浅谈蓝牙技术的发展与应用

摘 要

蓝牙技术是一种无线数据与语言通信的开放性全球规范，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。信息时代最大的特点便是更加方便快速的信息传播，正是基于这一点蓝牙技术应运而生。蓝牙系统一般由天线单元、链路控制单元、链路管理单元和蓝牙软件单元四个功能单元组成。蓝牙技术能够在短时间内在世界范围内成为了标准它不仅可以让许多种智能设备无线互连，可以传输文件、支持语音通信，可以建立数据连接等更多的作用。本文主要介绍了蓝牙技术的构成部分，并讲述了蓝牙技术的应用发展及其前景。

关键词： 蓝牙 协议 通信

目 录

1 蓝牙技术的起源 ........................................................................................................ - 1 - 2 蓝牙技术的发展现状 ................................................................................................ - 2 - 3 蓝牙技术的原理 ........................................................................................................ - 3 -

3.1 蓝牙系统组成 ..................................................................................................... - 3 -

3.2 软件（协议栈）单元 .............................................................................................. 4

4 蓝牙系统的应用 ............................................................................................................. 6

5 蓝牙技术的发展及其前景 ............................................................................................. 7

5.1 强大的生命力 .......................................................................................................... 7

5.2 技术本身的不断完善 .............................................................................................. 8

5.3 广阔的应用前景 ...................................................................................................... 8

5.4 巨大的潜在市场 ...................................................................................................... 9

6 结论 ................................................................................................................................. 9

参考文献 ............................................................................................................................. 10

1 蓝牙技术的起源

蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王Harald Blatand，Blatand 在英文里的意思可以被解释为Bluetooth（蓝牙）因为国王喜欢吃蓝梅，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。

蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。 在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着个各系统领域之间的良好交流，例如计算，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

1999年12月1日，蓝牙特殊利益集团――Bluetooth SIG发布了蓝牙技术最新标准1.0B版。发展至今，加盟的公司已超过2000多家，其中包括诸如AMD、康柏、戴尔、惠普、德州仪器、高通以及卡西欧、菲利普、三星、LG、夏普等许多世界最著名的计算机行业、通信领域以及消费电子产品、甚至还有汽车与相机的生产制造厂家。一项公开的全球统一的技术规范能得到工业界如此广泛的关注和支持是前所未有的。当然，这主要得益于蓝牙技术本身所具有的广阔应用前景和诱人的商机。

蓝牙技术的设计初衷是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备，通过一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来，从而甩掉常用的有线电缆；同时还要形成一种个人身边的网络，使得身边的各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。据国外权威机构预计，不久的将来会有数以亿计的数字移动电话、PC机以及各种信息设备采用基于蓝牙技术的无线接口作为一种标准配置，从而建立一个全球统一的无线连接标准，让不同厂家生产的移动计算设备在近距离内无需电缆线都可实现互操作和数据共享。

目前，全球已有2000多家企业推出了蓝牙芯片、蓝牙平台、应用程序、测试设备等产品。它将以简单、方便、快捷、低廉等优越性能而在全球范围得到广泛的应用，并对家庭信息化的进程及短距离通信技术产生巨大的推动作用。

2 蓝牙技术的发展现状

自从1998年提出蓝牙技术以来，蓝牙技术的发展异常迅速。蓝牙Bluetooth作为一种新的短距离无线通信技术标准，受到全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。成立了世界蓝牙组织Bluetooth SIG，采用技术标准公开的策略来推广蓝牙技术，现已发展成为一个相当大的工业界高新技术标准化组织，全球支持蓝牙技术的2000多家设备制造商都已经成为它的会员，一项公开的、全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持在以往是罕见的。近年来，世界上一些权威的标准化组织，也都在关注蓝牙技术标准的制定和发展。国内的一些生产厂家与研究部门也准备开始组织蓝牙技术产品的开发。由来自国家主管部门、企业界、学术界以及研究生产机构的领导、专家、教授等权威人士发起成立的中国蓝牙技术发展与应用论坛，吸引了众多关注蓝牙技术的各界人士，还组织国内各界与世界蓝牙组织SIG的代表，就双方所关注的问题进行了认真的讨论。并就双方今后进一步加强联系、共享蓝牙技术信息资源、共同促进蓝牙技术在中国的推广与应用等问题达成共识。

蓝牙是取代数据电缆的短距离无线通信技术，可以支持物体与物体之间的通信，工作频段是全球开放的2.4GHz频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mb/s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。 蓝牙技术的应用被认为非常广泛而且极具潜力。它可以应用于无线设备（如PDA、手机、智能电话、无绳电话）、图像处理设备（照相机、打印机、扫描仪）、安全产品（智能卡、身份识别、票据管理、安全检查）、消费娱乐（耳机、MP3、游戏）汽车产品（GPS、ABS、动力系统、安全气袋）、家用电器(电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机)、医疗健身、建筑、玩具等领域。蓝牙行业对于市场的持续增长感到欣慰，现在没有人再质疑它的生命力。2002年，400余种蓝牙产品的销量总共达到了3000万件；而2003年的数字是2002年的2倍。In-Stat/MDR公司预测，蓝牙市场的规模在2007年将膨胀到6亿件。爱立信技术授权公司的总裁Maria Khorsand表示：“在如此艰难的经济环境下，蓝牙是少数仍在增长的产品之一”。

蓝牙规范接口可以直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备连接。电话的使用模型包括：通过蓝牙无线耳机实现电话的免提功能；与笔记本电脑和手持机的无电缆连接；与其它蓝牙电话、笔记本电脑和手持机的商用卡交易；与信任的蓝牙笔记本电脑或手持机自动同步地址簿。

其它蓝牙设备的使用模型包括：耳机；手持机和其它便携设备；人机接口设备；

数据及话音接入点。

3 蓝牙技术的原理

3.1 蓝牙系统组成

蓝牙系统一般由天线单元、链路控制单元、链路管理单元和蓝牙软件单元四个功能单元组成。

（1）天线单元。蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dB的基础上的。空中接口遵循（简称FCC，即美国联邦通信委员会）有关电平为0dB的ISM频段的标准。如果全球电平达到100mu以上，可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。频谱扩展功能是通过起始频率为2.420GHz，终止频率为2.480GHz，间隔为1MHz的79个跳频频点来实现的。出于某些本地规定的考虑，日本、法国和西班牙都缩减了带宽。最大的跳频速率为1660跳/s。理想的连接范围为100mm－0m，但是通过增大发送电平可以将距离延长至100m。

蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mbit/s。ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰源。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保键路稳定。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（即一定的规律，技术上叫做“伪随机码”就是“假”的随机码）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。时分双工（TDD）方案被用来实现全双工传输。

与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。FEC（前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音；应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。

（2）链路控制（固件）单元。在目前蓝牙产品中，人们使用了3个IC分别作为联接控制器、基带处理器以及射频传输/接收器，此外还使用了30－50个单独调谐元件。

基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。它有3种纠错方案：1/3比例前向纠错（FEC）码、2/3比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案。采用FEC（前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。报头总有占1/3比例的FEC码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。

在无编号的ARQ方案中，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到“收到”的确认。

只有数据在收端通过了报头错误检测和循环冗余检测后认为无错才向发端发回确认消息，否则返回一个错误消息。比如蓝牙的话音信道采用Continuous Variable Slope Delta Modulation（简称CVSD），即连续可变斜率增量调制技术话音编码方案，获得高质量传输的音频编码。CVSD编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4％，CVSD编码的语音还是可听的。

（3）链路管理（软件）单元。链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务：

发送和接收数据；请求名称；链路地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立；决定帧的类型。此外，还有下列服务：将设备设为sniff（呼吸）模式。Master（主机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。将设备设为Hold（保持模式）。工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周期内停止接收数据，每一次激活链路，这由LM定义，LC（链路控制器）具体操作。

连接类型和数据包类型。连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使用。蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接（Synchronous Connection Oriented，简称SCO）类型，主要用于传送话音；异步无连接（Asynchronous Connectionless，简称ACL）类型，主要用于传送数据包。

3.2 软件（协议栈）单元

蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。它必须符合已经制定好的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为协议子集

（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。

蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量、协议的复用和分用等功能。在设计协议栈，特别是高层协议时的原则就是最大限度地重用现存的协议，而且其高层应用协议（协议栈的垂直层）都使用公共的数据链路和物理层。

蓝牙协议可以分为4层，即核心协议层、电缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。

（1）核心协议。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业务搜寻协议等四部分组成。从应用的角度看，射频、基带和LMP可以归为蓝牙的低层协议，它们对应用而言是十分透明的。基带和LMP负责在蓝牙单元间建立物理射频链路，构成微微网。此外，LMP还要完成像鉴权和加密等安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时钟周期、微微网内蓝牙单元的连接状态等。逻辑链路控制与适应协议完成基带与高层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为高层提供数据业务和分类提取，它允许高层协议和应用接收或发送长达64000字节的L2CAP数据包。业务搜寻协议（SDP）是极其重要的部分，它是所有使用模式的基础。通过SDP，可以查询设备信息、业务及业务特征，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。SDP支持3种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性搜寻和业务浏览（browsing）。

（2）电缆替代协议。串行电缆仿真协议（RFCOMM）像SDP一样位于L2CAP之上，作为一个电缆替代（cable replacement）协议，它通过在蓝牙的基带上仿真RS232的控制和数据信号，为那些将串行线用作传输机制的高级业务（如OBEX协议）提供传输能力。

（3）电话控制协议。电话控制协议包括电话控制规范二进制（TCS BIN）协议和一套电话控制命令（AT－commands）。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；AT－commands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令。

（4）采纳的其它协议。电缆替代层、电话控制层和被采纳的其它协议层可归为应用专用（application－specific）协议。在蓝牙中，应用专用协议可以加在串行电缆仿真协议之上或直接加在L2CAP之上。被采纳的其它协议有PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、WAE、vCard、vCalendar等。在蓝牙技术中，PPP运行于串行电缆仿

真协议之上，用以实现点到点的连接。UDP/TCP/IP由IETF定义，主要用于Internet上的通信。Irobex（short OBEX）是红外数据协会（IrDA）开发的一个会话协议，能以简单自发的方式交换目标，OBEX则采用客户/服务器模式提供与HTTP相同的基本功能。WAP是由WAP论坛创建的一种工作在各种广域无线网上的无线协议规范，其目的就是要将Internet和电话业务引入数字蜂窝电话和其它无线终端。

4 蓝牙系统的应用

蓝牙技术能够在短时间内在世界范围内成为了标准，其主要原因在于它不仅可以让许多种智能设备无线互连，可以传输文件、支持语音通信，可以建立数据链路等，它还有更多地作用。

（1）蓝牙可以为局域设备提供互连。在一个piconet中，蓝牙能够对8个接收器进行同步互连。使用蓝牙技术通信的设备可以发送和接收1Mbit/s的数据。但是实际上当允许多个应用设备进行同步通信时，数据传输率会在某种程度上降低。目前不在piconet中的蓝牙设备，将持续听从其他蓝牙设备的动向，当它们足够接近成为piconet的一部分时，它们将确定自己，如果需要，其他的设备可以与其通信。

（2）支持多媒体终端。3G终端将提供接口接入许多不同格式的信息和通信，例如WEB浏览、电子邮件传输和接收、视频和语音，使它们成为真正的多媒体终端。语音仍是通信的主要形式，在蓝牙规范中已经意识到这一点，并对此提供特别支持，支持64Kbit/s的高质量演说信道。随着支持分组包数据和演说的能力不断提高（如果需要可以同时进行），蓝牙可以为这些多媒体应用提供完全的局域支持。蓝牙收发器可以支持多个数据连接并可同时达到3个语音连接，为3个手持无绳多媒体/互联系统提供完全的功能性。

（3）家庭网络。在一个典型的家庭中，有各种形式的娱乐设备（电视/VCR、Hi－Fi），不同来源的主题信息（报纸、杂志、电视报）和特别是在厨房中的功能性设备（烤炉、微波炉、冰箱/冰柜、中央暖气系统）。虽然这些项目组目前没有办法相互连接，可以设想将其与蓝牙设备组成宽松的连接，不管这些设备在那里，它的控制和接入将成为用户的核心。设想一个简单的数据便签簿，与PDA（或智能电话）类似，但是使用蓝牙收发器和轻触屏幕。它轻巧便捷，带有高级像素驱动菜单，很容易使用。无线红外遥控的应用将成为过去，你的PDA将控制所有的娱乐设备。

（4）3G可能支持的应用。以下的例子说明3G和蓝牙技术如何合作，为一系列广泛的应用提供局域互联和广泛的区域连接。这些不很确定，而且绝不详尽，但是目

的在于展示互补的标准可以提供更高层次的服务。购物中心的自动售货机，在一个限定范围内的所有的自动售货机都可以通过蓝牙接入系统与中心的售货机管理设备相连，相反这样也可以使用3G接入系统进行维护或者提供货物。少数问题可以直接通过蓝牙发报机传递给购物中心的技术人员。从中心管理机构发出价格变化的信息，通过局域广播给所有的蓝牙自动售货机。投送到PC机3G终端的电子邮件将能够同时处理几个信道（例如语音、传真和数据，每一个都需要不同的信道特征和速度）。随着终端渗透的预言不断升高（在几年之内人口中的每个超过12岁的成员），为了接收移动中的电子邮件，PC机本身不必成为3G终端。蓝牙/3G终端可以以数据传输的方式通过蓝牙技术接收电子邮件并转发到PC机（假设它在附近范围内）。当完成接收任务后，PC机可以通过蓝牙通知用户并发送短消息给移动终端，它有电子邮件，如果事情紧急，这个消息也可以继续发送。这个思想使3G终端成为许多应用设备的局域，它们通过蓝牙技术形成互联。例如，如果，在等火车或飞机时收到了这样的电子邮件，用户可以通过蓝牙服务亭读取（服务于商业旅行者的新的商业企业）。这样他可以使PC运行打印感兴趣的电子邮件（可以将PC留在行李箱中，使用3G/蓝牙终端控制它），将费用记在帐上或信用卡上，或电子钱包中。

许多人相信移动电话将成为电子商务世界中的首选便携设备。但是，目前需要一个分离的智能卡保存电子现金，然而为了让它被销售点终端识别，没有人想要从电话中去除SIM。当然当SIM（现在它成为多功能智能卡）放在电话中时，蓝牙将使其得到识读。

5 蓝牙技术的发展及其前景

5.1 强大的生命力

蓝牙技术的灵魂就在于它是全球统一的、开放的技术标准，以及世界蓝牙组织知识产权共享的策略。“开放”是技术发展取之不尽，用之不竭的源泉，而“统一”则可以在产品开发中实现兼容和互通互连，避免造成在市场竞争中的“技术无序”和社会资源的巨大浪费。“知识产权共享”从长远看具有非常明显的吸引力，容易被人们所广泛接受。蓝牙SIG在三年时间内就发展成为拥有近2500家成员的世界性标准化组织，就是一个非常具有说服力的例证。

5.2 技术本身的不断完善

蓝牙技术发展迅猛，技术本身也在不断完善。首先，在积极实现已公布的应用规

范的基础上，根据市场需求，拓展新的应用规范。在蓝牙规范1.1版中公布的13个应用规范，集中体现了蓝牙技术的基本应用，即替代线缆。实际上随着蓝牙技术的推广，人们对蓝牙技术的理解不断加深，其应用也在不断向纵深和广度上发展。其纵深方向的发展体现在充分挖掘蓝牙技术的潜能，从简单的替代线缆发展为组成网络，从传输文件到传输静态图片，甚至动态图像及高品质音频数据。其广度方向上的发展体现在与不同的标准系统的融合和共存上。

其次，以蓝牙的正式标准“Version 2.1”为基础，积极制定下一代的蓝牙标准，即3.0版。下一代蓝牙标准的标志在于推出“Radio 3.0”，即能够支持更高速率的数据传输是23Mbit/s或者可能达到50Mbit/s甚至更高。如此高的速率足以支持蓝牙传送高品质的音频，甚至视频，而且可以推进蓝牙与第三代移动通信间的融合。除此之外，支持Radio 2.1的设备应该能够向下兼容支持Radio 2.0的设备，这要求前者同时支持两种调制方式。Radio 2.1工作小组也在寻找新的途径改变蓝牙查询机制，以缩短发现蓝牙设备所需的时间。同时，该工作小组正在考虑引进一种用来切换蓝牙语音和数据呼叫的选项，这样就可以支持一个蓝牙的局域网接入点与另一个局域网接入点之间的切换。

5.3 广阔的应用前景

蓝牙可能应用的模式几乎可以深入到全球的各个角落和渗透到各个领域。使用无线接入模式，即LAP(Local Access Pointl)方式或利用手机做无线Modem的拨号上网方式，蓝牙技术如主干网络的神经末梢般可将通信技术渗透到全球的各个角落，使蜂窝移动电话系统、无绳通信系统和因特网等现有的网络增添新功能。在军用、商用、家用的各个领域中，从自动化办公系统、能源交通系统、商品销售终端、银行交费转帐业务、医疗监护装置、旅游饭店管理、房地产物业管理、信息家电设备到个人局域网络，蓝牙技术都有可能与现有的设备或系统融为一体。在欧、美、日等经济和通信技术发达的国家，纷纷出现出提供包括蓝牙技术在内的无线接入服务的热点商业模式，即在人员密集的公共场所（如饭店、机场、会议和展览中心)，以简单、快捷的方式随时随地提供信息和商务服务。

5.4 巨大的潜在市场

蓝牙技术的基本应用都是基于现在正在迅速普及的移动设备，例如手机、PDA和笔记本计算机等，在西方发达国家，汽车的智能化、自动化水平越来越高，采用蓝

牙技术可以把起汽车内部的各种控制系统连接起来，可能是蓝牙技术普及应用的一个突破口。中国的移动电话用户量、家电拥有量、固定电话用户量甚至因特网用户和上网手机量，均可能居全球榜首，同时我国也在积极推进汽车进入家庭的市场规划。因此，蓝牙在中国的市场潜力最为诱人。如何发掘如此惊人的巨大市场潜力，早日推出具有我国自主知识产权的，适合中国市场需求的蓝牙技术产品，对每一个制造商、投资商、运营商和科研部门来说既是机遇也是挑战。

6 结论

当然，每一种技术与媒体都不是十全十美的，都不能解决所有的问题，只是在某些特定的方面具有更好的优越性。蓝牙技术也同样具有一定的不足之处，如蓝牙芯片价格偏高、蓝牙模块难生产、全面测试难等等。但是我们相信随着技术的改进和完善，蓝牙技术将会引起网络教育的一次较大变革。

参考文献

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