nèi)存在著干擾或性能下降。藍(lán)牙設(shè)備會(huì)與諸如無(wú)繩電話機(jī)、無(wú)線視頻設(shè)備、IEEE 802.11局域網(wǎng)爭(zhēng)奪帶寬。隨著爭(zhēng)奪帶寬的設(shè)備數(shù)量增加，大量的兼容設(shè)備工作在同一個(gè)局部地區(qū)時(shí)，藍(lán)牙設(shè)備的性能會(huì)下降。頻率沖突和重發(fā)數(shù)據(jù)都會(huì)使有效的數(shù)據(jù)速率減慢。模擬試驗(yàn)表明，在有效范圍內(nèi)即使只有6個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，話音質(zhì)量也會(huì)下降，具體要視每個(gè)微微網(wǎng)內(nèi)的使用情況而定。因此與ISM頻段的其他設(shè)備協(xié)調(diào)工作以及頻率干擾對(duì)藍(lán)牙的廣泛應(yīng)用非常重要。電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）業(yè)已成立了一個(gè)協(xié)調(diào)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的802.15個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作小組，為此積極參與IEEE802.15的共存問(wèn)題的研究將對(duì)解決此問(wèn)題有重要作用。
2.藍(lán)牙的互操作性
互操作性一直是藍(lán)牙社團(tuán)最難以排除的障礙之一。由于藍(lán)牙軟件結(jié)構(gòu)的局限性，帶來(lái)藍(lán)牙互操作能力與兼容性的不足，藍(lán)牙產(chǎn)品可能的組合很多，制造廠商無(wú)法預(yù)計(jì)其應(yīng)用軟件中的每一種組合。SIG定義了一系列應(yīng)用，以便有助于保證不同制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品之間的互操作性。目前大約有10多種應(yīng)用，如一般性接入、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、內(nèi)部通信、串行端口、局域網(wǎng)接入和文件傳送。在認(rèn)證過(guò)程中，制造商必須針對(duì)一種或多種應(yīng)用，對(duì)每一種產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。
3.藍(lán)牙的安全性
雖然藍(lán)牙系統(tǒng)擁有跳頻技術(shù)、用戶(hù)個(gè)人標(biāo)識(shí)、鏈路密鑰認(rèn)證和保密密鑰加密多重處理，但鑒于藍(lán)牙系統(tǒng)的移動(dòng)性、普遍性與無(wú)執(zhí)照全面開(kāi)放性，使得其安全保密問(wèn)題顯得尤為敏感與重要，而且在初始密鑰的生成方面也存在著問(wèn)題。初始密鑰的可靠性建立在所用PIN碼的基礎(chǔ)上。E22初始化密鑰生成算法的輸入?yún)?shù)是PIN碼。PIN碼的長(zhǎng)度和一個(gè)隨機(jī)數(shù)字，這些都在空中傳播，對(duì)PIN碼造成不被信任的因素。當(dāng)使用一個(gè)4位的PIN碼時(shí)，只有10000種可能性，所以初始化密鑰的可信度是相當(dāng)?shù)偷�，需要在網(wǎng)絡(luò)高層上實(shí)施更加復(fù)雜的安全措施。
4.藍(lán)牙專(zhuān)用嵌入模塊的成本和功耗
現(xiàn)在藍(lán)牙專(zhuān)用集成電路的價(jià)格和功耗水平還沒(méi)有降低到能被接受的程度，這就影響了當(dāng)前藍(lán)牙產(chǎn)品的普及應(yīng)用和大規(guī)模開(kāi)發(fā)，隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，集成電路技術(shù)水平，集成度進(jìn)一步提高，這個(gè)問(wèn)題有望在近年得到解決。據(jù)悉，藍(lán)牙技術(shù)嵌入模塊的成本可望下降到5美元的水平。
5.與其它技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)
藍(lán)牙主要是與紅外線連接，與IEEE802.11以及Home RF在速率、價(jià)格、可靠性、可用性等方面的競(jìng)爭(zhēng)，藍(lán)牙產(chǎn)品應(yīng)比同類(lèi)產(chǎn)品具有更高的可靠性、兼容性以及性?xún)r(jià)比，才能保持與發(fā)揚(yáng)目前已持有的綜合主導(dǎo)地位，在競(jìng)爭(zhēng)中確立自己的應(yīng)有地位。低廉的附加價(jià)格和極低的功耗將是藍(lán)牙技術(shù)最主要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
四、光明的市場(chǎng)前景
預(yù)測(cè)指出：在全球市場(chǎng)范圍內(nèi)，隨著藍(lán)牙技術(shù)日益完善和用戶(hù)群體的擴(kuò)大，到2002年，與藍(lán)牙相關(guān)的元器件、芯片、產(chǎn)品及系統(tǒng)的銷(xiāo)售額將達(dá)到25億美元以上；到2004年，價(jià)格在5美元以下的藍(lán)牙芯片銷(xiāo)售量將達(dá)到5億套以上；藍(lán)牙產(chǎn)品的銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)年平均增長(zhǎng)率是360％，到2005年規(guī)模將顯著擴(kuò)大，達(dá)到9.55億臺(tái)，內(nèi)置藍(lán)牙芯片能高度支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)乃{(lán)牙手機(jī)，將占全部手機(jī)的50％以上。藍(lán)牙擁有不可限量的市場(chǎng)前景。
我國(guó)具有全世界最多的人口，估計(jì)到2005年，中國(guó)的移動(dòng)電話用戶(hù)量、家電量、固定電話用戶(hù)量、甚至Internet用戶(hù)及上網(wǎng)手機(jī)量，均可能居全球榜首。藍(lán)牙作為嵌入式設(shè)備的應(yīng)用將成為最通用方式，藍(lán)牙在中國(guó)的市場(chǎng)潛力在全球?qū)⑹亲畲蟮�。�?jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)將占整個(gè)亞太地區(qū)的65％藍(lán)牙市場(chǎng)份額，10年內(nèi)藍(lán)牙相關(guān)產(chǎn)品將達(dá)到400億人民幣市場(chǎng)。加入WTO后的中國(guó)將面臨來(lái)自國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)的制造商、操作運(yùn)營(yíng)者、科研部門(mén)及投資商必須建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，快速發(fā)展中國(guó)的藍(lán)牙民族產(chǎn)業(yè)以滿(mǎn)足中國(guó)市場(chǎng)的巨大需求。
摘自《數(shù)據(jù)通信》2002.1期
