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藍牙技術(shù)淺析
摘要：藍牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，近年來已經(jīng)成為研究的熱點問題并獲得了廣泛的應(yīng)用。本文從藍牙技術(shù)的起源和特點講起，詳細介紹了藍牙系統(tǒng)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(tǒng)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
藍牙的名字來源于10世紀(jì)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藍色。藍牙將當(dāng)時的瑞典、芬蘭與丹麥都統(tǒng)一了起來。
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(biāo)準(zhǔn)1。0B版。發(fā)展至今，加盟的公司已超過2000多家。一項公開的全球統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)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(dāng)然，這主要得益于藍牙技術(shù)本身所具有的廣闊應(yīng)用前景和誘人的商機。
1。2 藍牙技術(shù)的特點
藍牙技術(shù)使用高速跳頻和時分多址等先進技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價地將幾臺數(shù)字化設(shè)備呈網(wǎng)狀鏈接起來。
藍牙是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它可以用來在較短距離內(nèi)取代目前多種線纜連接方案，穿透墻壁等障礙，通過統(tǒng)一的短距離無線鏈路，在各種數(shù)字設(shè)備之間實現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。
藍牙作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它提供低成本、低功耗、近距離的無線通信，構(gòu)成固定與移動設(shè)備通信環(huán)境中的個人網(wǎng)絡(luò)，使得近距離內(nèi)各種信息設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享。
2 藍牙系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo)及組成
2。1 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本系統(tǒng)參數(shù)及指標(biāo)
工作頻段：ISM頻段2。402GHz—2。480GHz
雙工方式：TDD
業(yè)務(wù)類別：同時支持電路交換及分組交換業(yè)務(wù)
數(shù)據(jù)標(biāo)稱速率：1Mbit/s
異步信道速率：非對稱連接723。2kbit/s 57。6kbit/s
對稱連接：433。9kbit/s （全雙工模式）
同步信道速率：64kbit/s （3個全雙工信道）
信道間隔：1MHz
信道數(shù)：79
發(fā)射功率及覆蓋：0dBm（1mW），1—10m覆蓋，20dBm（100mW），擴展至100m覆蓋
跳頻頻點數(shù)：79個頻點/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(shù)據(jù)連接方式：面向連接業(yè)務(wù)SCO（話音，電路交換、預(yù)留時隙）、無連接業(yè)務(wù)ACL（分組數(shù)據(jù)、分組交換、輪詢）
糾錯方式：1/3FEC（3bit重復(fù)碼），2/3FEC（截短Hamming碼），CRC—16，ARQ
鑒權(quán)：反應(yīng)邏輯算術(shù)方式
密鑰：以8bits為單位增減，最長128bits
安全機制：鏈路級，認(rèn)證基于共享鏈路密鑰詢問/響應(yīng)機制，認(rèn)證和加密密鑰生成基于SAFER+算法
話音編碼方式：CVSD或?qū)?shù)PCM
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Ad hoc（無中心自組織）結(jié)構(gòu)，Piconet及Scatternet
2。2 藍牙系統(tǒng)的組成
藍牙系統(tǒng)由無線單元、鏈路控制單元、鏈路管理和軟件結(jié)構(gòu)和協(xié)議體系組成。
2。2。1 無線單元 藍牙天線屬于微帶天線，空中接口是建立在天線電平為0dBm基礎(chǔ)上的，遵從美國聯(lián)邦通信委員會有關(guān)0dBm電平的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。
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(shù)字信號處理規(guī)范。
2。2。3 鏈路管理器 鏈路管理器（LM）軟件模塊設(shè)計了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。
2。2。4 軟件結(jié)構(gòu)和協(xié)議體系 藍牙設(shè)備應(yīng)具有互操作性，即任何藍牙設(shè)備之間都應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)互通互連，這包括硬件和軟件。
設(shè)計協(xié)議和協(xié)議棧的主要原則是盡可能地利用現(xiàn)有各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍牙技術(shù)的融合以及各種應(yīng)用之間的互通性；充分利用兼容藍牙技術(shù)規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)和藍牙技術(shù)規(guī)范的開放性，便于開發(fā)新的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)是以無線電波作為媒介，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(yīng)用時。為了提供使用的安全性和信息的可信度，系統(tǒng)必須在應(yīng)用層和鏈路層提供安全措施。
隨機數(shù)發(fā)生器在藍牙標(biāo)準(zhǔn)中有重要應(yīng)用，例如在生成認(rèn)證密鑰和加密密鑰中以及查詢—應(yīng)答方案中等。
藍牙單元密鑰長度不能由單元制造者預(yù)置，不能由用戶設(shè)置。藍牙基帶標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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度。包括密鑰類型、密鑰生成與初始化。
4 藍牙技術(shù)組網(wǎng)方案
給出了一種無線辦公網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用的原理圖。藍牙網(wǎng)關(guān)通過RJ45 插頭與局域網(wǎng)接入接口相連；圖中的個人電腦及各種設(shè)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不能大于100m，且一個藍牙網(wǎng)關(guān)最多可連接7個帶通用外界模塊的設(shè)備。
組網(wǎng)方案中，主要部件功能如下：
4。1 藍牙網(wǎng)關(guān)
采用時分多址技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)，支持點對點、點對多點的藍牙數(shù)據(jù)通信；
具有同時與有線網(wǎng)絡(luò)和藍牙設(shè)備通信的接口及能力；在安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)藍牙地址與IP地址間的地址解釋；實現(xiàn)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(zhuǎn)換；在底層協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，通過實行特定的藍牙路由機制解決匹克網(wǎng)間的路由問題，以最終解決藍牙不同匹克網(wǎng)間不同單元的通信問題。
4。2 網(wǎng)絡(luò)適配器
安裝在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的PC機、筆記本電腦上，使設(shè)備藍牙化。
4。3 為了使得辦公室內(nèi)部的打印機、投影儀、掃描儀等辦公設(shè)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(yīng)用展望
我們平時經(jīng)常看到藍牙技術(shù)在筆記本電腦，手提電腦和蜂窩式電話方面的應(yīng)用。由于用藍牙技術(shù)可以組成個人局域網(wǎng)，它還能應(yīng)用到其他許多方面。例如瑞典律勒歐科技大學(xué)EIS實驗室就開發(fā)出無線個人局域網(wǎng)，對曲棍球運動員進行實時檢測，培養(yǎng)曲棍球運動員。藍牙技術(shù)還可以用在遙控汽車上。SigmaComtech介紹了一種用具有藍牙功能的操作桿來無線控制汽車，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。這一平臺還可以在工業(yè)應(yīng)用中使用。
由于市場需求，越來越多的藍牙硅片即將投入生產(chǎn)。旅館、郵局、高爾夫球場、飛機場、零售商場、會議中心和商業(yè)領(lǐng)域都在采用藍牙技術(shù)。BluetoothSiG現(xiàn)已擁有2400家會員公司，預(yù)計2015年藍牙芯片將達14億片，應(yīng)用機器近7億臺。
暢游在藍牙技術(shù)的夢想中，你會發(fā)現(xiàn)藍牙技術(shù)無所不能。稍稍關(guān)注一下網(wǎng)絡(luò)高科技市場，就會發(fā)現(xiàn)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。相信隨著科技的進一步發(fā)展，藍牙技術(shù)必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。
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