浅析蓝牙的由来及蓝牙技术..doc

浅析蓝牙的由来及蓝牙技术1 概述蓝牙是一种开放的技术规范它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信蓝牙技术的发展1994年爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现低功耗低成本无线接口的可行性随着项目的进展爱立信公司意识到短距无线通信short distance wireless communication的应用前景无限广阔爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙bluetoothbluetooth 取自10世纪丹麦国王 harald bluetooth 的名字爱立信意识到要使这项技术最终获得成功必须得到业界其他公司的支持与应用1998年5月爱立信联合诺基亚nokia英特尔intelibm 东芝toshiba这4家公司一起成立了蓝牙特殊利益集团special interest groupsig负责蓝牙技术标准的制定产品测试并协调各国蓝牙的具体使用3com朗讯lucent微软microsoft和摩托罗拉motorola很快加盟sig与sig的5个创始公司一同成为sig的9个倡导发起者自蓝牙规范10版推出后蓝牙技术的推广与应用得到了迅猛发展截至目前sig的成员已经超过了2 500家几乎覆盖了全球各行各业包括通信厂商网络厂商外设厂商芯片厂商软件厂商等甚至消费类电器厂商和汽车制造商加入了sig2 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24ghz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全球范围适用蓝牙工作在24ghz的 ism频段全球大多数国家ism频段的范围是2424835ghz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64kbits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721kbits反向为576kbits当采用对称信道传输数据时速率最高为3426kbits蓝牙有两种链路类型异步无连接asynchronous connection-lessacl链路和同步面向连接synchronous connection-orientedsco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皮网piconet时其中只有一个主设备其余的均为从设备皮网是蓝牙最基本的一种网络形式最简单的皮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皮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皮网即某一时刻参与某一皮网而下一时刻参与另一个皮网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 networkwlan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2402248ghz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6255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328mm168mm295mm6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3 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 interconnetionreferenced model osirm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31 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32 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ts0710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 protocolsdp为实现蓝牙设备之间相互查询及访问对方提供的服务3 irdainfrared 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4 电话控制协议该协议包括tcsat指令集和音频电话控制协议性能telephone control protocol specificationtcs是基于国际电信联盟电信标准化部门international telecommunication union-telecommunicationitu-t的q931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33 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 interfaceapi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4 蓝牙应用规范蓝牙规范的应用模式有很多如图2中所示的四种应用模式是所有用户模式和应用的基础也为以后可能出现的用户模式和应用提供了基础1通用访问应用gap模式定义了两个蓝牙单元如何互发现和建立连接它是用来处理连接设备之间的相互发现和建立连接的它保证两个蓝牙设备不管是哪一家厂商的产品都能够发现设备支持何种应用并能够交换信息2服务发现应用sdap模式定义