隨著Internet和移動通信的空前發展和相互融合，出現了許多新技術和
新標準。藍牙就是其中的一種無線通信標準，它能使網絡中的數據和語音設備互連
互通，實現快速靈活的通信。文章介紹藍牙的主要技術，并分析其協議錢的分層結
構和各層提供的服務。
關鍵詞：無線通信 Internet 藍牙 移動通信
近年來，Internet和移動通信已成為信息產業中增長最快的兩大領域，極大地
推動了各種網絡信息產品的飛速發展。伴隨著21世紀的鐘聲，IT領域迎來了一項嶄
新的無線通信技術——藍牙（Bluetooth）。它推動和擴大了無線通信的應用范圍，
使網絡中的各種數據和語音設備能互連互通，實現個人區域內的快速靈活的數據和
語音通信。
藍牙是由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝這五大公司于1998年5月聯合推
出的一項旨在實現網絡中各類數據及語音設備（如PC、撥號網絡、筆記本電腦、打
印機、傳真機、數碼相機、移動電話、高品質耳機等）互連的計劃，并為紀念第一
個統一北歐語言的人Norse國王而命名為藍牙。該計劃公布后，迅速得到了摩托羅
拉、朗訊、康柏、西門子、高通、3Com、TDK等公司的廣泛支持，并共同成立了藍
牙特別興趣小組（Bluetooth SPecial Interest Group）來負責該項工作。
本文從應用的角度分析了藍牙的主要技術、協議棧伯分層結構和各層提供的服
務。
一、主要技術
藍牙技術涉及一系列軟硬件技術、方法和理論，包括無線通信與網絡技術，軟
件工程、軟件可靠性理論，協議的正確性驗證、形式化描述和一致性與互聯測試技
術，嵌入式實時操作系統（Embedded RTOS），跨平臺開發和用戶界面圖形化技術，
軟硬件接口技術（如RS232，UART，USB等），高集成、低功耗芯片技術等。
藍牙的目標是提供一種通用的無線接口標準，用微波取代傳統網絡中錯綜復雜
的電纜，在藍牙設備間實現方便快捷、靈活安全、低成本低功耗的數據和話普通信。
因此，其載頻選用在全球都可用的2.45 GHz工業、科學、醫學（ISM）頻帶。
藍牙收發信機采用跳頻擴譜（Frequency HoppingSpread Spectrum）技術，在
2.45 GHz ISM頻帶上以1600跳／s的速率進行跳頻。依據各國的具體情況，以2.45
GHz為中心頻率，最多可以得到79個1MHz帶寬的信道。除采用跳頻擴譜的低功率傳
輸外，藍牙還采用鑒權和加密等措施來提高通信的安全性。
在發射帶寬為1MHz時，其有效數據速率為721 kbit/S，并采用低功率時分復用
方式發射，適合30英尺（約10 m）范圍內的通信。數據包在某個載頻上的某個時隙
內傳遞，不同類型的數據（包括鏈路管理和控制消息）占用不同信道，并通過查詢
（inguiry）和尋呼（paging）過程來同步跳頻頻率和不同藍牙設備的時鐘。
藍牙支持點到點和點到多點的連接，可采用無線方式將若干藍牙設備連成一個
微微網（Piconet），多個微波網又可互連成特殊分散網（ad hoc scatternet），
形成靈活的多重微微網的拓撲結構，從而實現各類設備之間的快速通信。它能在
一個微微網內尋址8個設備（實際上互聯的設備數量是沒有限制的，只不過在同一
時刻只能激活8個，其中1個為主,7個為從）。
二、藍牙協議棧
藍牙規范是為個人區域內的無線通信制定的協議，它包括兩部分：卷1為核心
（Core）部分，用以規定諸如射頻、基帶、連接管理、業務搜尋（service disco
very）、傳輸層以及與不同通信協議間的互用、互操作性等組件；卷2為協議子集
（Profile）部分，用以規定不同藍牙應用（也稱使用模式）所需的協議和過程。
藍牙規范的協議棧仍采用分層結構，分別完成數據流的過濾和傳輸、跳頻和
數據幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數據的拆裝、業務質量（QoS）、
協議的復用和分用等功能。在設計協議棧，特別是高層協議時的原則就是最大限
度地重用現存的協議，而且其高層應用協議（協議棧的垂直層）都使用公共的數
據鏈路和物理層。
藍牙協議可以分為4層，即核心協議層、電纜替代協議層、電話控制協議層和
采納的其它協議層。
1．核心協議
藍牙的核心協議由基帶、鏈路管理（LMP）、邏輯鏈路控制與適應協議（L2C
AP）和業務搜尋協議（SDP）等四部分組成。從應用的角度看，射頻、基帶和LMP
可以歸為藍牙的低層協議，它們對應用而言是十分透明的。
基帶和LMP負責在藍牙單元間建立物理射頻鏈路，構成微微網。此外，LMP還
要完成像鑒權和加密等安全方面的任務，包括生成和交換加密鍵、鏈路檢查、基
帶數據包大小的控制、藍牙無線設備的電源模式和時鐘周期、微微網內藍牙單元
的連接狀態等。
邏輯鏈路控制與適應協議（L2CAP）完成基帶與高層協議間的適配，并通過
協議復用、分用及重組操作為高層提供數據業務和分類提取，它允許高層協議和
應用接收或發送長達64 K字節的L2CAP數據包。
業務搜尋協議（SDP）是極其重要的部分，它是所有使用模式的基礎。通過
SDP，可以查詢設備信息、業務及業務特征，并在查詢之后建立兩個或多個藍牙
設備間的連接。SDP支持3種查詢方式：按業務類別搜尋、按業務屬性搜尋和業務
瀏覽（browsing）。
2．電纜替代協議
串行電纜仿真協議（RFCOMM）像SDP一樣位于L2CAP之上，作為一個電纜替代
（cable replacement）協議，它通過在藍牙的基帶上仿真RS－232的控制和數據
信號，為那些將串行線用作傳輸機制的高級業務（如OBEX協議）提供傳輸能力。
該協議由藍牙特別興趣小組在ETSI的TS07.10基礎上開發而成。
3．電話控制協議
電話控制協議包括電話控制規范二進制（TCSBIN）協議和一套電話控制命令
（AT-commands）。其中，TCS BIN定義了在藍牙設備間建立話音和數據呼叫所需
的呼叫控制信令；AT-commands。則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話
和調制解調器的命令，它由藍牙特別興趣小組在ITU－T Q.931的基礎上開發而成。
4．采納的其它協議
電纜替代層、電話控制層和被采納的其它協議層可歸為應用專用（applicat
ion-specific）協議。在藍牙中，應用專用協議可以加在串行電纜仿真協議之上
或直接加在L2CAP之上。
被采納的其它協議有PPP，UDP／TCP／IP，OBEX，WAP，WAE，vCard，vCale
ndar等。在藍牙技術中，PPP運行于串行電纜仿真協議之上，用以實現點到點的
連接。UDP／TCP／IP由IETF定義，主要用于Internet上的通信。IroBEX（short
OBEX）是紅外數據協會（IrDA）開發的一個會話協議，能以簡單自發的方式交
換目標，OBEX則采用客戶一服務器模式提供與HTTP相同的基本功能。WAP是由WAP
論壇創建的一種工作在各種廣域無線網上的無線協議規范，其目的就是要將Inte
rnet和電話業務引入數字蜂窩電話和其它無線終端。vCald和vCalendar則定義了
電子商務卡和個人日程表的格式。
在藍牙協議棧中，還有一個主機控制接口（HCI）和音頻（Audio）接口。
HCI是到基帶控制器、鏈路管理器以及訪問硬件狀態和控制寄存器的命令接口。
利用音頻接口，可以在一個或多個藍牙設備之間傳遞音頻數據，該接口與基帶直
接相連。
三、發展前景
隨著Internet和移動通信的迅速發展，人們對電話通信以外的各種數據資源
和網絡服務的需求正在日益增長，并出現了諸如筆記本電腦，手持式計算機（HPC），
個人數字助理（PDA）和能夠提供數據業務、上網服務的數字蜂窩移動電話等電子
信息產品。藍牙作為一個全球公開的無線應用標準，通過把各種語音和數據設備
用無線鏈路連接起來，使人們能隨時隨地進行數據信息的交換與傳輸。無疑，它
將在人們的日常生活和工作中扮演重要的角色，其市場潛力巨大，正成為21世紀
的投資熱點。
posted on 2006-10-07 16:47
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