蓝牙技术概述

一、 什么是蓝牙？

所谓“蓝牙”（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线通信技术，是由世界著名的5 家大公司———爱立信（Ericsson）、诺基亚（Nokia）、东芝（Toshiba）、IBM 和Intel 公司，于1998 年5 月联合宣布的一种开放性无线通信规范。它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。其实质内容是建立通用的无线电空中接口，使计算机和通信进一步结合，让不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有相互操作的一种技术。

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Internet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。“蓝牙”技术使得现代一些可携带的移动通信设备和电脑设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。 二、 相关术语

蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有两种形式：微微网（piconet）和分布式网络（Scatternet）。

微微网：微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络，一个微微网可以只是两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。在一个微微网中，所有设备的级别是相同的，具有相同的权限。蓝牙采用自组式组网方式（Ad-hoc），微微网由主设备（Master）单元（发起链接的设备）和从设备（Slave）单元构成，有一个主设备单元和最多7个从设备单元。主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列，从设备单元一般是受控同步的设备单元，接受主设备单元的控制。 分布式网络（Scatternet）：是由多个独立、非同步的微微网形成的。 主设备（Master unit）：在微微网中，如果某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备，则称它为主设备。

从设备（Slave unit）：非主设备的设备均为从设备。

MAC地址(MAC address)：用3比特表示的地址，用于区分微微网中的设备。 休眠设备（Parked units）：在微微网中只参与同步，但没有MAC地址的设备。

监听及保持方式（Sniff and Hold mode）：指微微网中从设备的两种低功耗工作方式。

三、 技术特点

技术特点： (1) 全球范围适用：

“蓝牙”工作在2.4GHz 的ISM（即工业、科学、医学）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) 可同时传输语音和数据：

“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。 (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。 (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，为了抵抗这些设备的干扰，“蓝牙”采用了跳频方式来扩展频谱，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。

(5) “蓝牙”模块体积很小、便于集成。

(5) 低功耗：

“蓝牙”设备在通信连接状态下，有四种工作模式———激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活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。 (8) 成本低。

四、 系统组成及工作原理

系统组成： （1） 天线单元

“蓝牙”要求其天线部分体积十分小巧、重量轻。由于“蓝牙”工作在全球通用的2.4GHz 的ISM频段。为了使其具有较高的抗干扰能力，“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，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（伪随机码）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律进行通信的，而其它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频带，使干扰可能造成的影响变得很小。和其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。使用FEC（Forward Error Correction，前向纠错）技术可以抑制长距离链路产生的随机噪音。

（2） 链路控制（硬件）单元：该单元描述了链路控制器，实现了系带协议

和其他底层连接规程，主要包括：媒体介入控制（MAC）；差错控制；认证与加密。1.射频模块。将基带模块的数据包通过无线电信号以一定的功率和跳频频率发送出去, 实现蓝牙设备的无线连接;2.基带模块。即蓝牙的物理层, 负责管理物理信道和链路, 采用查询和寻呼方式, 使跳频时钟及跳频频率同步, 为数据分组提供对称连接( SCO) 和非对称连接( ASL) ,并完成数据包的定义、前向纠错、循环冗余校验、逻辑通道选择、信号噪化、鉴权、加密、编码和解码等功能。它采用

混合电路交换和分组交换方式, 既适合语音传送, 也适合一般的数据传送。

（3） 链路管理（软件）单元：负责链路管理器（LM）软件实现以及链路

的建立认证及链路配置等。主要包括：通过连接管理协议（LMP）建立通信联系；LM利用链路控制器（LC）提供的服务实现上述功能。

（4） 蓝牙软件（协议栈）单元：蓝牙规范是个人区域内的无线通信制定的

协议，它包括两部分：核心（CORE）部分和协议子集（Profile）部分。协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤盒传输，调频和数据帧传输，连接的简历和释放，链路的控制，数据的拆装等功能。

蓝牙的核心协议由基带，链路管理，逻辑链路控制与适应协议和服务搜索协议等4部分组成。 1） 基带协议

基带和链路控制层确保微微网内各蓝牙设备单元之间由射频构成的物理连接。蓝牙的射频系统是一个跳频系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发送。它使用查询和分页进程同步不同设备间的发送频率和时钟，为基带数据分组提供了两种物理连接方式，即面向连接（SCO）和无连接（ACL），而且，在同一射频上可实现多路数据传送。ACL适用于数据分组，SCO适用于话音以及话

音与数据的组合，所有的话音和数据分组都附有不同级别的前向纠错（FEC）或循环冗余校验（CRC），而且可进行加密。此外，对于不同数据类型（包括连接管理信息和控制信息）都分配一个特殊通道。 可使用各种用户模式在蓝牙设备间传送话音，面向连接的话音分组只需经过基带传输，而不到达L2CAP。话音模式在蓝牙系统内相对简单，只需开通话音连接就可传送话音。 2）连接管理协议（LMP）

该协议负责各蓝牙设备间连接的建立。它通过连接的发起、交换、核实，进行身份认证和加密，通过协商确定基带数据分组大小。它还控制无线设备的电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态。

3）逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）

该协议是基带的上层协议，可以认为它与LMP并行工作，它们的区别在于，当业务数据不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、群提取技术。L2CAP允许高层协议以64k字节长度收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型，但L2CAP只支持ACL。 4）服务发现协议（SDP）

发现服务在蓝牙技术框架中起着至关紧要的作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝牙设备间建立相应的连接。

工作原理：

其基本实现原理为蓝牙设备依靠专用的蓝牙微芯片能使设备在短距离范围内发送无线电信号，来寻找另一个蓝芽设备。一旦找到，相互之间便开始通信，交换信息。 1．蓝牙通信的主从关系

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建

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