什麼是藍牙,藍牙技術體系及相關術語

什麼是藍牙,藍牙技術體系及相關術語

    我想現在很多人都已經用上了藍牙設備，如藍牙耳機、藍牙適配器、藍牙鍵盤等，圖 13—1和圖13-2所示分別為藍牙鍵盤和藍牙耳機。這些在以前似乎還顯得遙遠的技術，現在 已經融入了生活的各個角落，例如，進入商場，隨便一款稍好一點的手機，都帶著藍牙功能； 走在街上，身邊經過的人總會有幾個戴著藍牙耳機。

1  什麼是藍牙 
    藍牙這個名稱來自於10世紀的一位丹麥國王Harald Blatand，Blatand在英文裡的意思 可以被解釋為Bluetooth（藍牙）。在行業協會籌備階段，需要一個極具有表現力的名字來命 名這項高新技術。行業組織人員在經過一夜關於歐洲歷史和未來無限技術發展的討論後，有 些人認為用Blatand國王的名字命名再合適不過了。Blatand國王將現在的挪威、瑞典和丹麥 統一起來；他的口齒伶俐，善於交際，就如同這項即將面世的技術，技術將被定義為允許不 同工業領域之間協調工作，保持著個各系統領域之間的良好交流，例如計算機、手機和汽車 行業之間的工作。於是名字就這麼定了下來。
    藍牙的創始人是瑞典愛立信公司，愛立信早在1 994年就 與其他設備生產商聯系，並激發了他們對該項技術的濃厚哭 趣。1998年2月，5個跨國大公司，包括愛立信、諾基亞、 IBM、東芝及Intel組成了一個特殊興趣小組(SIG)，他們 共同的目標是建立一個全球性的小范圍無線通信技術，即現 在的藍牙，圖標如圖13-3所示。  

  圖13-3
    藍牙是一種支持設備短距離通信（一般在lOm內）的無線電技術。能在包括移動電話、 PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙” 技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與Internet之 間的通信，從而使數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網 絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業、科學、醫學）頻段。其數據速率為lMbit/s。采用時分雙工傳輸方案實現全 雙工傳輸。
    Bluetooth無線技術是當今市場上支持范圍最廣泛、功能最豐富且安全的無線標准。全 球范圍內的資格認證程序可以測試成員的產品是否符合標准。自1999年發布Bluetooth規 格以來，總共有超過4000家公司成為Bluetooth特別興趣小組(SIG)的成員。

藍牙技術體系及相關術語
    1．藍牙技術版本
    截止到2010年6月，算上正在使用及已經研發和公布的技術，當前藍牙共有6個版本 Vl.l/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0，具體內容如下：
    (1)1.1為最早期版本，傳輸率約在748kbit/s～810kbit/s，因是早期設計，容易受到同 頻率的產品干擾，影響通信質量。
    (2)版本1.2同樣是只有748kbit/s～810kbit/s的傳輸率，但加上了（改善Software） 抗干擾跳頻功能。
    (3)無論是1.1還是1.2版本的藍牙產品，本身基本上可以支持Stereo音效的傳輸要 求，但只能夠支持單工的方式工作，且音帶頻率響應不太足夠，並不能完全滿足實際需要。
    (4)版本2.0是1.2的改良提升版，傳輸率約在1.8Mbit/s～2.lMbit/s，開始支持雙工 的工作方式。也就是說，在做語音通信使用的同時還可以傳輸文檔、圖片、音樂等文件。
    (5)為了改善藍牙Bluetooth 2.O+EDR標准技術存在的問題，藍牙SIG組織(Special  Interest Group)推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的藍牙技術。藍牙2.1版除了改善裝置配對沆 程外，還加入了Sniff Subrating的功能，透過設定在兩個裝置之間互相確認信號的發送間隔 來達到節省功耗的目的。
    (6) 2009年4月21日，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)正式頒布了新一代標准規范 Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed（藍牙核心規范3.0版高速）。藍牙3.0的 核，心是Generic Alternate MAC/PHY (AMP)，這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協議 棧針對任一任務動態地選擇正確射頻。作為新版規范，藍牙3.0的傳輸速度自然會更高，而 秘密就在802.11無線協議上。通過集成802.11 PAL（協議適應層），藍牙3.0的數據傳輸率 提高到了大約24Mbit/s（即可在需要的時候調用802.11 Wi-Fi用於實現高速數據傳輸），是藍 牙2.0的8倍，可以輕松用於錄像機至高清電視、PC至PMP、UMPC至打印機之間的資料 傳輸。
    (7)藍牙4.0包括3個子規范，即傳統藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術。 藍牙4.0的改進之處主要體現在3個方面，即電池續航時間、節能和設備種類上。此外， 藍牙4.0的有效傳輸距離乜有所提升。當前，藍牙的有效傳輸距離為lOm（約30英尺）， 而藍牙4.0的有效傳輸距離可達到60m（約200英尺）。SIG表示，藍牙4.0完整規范 將於2010年6月30日完成，而基於藍牙4.0的設備有望於2010年年底或2011年初 上市。
    2．藍牙通信距離
    根據通信距離的遠近，藍牙技術分為Classl/Class2/Class3這3個級別。其中，Classl是 用在大功率／遠距離的藍牙產品上，但因成本高和耗電量大，不適合做個人通信產品之用（手 機／藍牙耳機／藍牙Dongle等），所以多用在部分商業特殊用途上，通信距離大約在80～ lOOm之間。
    Class2是目前最流行的制式，通信距離大約在8～30m之間，根據產品的設計而定，多 用於手機內／藍牙耳機／藍牙Dongle的個人通信產品上，耗電量和體積較小，方便攜帶。至 於Class3由於支持距離太短，目前已經很少采用。

3．藍牙協議框架

藍牙協議包括多層協議棧， 詳細內容如圖13-4所示。

    底層模塊是藍牙技術的核心模塊，所有嵌入 藍牙技術的設備都必須包括底層模塊。它主要由 鏈路管理層LMP (Link Manager Protocol)、基帶 層BB (Base Band)和射頻RF (Rodio Fraquency) 組成。其功能如下：
    無線連接層（RF）通過2.4GHz無須申請的 ISM頻段實現數據流的過濾和傳輸；它主要定義 了工作在此頻段的藍牙接收機應滿足的需求；基 帶層(BB)提供了兩種不同的物理鏈路，即同步 面向連接鏈路SCO(Synchronous Connection Oriented)和異步無連接鏈路ACL (Asynchronous Connection Less)，負責跳頻和藍牙數據及信息幀 的傳輸，且對所有類型的數據包提供了不同層次 冒 的前向糾錯碼FEC (Frequency Error Correction)或循環冗余度差錯校驗CRC (Cyclic Redundancy Check)；LMP層負責兩個或多個設備鏈路的建立和拆除及鏈路的安全和控制， 如鑒權和加密、控制和協商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的訪問入口；藍 牙主機控制器按口HCI（Host Controller Interface）由基帶控制器、連接管理器、控制和事件 寄存器等組成，它是藍牙協議中軟、硬件之間的接口，提供了一個調用下層BB、LMP、狀 態和控制寄存器等硬件的統一命令，上、下兩個模塊接口之間的消息和數據的傳遞必須通過 HCI的解析才能進行。HCI層以上的協議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙 設備來完成，二者之間通過傳輸層進行交互。
    藍牙技術整體框架以HCI( Host Controller Interface)為界，區分為硬件模塊以及上層軟 件協議兩部分。在藍牙協議棧中，HCI以上部分通常用軟件實現，包括邏輯鏈路控制和適配 協議12CAP、串行仿真RFCOMM、鏈路管理協議(HMP)、電話替代協議和選用協議；而 HCI以下部分則用硬件實現，包括基帶協議和鏈路管理協議(LMP)，這部分也叫做藍牙協 議體系結構中的底層硬件模塊。
    由於篇幅有限，這裡不再討論這些具體的協議，有興趣的朋友可以上藍牙官方網站 www.bluetooth.org查詢具體資料。
    4．藍牙通信的主從關系及配對
    藍牙技術規定每一對設備之間進行藍牙通信時，必須一個為主角色，另一個為從角色， 才能進衍通信，通信時必須由主端進行查找，發起配對，連接成功後，雙方即可收發數據。 理論上，一個藍牙主端設備可同時與7個藍牙從端設備進行通信。一個具備藍牙通信功能的 設備，可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其他主設備來連接，需要時，轉換 為主模式，向其他設備發起呼叫。一個藍牙設備以主模式發起呼叫時，需要知道對方的藍牙 地址、配對密碼等信息，配對完成後，可直接發起呼叫。
    5．藍牙配對及認證過程
    藍牙設備通過初始配對過程建立安全連接。在此期間，一個或兩個設備需要輸入PIN碼， 內部算法利用該代碼生成安全密鑰，安全密鑰隨後用於驗證將來任何