青海师专学报(教育科学)
JOURNALOFQINGHAIJUNIORTEACHERS'COLLEGE
(EducationScience)
2005年第6期
文章编号:1007-0117(2005)06-0083-03No6.2005
蓝牙技术和应用
李 琦
(青海民族学院电子工程与信息科学系,青海西宁810007)
摘 要:蓝牙技术的产生已有十年,而在我国则刚刚起步.文章着重介绍了什么是蓝牙技术,阐述了蓝牙通讯技术以及蓝牙技术在实际生活中的应用和意义.
关键词:蓝牙;通讯技术;应用
中图分类号:TN8
文献标识码:B
1 蓝牙技术
蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学)频段.蓝牙的数据速率为1Mbit/s.时分双工传输方案被用来实现全双工传输.ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带,使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源.为此,蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定.跳频技术是把频带分成若干个跳频信道(hopchannel),在一次连接中,无线电收发器按一定的码序列(即一定的规律,技术上叫做“伪随机码”,就是“假”的随机码)不断地从一个信道“跳”到另一个信道,只有收发双方是按这个规模进行通信的,而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰.跳频的瞬时带宽是很窄的,但通过扩展频谱技术使这个窄带成百倍地扩展成宽带频,使干扰可能的影响变得很小.与其他工作在相同频段的系统相比,蓝牙跳频更快,数据包更短,这使蓝牙比其他系统都要稳定.FEC(ForwardErrorCorrection,前向纠错)的使用抑制了长距离链路的随机噪音.应用了二进制调频(FM)技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落.有了跳频和纠错编码两项技术,配备蓝牙的设备间就能进行可靠的通信了.
通过蓝牙技术连接在一起的设备组成微网.蓝牙技术的无线电收发器的链接距离可达30英尺,不限制在直线范围内,甚至设备不在同一房间内也能相互链接,并且可以链接多个设备,这就可以把用户身边的设备都链接起来,形成一个“个人领域的网络”(Personalareanetwork).虽然微网的节点数有限,但多个微网可以连接在一起,组成一个无限大的散布网,从而将不同设备,如个人电脑、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话、高品质耳机等几乎所有具有开关功能的设备,通过无线的方式连成一个围绕个人的网络,使各种数字设备实现真正的资源共享.蓝牙技术的最终目的是要建立一个全球统一的无线连接标准,让不同厂家生产的移动计算设备在近距离内无需电缆线就可实现数据共享.
2 蓝牙通讯技术的应用
蓝牙系统一般由天线单元、链路控制(固件)单元、功能单元组成.蓝牙系统的主要技术包括:
2.1 网络技术
蓝牙技术支持点对点和点对多点连接.几个piconet收稿日期:2005-06-10
作者简介:李 琦(1981-),男,广东台山人,青海民族学院电子工程
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一piconet所有用户都与这个跳频顺序同步.其拓扑结构可以被描述为“多piconet”结构.在一个“多piconet”结构中,在带有10个全负载的独立的piconet的情况下,全双工数据速率超过6Mbit/s.
2.2 基带
基带部分描述了硬件———基带链路控制的数字信号处理规范.基带链路控制负责处理基带协议和其它一些低层常规协议.蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合.在被保留的时隙中可以传输同步数据包,每个数据包以不同的频率发送.一个数据包名义上占用一个时隙,但实际上可以被扩展到占用5个时隙.蓝牙可以支持异步话音.每个话音信道支持64kbit/s同步话音链路.异步信道可以支持一端最大速率为721kbit/s而另一端速率为57.6kbit/s的不对称连接,也可以支持43.2kbit/s的对称连接.
2.3 连接类型和数据包类型
连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使用.蓝牙基带技术支持两种连接类型,即同步定向连接(SCO)类型(主要用于传送话音)和异步无连接(ACL)类型(主要用于传送数据包).同一个piconet中不同的主从对可以使用不同的连接类型,而且在一个阶段内可以任意改变连接类型.每个连接类型最多可以支持16种不同类型的数据包,其中包括四化上控制分组,这一点对SCO和ACL来说都是相同的.两种连接类型都使用TDD(时分双工传输方案)实现全双工传输.SCO连接为对称连接,利用保留时隙传送数据包.连接建立后,master和slave可以不被选中就发送SCO数据包.SCO数据包既可以传送话音,也可以传送数据,但在传送数据时,只用于重发被损坏的那部分的数据.ACL链路就是定向发送数据包,它既支持对称连接,也支持不对称连接.Master负责控制链路带宽,并决定piconel中的每个slave可以占用多少带宽和连接的对称性.Slave只有被选中才能传送数据.ACL链路也支持接收master发给piconet中所有slave的广播消息.
2.4 纠错
基带控制器有3种纠错方案:即1/3比例前向纠错(FEC)码、2/3比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案.FEC(前向纠错)方案的目的是为了减少数据重发的次数,降低数据传输负载.但是,要实现数据的无差错传输,FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率.这是因为,数据包对于是否使用FEC是弹性定义的.报头总有占1/3比例的FEC码起保护作用,其中包含了有用的链路信息.
2.5 鉴权和保密
蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制.鉴权基于“请求—响应”运算法则.鉴权是蓝牙系统中的关键部分,它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域,比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信.加密被用来保护连接中的个人信息.密钥由程序的高层来管理.网络传送协议和应用程度可以为用户提供一个较强的安全机制.
2.6 链路管理
链路管理(LM)软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议.LM能够发现其它LM远端并通过LMP(链路管理协议)与之通信.LM模块提供的服务包括:①发送和接收数据.②请求名称.LM能够有效地查询和报告名称或长度最大可达16位的设备ID.⑧链路地址查询.④建立连接.⑤鉴权.⑥链路模式协商和建立,比如数据模式或者话音/数据模式.在连接建立过程中模式是可以变更的.⑦决定帧的类型.⑧将设备设为sniff模式.工作在sniff模式的设备只接收M时隙的数据.M时隙的位置是LM协商决定的.Master只能有规律地在特定的时隙发送数据.⑨将设备设为hold模式.工作在hold模式的设备为了节能,在一个较长的周期内停止接收数据,平均每4s激活一次链路,这由LM定义,LC(链路控制器)具体操作.⑩当设备不需传送或接收数据但仍需保持同步时将设备设为暂停模式.处于暂停模式的设备周期性地激活
)话音编码方案,并且从不重发话音数据包.CVSB编4%,CVSD编码的语音还是可听的.
,这种要求涉及到无线模块、空中协议以及应.蓝牙设备必须能够彼此识别并(如PC、手持机、移动电话、耳机
李 琦:蓝牙技术和应用
等)有不同的要求,例如,无法期望一个蓝牙耳机提供地址簿,但是移动电话、手持机、笔记本电脑就需要有更多的功能特性.软件结构需要具有的功能包括:设置及故障诊断工具、能自动识别其它设备、取代电缆连接、与外设通信、音频通信与呼叫控制、商用卡的交易与号簿网络协议等.蓝牙的软件(协议)单元是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆绑.适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中.
2.9 天线
蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的.空中接口遵循FCC(美国联邦通信委员会)有关电平为0dB的ISM频段的标准.如果全球电平达到100mW以上,可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务.频谱扩展功能是通过起始频率为2.402GHz,终止频率为2.480GHz,间隔为1MHz的79个跳频频点来实现的.出于某些本地规定的考虑,日本、法国和西班牙都缩减了带宽.最大的跳频速率为1660跳/秒.理想的连接范围为10cm—10m,但是通过增大发送电平可以将距离延长至100m.
3 蓝牙技术在实际生活中的广泛应用
蓝牙规范接口可以直接集成嵌入到普通电脑、笔记本电脑或一体机使电脑的内部芯片中;或通过PC卡或USB接口连接.因而,蓝牙技术在实际生活中的应用十分广泛.
3.1 电脑的蓝牙技术使用模型包括:通过蓝牙手机连接远端通信网络;手机与电脑相互传输文件、数据,远端控制手机进行通信,媒体播放,编辑文本,图片等各种功能;利用电脑装入的蓝牙设备及应用软件,手持机和手机间的商用卡交易,时间同步,同步地址本等.
3.2 手机中蓝牙技术的使用模型包括:通过蓝牙无线耳机实现手机免提供能;向有蓝牙的电脑和手持机送文件信息联结通信网络;同其它蓝牙手机进行文件互传,距内局域网内的相互通信及控制.
3.3 其它蓝牙设备的使用模型包括:蓝牙耳机,蓝牙键盘,蓝牙鼠标,蓝牙打印机,蓝牙扫描仪,蓝牙摄像头等外设;蓝牙数码相机或数码DV,蓝牙MP3,蓝牙MP4,蓝牙商务,学习或游戏手持机;蓝牙数码数字电视,蓝牙有刻录功能的DVD,蓝牙投影仪;蓝牙耳机,蓝牙传真机,蓝牙空调等.
4 结论
综上所述,在人民生活水平不断提高,通信电子高速发展的今天,更加实用的蓝牙设备及其短距离网络已逐步地进入我们生活和工作中.近年来,移动通信发展迅速,便携式计算机如膝上型电脑(Laptop)、笔记本电脑(Notebook)、手持式电脑(HPC)以及个人数字辅助器(PDA)等也迅速发展,还有因特网的迅速发展,使人们对电话通信以外的各种数据信息传递的需求日益增长.蓝牙技术把各种便携式电脑与蜂窝移动电话用无线电线链路连接起来,使计算机与通信技术更加密切的结合起来,使人们能随时随地进行数据信息的交换与传输.因此,计算机行业、移动通信行业都对蓝牙技术非常重视,认为蓝牙技术将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大的促进作用.预计在最近几年内,蓝牙技术、蓝牙芯片、蓝牙产品都将获得重大进展.因此,推广研究和普及应用蓝牙短距离网络技术,将对信息产业的更快速而统一的发展,提高商务经管领域中信息交流的便捷高效,便利人民生活有着直接而现实的意义.
参考文献:
[1]禹帆,蓝牙技术[M].北京.清华大学出版社,2002.
[2][EB/01]http://edu.tmn.cn/html/10/88/.
[3][EB/01]http://www.epc.com.cn/2002/0006/zt6.ntm.
BlueToothTechnologyandLIQi
(ElectronicEngineeringandInformationScienceDepartmentofQinghaiAbstract:ItistenyearssinceBlueToothTechnologycameintobeing.country.TheauthormainlyintroducesBlueToothTechnologyinthispaperanwellastheapplicationandsignificanceofBlueToothTechnologyinpracticaKeywords:BlueToothcommunicationtechnologyapplication