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藍牙技術(shù)淺析
摘要：藍牙是一種支持設備短距離通信的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，近年來(lái)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題并獲得了廣泛的應用。本文從藍牙技術(shù)的起源和特點(diǎn)講起，詳細介紹了藍牙系統的組成、藍牙技術(shù)的信息安全機制和藍牙技術(shù)的組網(wǎng)方案，最后對藍牙技術(shù)的發(fā)展做了展望。
關(guān)鍵詞：藍牙 系統組成 信息安全機制 組網(wǎng)方案
1 藍牙技術(shù)概況
1。1 藍牙的起源
藍牙的名字來(lái)源于10世紀丹麥國王Harald Blatand，因為他十分喜歡吃藍梅，所以牙齒每天都帶著(zhù)藍色。藍牙將當時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥都統一了起來(lái)。
1999年12月1日，藍牙特殊利益集團——Bluetooth SIG發(fā)布了藍牙技術(shù)最新標準1。0B版。發(fā)展至今，加盟的公司已超過(guò)2000多家。一項公開(kāi)的全球統一的技術(shù)規范能得到工業(yè)界如此廣泛的關(guān)注和支持是前所未有的。當然，這主要得益于藍牙技術(shù)本身所具有的廣闊應用前景和誘人的商機。
1。2 藍牙技術(shù)的特點(diǎn)
藍牙技術(shù)使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內最廉價(jià)地將幾臺數字化設備呈網(wǎng)狀鏈接起來(lái)。
藍牙是一個(gè)開(kāi)放性的、短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準。它可以用來(lái)在較短距離內取代目前多種線(xiàn)纜連接方案，穿透墻壁等障礙，通過(guò)統一的短距離無(wú)線(xiàn)鏈路，在各種數字設備之間實(shí)現靈活、安全、低成本、小功耗的話(huà)音和數據通信。
藍牙作為一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應用，它提供低成本、低功耗、近距離的無(wú)線(xiàn)通信，構成固定與移動(dòng)設備通信環(huán)境中的個(gè)人網(wǎng)絡(luò )，使得近距離內各種信息設備能夠實(shí)現無(wú)縫資源共享。
2 藍牙系統的參數指標及組成
2。1 藍牙系統結構基本系統參數及指標
工作頻段：ISM頻段2。402GHz—2。480GHz
雙工方式：TDD
業(yè)務(wù)類(lèi)別：同時(shí)支持電路交換及分組交換業(yè)務(wù)
數據標稱(chēng)速率：1Mbit/s
異步信道速率：非對稱(chēng)連接723。2kbit/s 57。6kbit/s
對稱(chēng)連接：433。9kbit/s （全雙工模式）
同步信道速率：64kbit/s （3個(gè)全雙工信道）
信道間隔：1MHz
信道數：79
發(fā)射功率及覆蓋：0dBm（1mW），1—10m覆蓋，20dBm（100mW），擴展至100m覆蓋
跳頻頻點(diǎn)數：79個(gè)頻點(diǎn)/MHz（2408+k（MHz），k=0，1，2……78）；
跳頻速率：1600次/s
工作模式：Active/Sniff/Hold/Park
數據連接方式：面向連接業(yè)務(wù)SCO（話(huà)音，電路交換、預留時(shí)隙）、無(wú)連接業(yè)務(wù)ACL（分組數據、分組交換、輪詢(xún)）
糾錯方式：1/3FEC（3bit重復碼），2/3FEC（截短Hamming碼），CRC—16，ARQ
鑒權：反應邏輯算術(shù)方式
密鑰：以8bits為單位增減，最長(cháng)128bits
安全機制：鏈路級，認證基于共享鏈路密鑰詢(xún)問(wèn)/響應機制，認證和加密密鑰生成基于SAFER+算法
話(huà)音編碼方式：CVSD或對數PCM
網(wǎng)絡(luò )拓撲結構：Ad hoc（無(wú)中心自組織）結構，Piconet及Scatternet
2。2 藍牙系統的組成
藍牙系統由無(wú)線(xiàn)單元、鏈路控制單元、鏈路管理和軟件結構和協(xié)議體系組成。
2。2。1 無(wú)線(xiàn)單元 藍牙天線(xiàn)屬于微帶天線(xiàn)，空中接口是建立在天線(xiàn)電平為0dBm基礎上的，遵從美國聯(lián)邦通信委員會(huì )有關(guān)0dBm電平的ISM頻段的標準。
2。2。2 鏈路控制單元 鏈路控制單元（即基帶）描述了硬件——基帶鏈路控制器的數字信號處理規范。
2。2。3 鏈路管理器 鏈路管理器（LM）軟件模塊設計了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。
2。2。4 軟件結構和協(xié)議體系 藍牙設備應具有互操作性，即任何藍牙設備之間都應能夠實(shí)現互通互連，這包括硬件和軟件。
設計協(xié)議和協(xié)議棧的主要原則是盡可能地利用現有各種高層協(xié)議，保證現有協(xié)議與藍牙技術(shù)的融合以及各種應用之間的互通性；充分利用兼容藍牙技術(shù)規范的軟硬件系統和藍牙技術(shù)規范的開(kāi)放性，便于開(kāi)發(fā)新的應用。具體的協(xié)議按SIG的需要分為4層：核心協(xié)、RFCOMM電纜替代協(xié)議、TCS電話(huà)控制協(xié)議以及與Internet相關(guān)的高層協(xié)議
3 藍牙的信息安全機制
由于藍牙通信標準是以無(wú)線(xiàn)電波作為媒介，第三方可能輕易截獲信息，所以藍牙技術(shù)必須采取一定的安全保護機制，尤其在電子交易應用時(shí)。為了提供使用的安全性和信息的可信度，系統必須在應用層和鏈路層提供安全措施。
隨機數發(fā)生器在藍牙標準中有重要應用，例如在生成認證密鑰和加密密鑰中以及查詢(xún)—應答方案中等。
藍牙單元密鑰長(cháng)度不能由單元制造者預置，不能由用戶(hù)設置。藍牙基帶標準規定不接收由高層軟件給出的加密密鑰以防止使用者完全控制密鑰長(cháng)度。包括密鑰類(lèi)型、密鑰生成與初始化。
4 藍牙技術(shù)組網(wǎng)方案
給出了一種無(wú)線(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò )具體應用的原理圖。藍牙網(wǎng)關(guān)通過(guò)RJ45 插頭與局域網(wǎng)接入接口相連；圖中的個(gè)人電腦及各種設備均需安裝有藍牙通用模塊或藍牙網(wǎng)卡，以使其藍牙化。藍牙網(wǎng)關(guān)與各終端的最大直線(xiàn)不能大于100m，且一個(gè)藍牙網(wǎng)關(guān)最多可連接7個(gè)帶通用外界模塊的設備。
組網(wǎng)方案中，主要部件功能如下：
4。1 藍牙網(wǎng)關(guān)
采用時(shí)分多址技術(shù)，支持異步數據，支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的藍牙數據通信；
具有同時(shí)與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和藍牙設備通信的接口及能力；在安全的基礎上實(shí)現藍牙地址與IP地址間的地址解釋?zhuān)粚?shí)現IP網(wǎng)際協(xié)議以及TCP傳輸控制協(xié)議，從而能夠完成藍牙協(xié)議與TCP/IP的協(xié)議轉換；在底層協(xié)議棧的基礎上，通過(guò)實(shí)行特定的藍牙路由機制解決匹克網(wǎng)間的路由問(wèn)題，以最終解決藍牙不同匹克網(wǎng)間不同單元的通信問(wèn)題。
4。2 網(wǎng)絡(luò )適配器
安裝在網(wǎng)絡(luò )內部的PC機、筆記本電腦上，使設備藍牙化。
4。3 為了使得辦公室內部的打印機、投影儀、掃描儀等辦公設備具有藍牙功能，選用金歐公司的通用藍牙模塊，該通用藍牙模塊具有串口、USB 和并口可供選擇。
5 藍牙技術(shù)的應用展望
我們平時(shí)經(jīng)�？吹剿{牙技術(shù)在筆記本電腦，手提電腦和蜂窩式電話(huà)方面的應用。由于用藍牙技術(shù)可以組成個(gè)人局域網(wǎng)，它還能應用到其他許多方面。例如瑞典律勒歐科技大學(xué)EIS實(shí)驗室就開(kāi)發(fā)出無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)，對曲棍球運動(dòng)員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，培養曲棍球運動(dòng)員。藍牙技術(shù)還可以用在遙控汽車(chē)上。SigmaComtech介紹了一種用具有藍牙功能的操作桿來(lái)無(wú)線(xiàn)控制汽車(chē)，輸入指令從操縱桿傳送到計算機，由其產(chǎn)生控制信號發(fā)送給汽車(chē)。這一平臺還可以在工業(yè)應用中使用。
由于市場(chǎng)需求，越來(lái)越多的藍牙硅片即將投入生產(chǎn)。旅館、郵局、高爾夫球場(chǎng)、飛機場(chǎng)、零售商場(chǎng)、會(huì )議中心和商業(yè)領(lǐng)域都在采用藍牙技術(shù)。BluetoothSiG現已擁有2400家會(huì )員公司，預計2015年藍牙芯片將達14億片，應用機器近7億臺。
暢游在藍牙技術(shù)的夢(mèng)想中，你會(huì )發(fā)現藍牙技術(shù)無(wú)所不能。稍稍關(guān)注一下網(wǎng)絡(luò )高科技市場(chǎng)，就會(huì )發(fā)現藍牙技術(shù)從誕生的那一天起，就一直被人們寄予了極高的期望。相信隨著(zhù)科技的進(jìn)一步發(fā)展，藍牙技術(shù)必將獲得更加廣泛的應用。
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