通信新技术讲座.docx

For personal use only in study and research; not for commercial use短距离通信蓝牙技术应用文通074-2 崔现鑫 2“蓝牙”（Bluetooth）原是十世纪统一了丹麦的国王的名字，现取其“统一”的含义，用来命名意在统一无线局域网通讯标准的蓝牙技术。蓝牙技术是一种近距离地保证牢靠接收与信息平安的无线通信技术。长期以来，现代通信技术致力于远距离的宽带通信网与全球漫游式的无线通信，企图把全世界的每一个角落都纳入到有线或无线的网络中来，但是近距离的数字通信却始终被忽视，直到20世纪末，才提到议事日程。蓝牙技术所要解决的问题是在10m范围内实现各种电子产品信息的无线传输，消退他们之间犬牙交织的连接电缆，它必需实现如下一些技术要求：1） 完好的替代功能：蓝牙所用的无线新到必须要想有线电缆一样精确无误的发送或接收数据，而无线信道上信息环境比有线通道受到的干扰多得多，传送环境困难的多。2） 信息平安功能：电波在空间传播时会出现散射现象，于是无线信道传送的保密程度远低于有线信道，蓝牙技术的平安问题不能忽视。3） 承载实力：同时连接多个设备，要有足够的传输速率，支持不同类型（如声音与数据）的信息的发送或接受。4） 超低功率：设备可用电池供电。5） 致密性高：蓝牙芯片内部结构困难但体积小。6） 全球通用：运用户能在世界各地便利运用。蓝牙技术的实现有赖于硬件电路与软件程序的双重支撑。硬件电路是一种1c的嵌入式微功率芯片，如此小的体积, 功率便于它嵌入到一般电子厂品中；微限制软件的职责是搜寻并联系起其他也嵌入有蓝牙芯片的电子产品，联系过程是一场信息交换的过程。信息交换通过发送, 接收无线电波实现，发送功率越大，传播的距离就越远，它们并不成正比。 蓝牙是无线数据与语音传输的开放式标准，它将各种通信设备, 计算机及其终端设备, 各种数字数据系统, 甚至家用电器采纳无线方式联接起来。它的传输距离为10cm10m，假如增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。它采纳2.4GHz ISM频段与调频, 跳频技术，运用权向纠错编码, ARQ, TDD与基带协议。TDMA每时隙为0.625s，基带符合速率为1Mb/s。蓝牙支持64kb/s实时语音传输与数据传输，语音编码为CVSD，放射功率分别为1mW, 2.5mW与100mW，并运用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采纳无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低, 对人体危害小，而且应用简洁, 简洁实现，所以易于推广。 爱立信公司提出“蓝牙技术规范草案”，是在开展一项重大课题的探讨之后，这项课题就是探讨把各种各样的通信设备通过移动 接入蜂窝式移动通信网。爱立信公司的探讨从一起先就引起了一些大公司的留意。1998年2月，有世界上最出名的IT产业公司（爱立信, Intel, IBM, 东芝, 诺基亚）发起组建“蓝牙特别利益小组”（Special Interest Group，SIG），小组的任务是制定蓝牙技术标准, 如何测试蓝牙产品, 协调各国蓝牙技术的运用频段。SIG于1998年5月正式成立，1999年12月又有四家公司（3Com, 微软, 摩托罗拉与朗讯）加入SIG。这样一来，上述九个公司成为SIG的创始成员与领导成员，通常把这九个公司称为SIG的倡议者，后来加入的其他成员被称为SIG的响应者。2000年4月，参与SIG的公司已达1790家，2001年6月激增到2491家。在各种通信或网络方面的国际组织中，SIG的成员无疑是最多的。SIG已经拥有两千多个成员，称其“小组” 好像不太合适，因此，中文译名近来将其译为“蓝牙特别利益集团”。SIG组织于1999年7月26日推出了蓝牙技术规范1.0版本。蓝牙技术的系统结构分为三大部分：底层硬件模块, 中间协议层与高层应用。 底层硬件部分包括无线跳频（RF）, 基带（BB）与链路管理（LM）。无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实现数据位流的过滤与传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所须要满意的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据与信息帧的传输。链路管理负责连接, 建立与拆除链路并进行平安限制。 蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点，可以进行异步数据通信，可以支持多达3个同时进行的同步话音信道，还可以运用一个信道同时传送异步数据与同步话音。每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒, 另一端速率为57.6kb/秒的不对称连接，也可以支持43.2kb/秒的对称连接。 中间协议层包括逻辑链路限制与适应协议, 服务发觉协议, 串口仿真协议与 通信协议。逻辑链路限制与适应协议具有完成数据拆装, 限制服务质量与复用协议的功能，该层协议是其它各层协议实现的基础。服务发觉协议层为上层应用程序供应一种机制来发觉网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。 通信协议层则供应蓝牙设备间话音与数据的呼叫限制指令。 主机限制接口层（HCI）是蓝牙协议中软硬件之间的接口，它供应了一个调用基带, 链路管理, 状态与限制寄存器等硬件的统一吩咐接口。蓝牙设备之间进行通信时，HCI以上的协议软件实体在主机上运行，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过一个对两端透亮的传输层进行交互。 在蓝牙协议栈的最上部是各种高层应用框架。其中较典型的有拨号网络, 耳机, 局域网访问, 文件传输等，它们分别对应一种应用模式。各种应用程序可以通过各自对应的应用模式实现无线通信。拨号网络应用可通过仿真串口访问微微网（Piconet），数据设备也可由此接入传统的局域网；用户可以通过协议栈中的Audio（音频）层在手机与耳塞中实现音频流的无线传输；多台PC或笔记本电脑之间不须要任何连线，就能快速, 敏捷地进行文件传输与共享信息，多台设备也可由此实现同步操作。 总之，整个蓝牙协议结构简洁，运用重传机制来保证链路的牢靠性，在基带, 链路管理与应用层中还可实行分级的多种平安机制，并且通过跳频技术可以消退网络环境中来自其它无线设备的干扰。 蓝牙协议按其实施的功能可以划分成4类：1） 蓝牙核心协议：有基带BB, 连接管理LMP, 练级限制与适配L2CAP, 服务发觉SDP协议。2） 蓝牙电缆替代协议：有串口仿真RFCOMM协议。3） 蓝牙 限制协议：有 通信TCS协议, AT协议。4） 蓝牙选用协议：有PPP, UDD/TCP/IP, , WAE, VCard, Vcal, IrMC等。在以上四类协议中，最主要最基本的是蓝牙核心协议，蓝牙设备基本上都须要核心协议（此外，还须要无线规范），其他协议按蓝牙设备的须要而选定。基带协议Base Band 是为微微网内各蓝牙单元用射频构成物理连接而设立的。蓝牙射频系统是一个调频系统，它的任一个分组应在指定的频率与时隙内发送，并且可以通过查询使每一个蓝牙单元发觉发送范围内的单元及它们的地址时钟，也还可以通过呼叫确定实际连接的单元。基带数据分组有面对连接与无连接两种方式，并在同一射频范围内实现多路数据传送。 链路限制与适配协议L2CAP与LMP都位于ISO/OSI七层协议的第二层链路层，它们的工作是并行的，致使基带数据业务可以越过LMP干脆通过L2CAP把数据传送到高层。L2CAP允许高层按64KB长度分组或传送。虽然基带协议供应有面对连接与无连接两种物理连接方式，但L2CAP只支持无连接着一种。 服务发觉协议SDP的功能是：用户只有通过它才能获得设备信息, 服务信息与服务特征，蓝牙单元之间有不同的SDP连接，才能适应各种不同用户的需求。 蓝牙协议体系中的底层, 中间层, 应用层三层叠放形成了蓝牙协议，如下图所示。应用层（Application） 通信协议（TCS）服务发觉协议（SDP）串口仿真协议(RFCOMM)限制数据语音（audio）逻辑链路限制与适配协议（L2CAP）主机限制器接口（HCI）链路管理协议（LMP）基带（BB）射频（RF） 蓝牙协议栈 蓝牙技术的应用范围相当广泛，可以广泛应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC, 拨号网络, 笔记本电脑, 打印机, 机, 数码相机, 移动 与高品质耳机等，蓝牙的无线通讯方式将上述设备连成一个微微网（Piconet），多个微微网之间也可以进行互连接，从而实现各类设备之间随时随地进行通信。应用蓝牙技术的典型环境有无线办公环境, 汽车工业, 信息家电, 医疗设备以及学校教化与工厂自动限制等。目前，蓝牙的初期产品已经问世，一些芯片厂商已经起先着手改进具有蓝牙功能的芯片。与此同时，一些颇具实力的软件公司或者推出自已的协议栈软件，或者与芯片厂商合作推出蓝牙技术实现的详细方案。尽管如此，蓝牙技术要真正普及开来还须要解决以下几个问题：首先要降低成本；其次要实现便利, 好用，并真正给人们带来实惠与好处；第三要平安, 稳定, 牢靠地进行工作；第四要尽快出台一个有权威的国际标准。一旦上述问题被解决，蓝牙将快速变更人们的生活与工作方式，并大大提高人们的生活质量。蓝牙技术是一种新技术，它的问世无疑给移动通信的进一步发展带来新的动力。与此同时，也会开创一些新的, 目前还不知道的应用。明显，为了更具生命力，他必需早解决自身问题的过程中不断进步。但应当信任，在不久的将来，所以的家庭与办公设备都将是无线连接，随之而来都将是生活与工作的日益简洁与高效。参考文献1喻宗泉 . 蓝牙技术基础2006.12庄奕琪 . 蓝牙幻想与实现 2002.33刘雪峰 单宝杰 . 蓝牙技术及其应用 . 国外电子元器件2002年第6期 2002.6第 7 页 以下无正文 仅供个人用于学习, 探讨；不得用于商业用途。  , , . For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l 'étude et la recherche uniquement à des fins personnelles; pas à des fins commerciales.