BLUETOOTH技術(shù)的原理和應(yīng)用

BLUETOOTH技術(shù)的原理和應(yīng)用概述

BLUETOOTH技術(shù)是一種正在發(fā)展中的短距離無線連接技術(shù)，它直接面對(duì)個(gè)人和商務(wù)的無線連接應(yīng)用。推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的BLUETOOTH特殊利益集團(tuán)(BSIG-BluetoothspecialInterestGroup)由愛立信、IBM、東芝等400多家電子、電腦及通信業(yè)廠商在1998年發(fā)起。正在制定中的LUETOOTH規(guī)范將是完全開放的。BSIG已經(jīng)捍出了BLUETOOTH規(guī)范，目前的版本是1.0。BLUETOOTH是一種低功耗的無線技術(shù)，目的是取代現(xiàn)有的PC、打印機(jī)、傳真機(jī)和移動(dòng)電話等設(shè)備上的有線接口。主要優(yōu)點(diǎn)有：可以隨時(shí)隨地用無線接口來代替有線電纜連接；具有很強(qiáng)的移植性，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合，如WAP、GSM、DECT等引入身份識(shí)別后可以靈活實(shí)現(xiàn)漫游；功耗低，對(duì)人體危害?。籅LUETOOTH集成電路應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)容易，易于推廣。BLUETOOTH工作在2.4G的ISM頻段(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段)。采用了BLUETOOTH技術(shù)的設(shè)備將能夠提供高達(dá)720Kbit／s的數(shù)據(jù)交換速率。當(dāng)BLUETOOTH設(shè)備的功率為本MW(0dbm)時(shí)，其發(fā)射范圍一般可達(dá)10M。BLUETOOTH技術(shù)還采用了跳頻技術(shù)來消除干擾和降低衰落。當(dāng)檢測(cè)到距離小于組網(wǎng)時(shí)最多可以有256個(gè)BLUETOOTH單元設(shè)備連接起來組成微微網(wǎng)，其中一個(gè)主設(shè)單元和7個(gè)從設(shè)備單元處于工作狀態(tài)，而其他設(shè)備單元?jiǎng)t處于待機(jī)模式。微微網(wǎng)絡(luò)可以重疊交叉使用。從設(shè)備單元可以共享。由多個(gè)相互重疊的微微網(wǎng)可以組成分布網(wǎng)絡(luò)。BLUETOOTH可以提供電路交換和分組交換兩種技術(shù)，以提供不同場(chǎng)合的應(yīng)用。在同步工作狀態(tài)下，一個(gè)組數(shù)據(jù)包可以占用一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，最多可達(dá)5個(gè)。BLUETOOTH可以同時(shí)在異步條件下支持語單和數(shù)據(jù)傳輸。重要系統(tǒng)參數(shù)BLUETOOTH技術(shù)，目前主要是以滿足美國(guó)FCC的要求為目標(biāo)。對(duì)于在其他國(guó)家的應(yīng)用，需要做一些變動(dòng)，如發(fā)射功率和頻帶，可以做一些適應(yīng)性調(diào)整。BLUETOOTH10規(guī)范已公布的主要技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

表1BLUETOOTH技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

BLUETOOTH支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。BLUETOOTH最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)。而微微網(wǎng)實(shí)際上是一種個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。這是一種以個(gè)人區(qū)域(即辦公室區(qū)域和家庭區(qū)域)為應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)。這里需要指出的是，微微網(wǎng)并不能夠代替局域網(wǎng)，它只是用來代替或簡(jiǎn)化個(gè)人區(qū)域的電纜連接。微微網(wǎng)由主設(shè)備單元和從設(shè)備單元兩種設(shè)備單元構(gòu)成。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和調(diào)頻序列。而從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元，并接受主設(shè)備單元的控制。在同一微微網(wǎng)中，所有設(shè)備單元均采用同一調(diào)頻序列。每個(gè)從設(shè)備單元的起始頻率和占用信道由主設(shè)備單元控制。一個(gè)微微網(wǎng)中，一般只有一個(gè)主設(shè)備單元，而從設(shè)備單元目前最多可以有7個(gè)。當(dāng)主設(shè)備單元為一個(gè)，從設(shè)備單元也是一個(gè)的時(shí)候，這種操作方式是單－從方式，如圖1所示。當(dāng)主設(shè)備單元是一個(gè)，從設(shè)備單元是多個(gè)的時(shí)候，這種操作方式是多－從方式，如圖2所示。例如，辦公室的PC可以是一個(gè)主設(shè)備單元，而無線鍵盤、無線鼠標(biāo)和無線打印機(jī)可以充當(dāng)從設(shè)備單元的角色。不同的微微網(wǎng)之間可以互相連接。BLUETOOTH規(guī)范指出，幾個(gè)相互獨(dú)立并不同步的、以特定方式連接起來的微微網(wǎng)構(gòu)成了分布式網(wǎng)絡(luò)，又稱作微微互連網(wǎng)，如圖3所示。相鄰或相近的不同的微微網(wǎng)采用不同的調(diào)頻序列以避免干擾。在圖3中，一個(gè)微微網(wǎng)中的主設(shè)備單元同時(shí)也可以做為另一個(gè)微微網(wǎng)中的從設(shè)備單元，我們把這種設(shè)備單元叫做復(fù)合設(shè)備單元。對(duì)于多個(gè)微微網(wǎng)絡(luò)，在10個(gè)滿負(fù)荷、獨(dú)立的微微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，全雙工速率不會(huì)超過6Mbps。這是因?yàn)橄到y(tǒng)需要同步，同步信號(hào)占一定的開銷，基于0dB發(fā)射功率的設(shè)備發(fā)射，使數(shù)據(jù)傳輸量降低10％，故而使數(shù)據(jù)速率有所降低。協(xié)議模型

BLUETOOTH協(xié)議模型的分層分別介紹如下：

物理層：物理層就是BLUETOOTH的無線接口層。這個(gè)無線接口層的射頻系統(tǒng)是跳頻系統(tǒng)。核心協(xié)議：基帶協(xié)議(Baseband)、LMP、L2CAP、SDP等。

射頻通信協(xié)議：RFCOMM。

電話傳送控制協(xié)議：TCSBinary2、AT命令集等。

應(yīng)用協(xié)議(可選協(xié)議)：PPP、UDP／TCP／IP、OBEX、vCard／vCarl、lrMC、WAP等。

其中核心協(xié)議中的基帶協(xié)議可以提供面向連接(SCO)業(yè)務(wù)和無連接(ACL)業(yè)務(wù)。一般地，SCO用于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其特點(diǎn)是可靠性，但有延時(shí)。而ACL用于話音傳送，其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，但可靠性比SCO差。鏈路管理協(xié)議(LMP)負(fù)責(zé)建立和解除主從設(shè)備單元之間之間的連接，以及鑒權(quán)和加密功能。另外還控制主從設(shè)備單元的工作模式(如PARK／HOLD／SNIFF等模式)。L2CAP是第三層的控制和適配協(xié)議。L2CAP向RFCOMM和SDP等層提供面向連接和無連接業(yè)務(wù)。基帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以越過LMP而直接通過L2CAP向高層協(xié)議傳送數(shù)據(jù)。從某種意義上說，L2CAP和LMP都相當(dāng)于OSI第二層即鏈路層的協(xié)議。RFCOMM是射頻通信協(xié)議，它可以仿真串行電纜接口協(xié)議(如RS232、V24等，符合ETSI0710串口仿真協(xié)議。通過RFCOMM，BLUETOOTH可以在無線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)高層協(xié)議，如PPP、TCP／IP、WAP等協(xié)議的支持。另外，RFCOMM可以支持AT命令集，從而可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話和傳真機(jī)及調(diào)制解調(diào)器之間的無線連接。SDP是服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。服務(wù)發(fā)現(xiàn)在BLUETOOTH技術(shù)中的作用很大，它是所有用戶模式的基礎(chǔ)。SDP上層可以有FTP、LAN接入、無繩電話、同步模式等應(yīng)用。通過確定不同的信息類型和業(yè)務(wù)類型，SDP可以在設(shè)備單元之間建立不同的SDP層連接。實(shí)現(xiàn)方式由于BLUETOOTH技術(shù)獨(dú)立于不同的操作系統(tǒng)和通信協(xié)議之外，可以移植到許多應(yīng)用領(lǐng)域，因而應(yīng)用場(chǎng)合很普遍。BLUETOOTH力求與不同的操作系統(tǒng)和通信協(xié)議有良好的接口，從而保證一定的兼容性。BLUETOOTH技術(shù)適用于任何數(shù)據(jù)、圖象、聲音等短距離通信場(chǎng)合。目前所能看到的應(yīng)用有：替換蜂窩電話和遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)之間的通信時(shí)所用的有線電纜；提供新的多功能耳機(jī)，從而在PC、蜂窩電話、隨身聽中共用；筆記本、PDA、蜂窩電話之間的名片數(shù)據(jù)交換。BLUETOOTH協(xié)議可以固化為一個(gè)芯片，安置于各種各樣的智能端中。BLUETOOTH的一種硬件實(shí)現(xiàn)方案。應(yīng)用1)手機(jī)與計(jì)算機(jī)的相連目前多數(shù)通過IrDA紅外線或是RS232串口線來相連，BlueTooth取而代之，不僅方便而且資料傳送的速度也不用擔(dān)心(有的狀況下，IrDA的速度更快些)。也許將來的手機(jī)下部的連接器也會(huì)消失或是變得更簡(jiǎn)單化。2)可作無繩電話使用內(nèi)置BlueTooth芯片的手機(jī)，在家里可以當(dāng)作無繩電話使用，不用雙向收費(fèi)，節(jié)省手機(jī)費(fèi)用。當(dāng)然離開屋子一段距離后便自動(dòng)切換至無線網(wǎng)絡(luò)基站上。3)數(shù)據(jù)共享、辦公更簡(jiǎn)易無論手機(jī)、計(jì)算機(jī)、PDA、打印機(jī)或是數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、D播放器……都可以用BlueTooth互傳語音、文字、圖像、文件……蜘蛛網(wǎng)式的會(huì)議室將不復(fù)存在，白板紀(jì)錄儀、投影機(jī)等都可以利用BlueTooth來簡(jiǎn)化操作。4)Internet接入內(nèi)置Bluetooth芯片的筆記本型計(jì)算機(jī)或手機(jī)等，不僅可以使用PSTN(PublishedsvithedtelephoneNetwork公用電話交換網(wǎng))、ISDN、LAN、xDSL(x數(shù)字用戶線路，如ADSL)，而且蜂窗式移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)照樣可以進(jìn)行高速連接。5)無線免提筆記本型電腦具有話筒及喇叭，用Bluetooth連接將來的手機(jī)(也許是寬帶網(wǎng))，多人視頻會(huì)議更為容易。而且免提手機(jī)也不再是汽車獨(dú)有的了。6)同步資料回到辦公室或者家里，通過Bluetooth及相應(yīng)程序，可以與其它設(shè)備同步。你的NoteBook、手機(jī)或是PDA等內(nèi)部的信息，永保信息的最新。當(dāng)然E－mail也可以接收并同步入計(jì)算機(jī)，而且Email也可以在飛機(jī)上