藍牙技術淺析

藍牙技術淺析

　　摘要：藍牙是一種支持設備短距離通信的無線電技術，近年來已經成為研究的熱點問題并獲得了廣泛的應用。本文從藍牙技術的起源和特點講起，詳細介紹了藍牙系統的組成、藍牙技術的信息安全機制和藍牙技術的組網方案，最后對藍牙技術的發展做了展望。

　　關鍵詞：藍牙 系統組成 信息安全機制 組網方案

　　1 藍牙技術概況

　　1。1 藍牙的起源

　　藍牙的名字來源于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藍色。藍牙將當時的瑞典、芬蘭與丹麥都統一了起來。

　　1999年12月1日，藍牙特殊利益集團——Bluetooth SIG發布了藍牙技術最新標準1。0B版。發展至今，加盟的公司已超過2000多家。一項公開的全球統一的技術規范能得到工業界如此廣泛的關注和支持是前所未有的。當然，這主要得益于藍牙技術本身所具有的廣闊應用前景和誘人的商機。

　　1。2 藍牙技術的特點

　　藍牙技術使用高速跳頻和時分多址等先進技術，在近距離內最廉價地將幾臺數字化設備呈網狀鏈接起來。

　　藍牙是一個開放性的、短距離無線通信技術標準。它可以用來在較短距離內取代目前多種線纜連接方案，穿透墻壁等障礙，通過統一的短距離無線鏈路，在各種數字設備之間實現靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數據通信。

　　藍牙作為一種新興的短距離無線通信技術已經在各個領域得到廣泛應用，它提供低成本、低功耗、近距離的無線通信，構成固定與移動設備通信環境中的個人網絡，使得近距離內各種信息設備能夠實現無縫資源共享。

　　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

　　業務類別：同時支持電路交換及分組交換業務

　　數據標稱速率：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：79

　　發射功率及覆蓋：0dBm（1mW），1—10m覆蓋，20dBm（100mW），擴展至100m覆蓋

　　跳頻頻點數：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

　　數據連接方式：面向連接業務SCO（話音，電路交換、預留時隙）、無連接業務ACL（分組數據、分組交換、輪詢）

　　糾錯方式：1/3FEC（3bit重復碼），2/3FEC（截短Hamming碼），CRC—16，ARQ

　　鑒權：反應邏輯算術方式

　　密鑰：以8bits為單位增減，最長128bits

　　安全機制：鏈路級，認證基于共享鏈路密鑰詢問/響應機制，認證和加密密鑰生成基于SAFER+算法

　　話音編碼方式：CVSD或對數PCM

　　網絡拓撲結構：Ad hoc（無中心自組織）結構，Piconet及Scatternet

　　2。2 藍牙系統的組成

　　藍牙系統由無線單元、鏈路控制單元、鏈路管理和軟件結構和協議體系組成。

　　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基礎上的，遵從美國聯邦通信委員會有關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議。

　　2。2。4 軟件結構和協議體系 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現互通互連，這包括硬件和軟件。

　　設計協議和協議棧的主要原則是盡可能地利用現有各種高層協議，保證現有協議與藍牙技術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規范的軟硬件系統和藍牙技術規范的開放性，便于開發新的應用。具體的協議按SIG的需要分為4層：核心協、RFCOMM電纜替代協議、TCS電話控制協議以及與Internet相關的高層協議

　　3 藍牙的信息安全機制

　　由于藍牙通信標準是以無線電波作為媒介，第三方可能輕易截獲信息，所以藍牙技術必須采取一定的安全保護機制，尤其在電子交易應用時。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—應答方案中等。

　　藍牙單元密鑰長度不能由單元制造者預置，不能由用戶設置。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度。包括密鑰類型、密鑰生成與初始化。

　　4 藍牙技術組網方案

　　給出了一種無線辦公網絡具體應用的原理圖。藍牙網關通過RJ45 插頭與局域網接入接口相連；圖中的個人電腦及各種設備均需安裝有藍牙通用模塊或藍牙網卡，以使其藍牙化。藍牙網關與各終端的最大直線不能大于100m，且一個藍牙網關最多可連接7個帶通用外界模塊的設備。

　　組網方案中，主要部件功能如下：

　　4。1 藍牙網關

　　采用時分多址技術，支持異步數據，支持點對點、點對多點的藍牙數據通信；

　　具有同時與有線網絡和藍牙設備通信的接口及能力；在安全的基礎上實現藍牙地址與IP地址間的地址解釋；實現IP網際協議以及TCP傳輸控制協議，從而能夠完成藍牙協議與TCP/IP的協議轉換；在底層協議棧的基礎上，通過實行特定的藍牙路由機制解決匹克網間的路由問題，以最終解決藍牙不同匹克網間不同單元的通信問題。

　　4。2 網絡適配器

　　安裝在網絡內部的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 藍牙技術的應用展望

　　我們平時經�？吹剿{牙技術在筆記本電腦，手提電腦和蜂窩式電話方面的應用。由于用藍牙技術可以組成個人局域網，它還能應用到其他許多方面。例如瑞典律勒歐科技大學EIS實驗室就開發出無線個人局域網，對曲棍球運動員進行實時檢測，培養曲棍球運動員。藍牙技術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，由其產生控制信號發送給汽車。這一平臺還可以在工業應用中使用。

　　由于市場需求，越來越多的藍牙硅片即將投入生產。旅館、郵局、高爾夫球場、飛機場、零售商場、會議中心和商業領域都在采用藍牙技術。BluetoothSiG現已擁有2400家會員公司，預計2015年藍牙芯片將達14億片，應用機器近7億臺。

　　暢游在藍牙技術的夢想中，你會發現藍牙技術無所不能。稍稍關注一下網絡高科技市場，就會發現藍牙技術從誕生的那一天起，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展，藍牙技術必將獲得更加廣泛的應用。

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