蓝牙技术

sjg921现代通信网络无论有线还是无线都颇为发达，各种通信电缆也五花八门，不但办公室中电缆无处不在，随着家用设备的发展，居室也成了充满电缆的世界。从计算机和打印机的连接到耳机线，以及计算机间的通信电缆、电视机和影视设备的连接，真可谓丰富多彩。在人们觉得它必不可少的同时，也为人们带来不小伤脑筋的问题。有线电缆除了诸多使用不便、连线频出故障之外，各种电缆之间也无法通用。因此，电缆成为现代通信中的美中不足。随着Bluetooth（蓝牙）技术的诞生，这种状况有望得以改观。一、什么是蓝牙作为便携式设备的无线连接技术，蓝芽是由爱立信、IBM、诺基亚、英特尔和东芝于1998年5月共同推出的一项无线技术标准。实际上这项技术的研究开发工作早在1994年就已进行，当时爱立信移动通信公司成立了一个专项调研小组，对移动电话及其附件的低能耗、低费用无线连接的可能性进行研究。他们的目的在于建立无线电话与PC卡、耳机及桌面设备等的连接。由于蓝芽技术可将移动电话、便携式计算机以及其它手持设备连接起来，还可以应用到几乎所有具有开关功能的设备中，例如家用电器、汽车、家用电子设备与办公设备。该标准推出后，包括摩托罗拉、索尼、3COM、康柏、惠普、朗讯科技和戴尔在内的1800多家蓝芽集团的成员公司都签署了相关协议，共享这一先进技术。1999年12月，微软宣布全面支持“蓝芽”技术。到2000年初，“蓝芽”SIG（SpecialInterestGroup/特殊利益集团）已有3COM、爱立信、IBM、英特尔、朗讯、微软、摩托罗拉、诺基亚、东芝等9大集团公司和2000多家成员企业。二、蓝牙技术简介蓝芽技术主要面向网络中各类数据及语音设备，通过无线方式将它们连成一个微微网（Piconet），多个微微网之间也可以互连形成分布式网络（Scatternet），从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。它是实现语音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离的无线连接技术。蓝芽技术的特点包括：采用跳频技术，抗信号衰落；采用快跳频和短分组技术，减少同频干扰，保证传输的可靠性；采用前向纠错编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响；使用2.4GHz的ISM频段，无须申请许可证；采用FM调制方式，降低设备的复杂性。该技术的传输速率设计为1MHz，以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。一个跳频频率发送一个同步分组，每个分组占用一个时隙，也可扩展到5个时隙。蓝芽技术支持1个异步数据通道或3个并发的同步话音通道，或1个同时传送异步数据和同步话音的通道。每一个话音通道支持64kb/s的同步话音；异步通道支持最大速率为721kb/s、反向应答速率为57.6kb/s的非对称连接，或者是432.6kb/s的对称连接。蓝芽系统的功能单元包括以下几个部分.1.无线射频单元蓝芽系统的天线发射功率符合FCC关于ISM波段的要求。由于采用扩频技术，发射功率可增加到100mW。系统的最大跳频速率为1600跳/s，在2.402~2.480GHz之间，采用79个1MHz带宽的频点。系统的设计通信距离为0.1~10m，如果增加发射功率，这一距离也可以达到100m。2.连接控制单元连接控制单元（即基带）描述了数字信号处理的硬件部分――链路控制器，它实现了基带协议和其它的底层连接规程。（1）建立连接在微微网建立之前，所有设备都处于就绪状态。在该状态下，未连接的设备每隔1.28s监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的32个跳频频率上监听信息。跳频数目因地区而异，但32个跳频频率为绝大多数国家所采用。连接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知，就采用页信息（Pagemessage）建立连接；如果地址未知，就采用紧随页信息的查询信息（Inquirymessage）建立连接。在微微网中，无数据传输的设备转入节能工作状态。主设备可将从设备设置为保持方式，此时，只有内部定时器工作；从设备也可以要求转入保持方式。设备由保持方式转出后，可以立即恢复数据传输。连接几个微微网或管理低功耗器件时，常使用保持方式。监听方式和休眠方式是另外两种低功耗工作方式。蓝芽基带技术支持两种连接方式：面向连接（SCO）方式，主要用于语音传输；无连接（ACL）方式，主要用于分组数据传输。（2）差错控制基带控制器采用3种检错纠错方式：1/3前向纠错编码（FEC）；2/3前向纠错编码；自动请求重传（ARQ）。（3）认证与加密认证与加密服务由物理层提供。认证采用口令－应答方式，在连接过程中，可能需要一次或两次认证，或者无需认证。认证对任何一个蓝芽系统都是重要的组成部分，它允许用户自行添加可信任的蓝芽设备，例如，只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。蓝芽安全机制的目的在于提供适当级别的保护，如果用户有更高级别的保密要求，可以使用有效的传输层和应用层安全机制。3．链路管理链路管理器（LM）软件实现链路的建立、认证及链路配置等。链路管理器可发现其它的链路管理器，并通过连接管理协议（LMP）建立联系，LM利用链路控制器（LC）提供的服务实现上述功能。LC的服务项目包括：接收和发送数据、设备号请求、链路地址查询、建立连接、认证、协商并建立连接方式、确定分组的帧类型、设置监听方式、设置保持方式以及设置休眠方式等。4．软件结构蓝芽设备应具有互操作性，对于某些设备，从无线电兼容模块和空中接口，直到应用层协议和对象交换格式，都要实现互操作性；对另外一些设备（如头戴式设备等）的要求则宽松得多。蓝芽计划的目标就是要确保任何带有蓝芽标记的设备都能进行互换性操作。软件的互操作性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现，以及分组的分段和重组。蓝芽设备必须能够彼此识别，并通过安装合适的软件识别出彼此支持的高层功能。互操作性要求采用相同的应用层协议栈。不同类型的蓝芽设备对兼容性有不同的要求，用户不能奢望头戴式设备内含有地址簿。蓝芽的兼容性是指它具有无线电兼容性，有语音收发能力及发现其它蓝芽设备的能力，更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来完成。为实现这些功能，蓝芽软件构架将利用现有的规范，如OBEX、vCard/vCalendar、HID（人性化接口设备）及TCP/IP等，而不是再去开发新的规范。设备的兼容性要求能够适应蓝芽规范和现有的协议。三、蓝牙技术带来的生活便利（猜想）就像许多广告中所演示的那样，当一位主管一迈进他的办公室，他所携带的笔记本计算机就会将他要发布的文件，以721kb/s的速度传送到蓝芽技术可操控范围内的每个职工的计算机上。这样虽然对于那些偷懒者而言并不是一件好事，但起码公司的管理者不会再因为自己的健忘而耽误了某些需要紧急处理的工作。特别值得一提的是笔记本电脑与数字手机的链接，能够大大扩展其各自的应用领域。当用户的笔记本电脑在公文包内收到了电子邮件时，与之“咬合”的手机便会像闹钟一样发出声音，提示用户在允许情况下进行查看。如果你并不想仔细阅读而只想粗粗浏览一下是不是你那个婆婆妈妈的股票经纪人又准备替你购进某种小道消息股票时，你可以不必煞有介事地打开计算机，忍受WIN98光芒四射的启动画面，而可以在手机的显屏上直接浏览电子邮件。反过来在一些你并不愿使用手机的场合，比如10000m高空的飞机上时，你可以先在笔记本电脑上进行文件和邮件的撰写和编组，等飞机着陆后，便可用手机将它们立即发送出去。蓝芽最受欢迎的用途大概还得算是能通过手机用笔记本电脑随时随地随意上网，这种被称为“三随”的因特网桥的应用意义大概不仅在于能够满足和培养数以亿计的“冲浪”选手，而且也将成为未来网络向社会渗透的主力，在不久的将来，几乎所有的设备都可以用看不见的线连接起来，如同现存的无线通信网一样，那时的因特网也将达到无处不在。四、蓝牙技术的发展情况新兴芯片公司Innovent目前正在测试第一批产品，计划2000年稍后推出结合两种主要功能的芯片。该公司选在蓝芽大会举行前公开其产品计划。包括易利信和英特尔公司都支持划芽计划。成立仅一年半的Innovent系统公司即将推出的Innovent芯片有两大特色：第一，该款芯片以CMOS方式制造，而非采用成本较昂贵的电波频率芯片制造方式；第二，有自行口径测定功能，在芯片制造过程中可自行调整些微的差异。英国初创公司CambridgeSiliconRadio(CSR)目前宣布，即将推出的单芯片RF及基频IC，该芯片采取了低价策略，每颗售价仅为8美元，并计划2001年底降为5美元。分析师称，CSR希望以极具竞争力的价格和优良品质的产品，率先抢占蓝芽市场。CSR芯片组可支持的蓝芽操作频宽达2.4GHz，并支持蓝芽软件层的快闪内存，能够传送语音等多种数据。为了简化电路板设计，该芯片组只需外接极少的射频组件。该公司2000年将有超过100万个组件出货，主要客户是电信巨人阿尔卡特（Alcatel）和日本的TochigiMitsumi。CSR芯片组将采用0.35μm工艺在亚洲及欧洲地区生产。冲电气公司将于2000年年底开始出厂“蓝芽”（Bluetooth）芯片组件及中间软件的工业样品，并将在设计Bluetooth接口时所必需的硬件一并出售给设备厂家。以往厂家只提供芯片组，而连中间软件都提供的在日本国内还只有冲电气一家。冲电器即将出厂的产品有：由RF无线信息收发芯片LSI和基频处理芯片LSI所构成的蓝芽芯片组，以及配置了这两个芯片的开发工具和包含协议组的中间软件。在“TDK科技展”上，TDK展示了用于携带终端的与Bluetooth对应的芯片天线。该天线有两种类型，一个是外形尺寸为6mm×6mm×1mm，天线增益为一10dBi的产品；另一个是外形尺寸为7mm×7mm×1.5mm，天线增益为一5dBi的产品。两个产品均为1/2波长型，频率范围为2.400~2.4835GHz。据说已经开始销售工业样品。太阳诱电公司在“BluetoothCongress2000”上展示了三种支持蓝牙技术的收发信息模块，一种外形尺寸为17mm×15mm×2.2mm，只配备RF电路的模块；另一种外形尺寸为33.7mm×16mm×2.2mm，发送信息部分的输出为0dBm的模块；第三种外形尺寸为32mm×19.5mm×2.2mm，发送信息部分的输出为＋20dBm的模块，不论哪一种模块都没有内置天线。上述三种模块使用了美国SiliconWave公司的芯片组和日立制作所的微控制器，HCI也作为FarmWare内置其中。产品的正式出厂要等到2000年11月以后。在“BluetoothCongress2000”上，东芝公司则展出了Bluetooth的AP（AccessPoint）和投影仪，AP预计将于2000年第3季度投放市场。只要接上家庭或办公室的电话线，并与支持Bluetooth的PCMCIA界面卡连接，就可实现无线拨号通讯。所使用的PCMCIA界面卡是由美国的摩托罗拉以OEM方式供给的。所展示的投影仪，由于配置了PCMCIA卡接口，所以支持Bluetooth技术。此次的投影仪为试制样机；正式的产品则会内置支持Bluetooth的模块。除此之外，该公司还开发出了“MPEGoverBluetooth”及“WAPoverBluetooth”等产品。在摩洛哥的蒙特卡洛举行的有关近距离无线数据通信技术“Bluetooth”的开发会议“BluetoothCongress2000”上，爱立信公司展示了对应Bluetooth的信息终端――—两款Bluetooth内置手机，连接现行手机的转换器，头戴耳机，内置Bluetooth模块的笔，家用接入节点（AccessPoint）。上述展品中，除了笔和家用接入节点之外，都将在2000年第4季度开始批量生产。在同一展会上，法国的Alcatel公司展示了对应Bluetooth的电话手机，并预定2000年11月上市。其内部采用了英国CambridgeSiliconRadio公司的单片Bluetooth外理LSI“BlueCore”。该公司目前正在独自开发Bluetooth处理芯片，将来会采用自己研制的芯片。五、结束语蓝芽在技术方面的标准