什么是蓝牙,蓝牙技术体系及相关术语

    我想现在很多人都已经用上了蓝牙设备，如蓝牙耳机、蓝牙适配器、蓝牙键盘等，图 13—1和图13-2所示分别为蓝牙键盘和蓝牙耳机。这些在以前似乎还显得遥远的技术，现在 已经融入了生活的各个角落，例如，进入商场，随便一款稍好一点的手机，都带着蓝牙功能； 走在街上，身边经过的人总会有几个戴着蓝牙耳机。

1  什么是蓝牙 
    蓝牙这个名称来自于10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）。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 同工业领域之间协调工作，保持着个各系统领域之间的良好交流，例如计算机、手机和汽车 行业之间的工作。于是名字就这么定了下来。
    蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1 994年就 与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚哭 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，图标如图13-3所示。  

  图13-3
    蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般在lOm内）的无线电技术。能在包括移动电话、 PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙” 技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与Internet之 间的通信，从而使数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网 络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为lMbit/s。采用时分双工传输方案实现全 双工传输。
    Bluetooth无线技术是当今市场上支持范围最广泛、功能最丰富且安全的无线标准。全 球范围内的资格认证程序可以测试成员的产品是否符合标准。自1999年发布Bluetooth规 格以来，总共有超过4000家公司成为Bluetooth特别兴趣小组(SIG)的成员。

蓝牙技术体系及相关术语
    1．蓝牙技术版本
    截止到2010年6月，算上正在使用及已经研发和公布的技术，当前蓝牙共有6个版本 Vl.l/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0，具体内容如下：
    (1)1.1为最早期版本，传输率约在748kbit/s～810kbit/s，因是早期设计，容易受到同 频率的产品干扰，影响通信质量。
    (2)版本1.2同样是只有748kbit/s～810kbit/s的传输率，但加上了（改善Software） 抗干扰跳频功能。
    (3)无论是1.1还是1.2版本的蓝牙产品，本身基本上可以支持Stereo音效的传输要 求，但只能够支持单工的方式工作，且音带频率响应不太足够，并不能完全满足实际需要。
    (4)版本2.0是1.2的改良提升版，传输率约在1.8Mbit/s～2.lMbit/s，开始支持双工 的工作方式。也就是说，在做语音通信使用的同时还可以传输文档、图片、音乐等文件。
    (5)为了改善蓝牙Bluetooth 2.O+EDR标准技术存在的问题，蓝牙SIG组织(Special  Interest Group)推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。蓝牙2.1版除了改善装置配对沆 程外，还加入了Sniff Subrating的功能，透过设定在两个装置之间互相确认信号的发送间隔 来达到节省功耗的目的。
    (6) 2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范 Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed（蓝牙核心规范3.0版高速）。蓝牙3.0的 核，心是Generic Alternate MAC/PHY (AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议 栈针对任一任务动态地选择正确射频。作为新版规范，蓝牙3.0的传输速度自然会更高，而 秘密就在802.11无线协议上。通过集成802.11 PAL（协议适应层），蓝牙3.0的数据传输率 提高到了大约24Mbit/s（即可在需要的时候调用802.11 Wi-Fi用于实现高速数据传输），是蓝 牙2.0的8倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料 传输。
    (7)蓝牙4.0包括3个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。 蓝牙4.0的改进之处主要体现在3个方面，即电池续航时间、节能和设备种类上。此外， 蓝牙4.0的有效传输距离乜有所提升。当前，蓝牙的有效传输距离为lOm（约30英尺）， 而蓝牙4.0的有效传输距离可达到60m（约200英尺）。SIG表示，蓝牙4.0完整规范 将于2010年6月30日完成，而基于蓝牙4.0的设备有望于2010年年底或2011年初 上市。
    2．蓝牙通信距离
    根据通信距离的远近，蓝牙技术分为Classl/Class2/Class3这3个级别。其中，Classl是 用在大功率／远距离的蓝牙产品上，但因成本高和耗电量大，不适合做个人通信产品之用（手 机／蓝牙耳机／蓝牙Dongle等），所以多用在部分商业特殊用途上，通信距离大约在80～ lOOm之间。
    Class2是目前最流行的制式，通信距离大约在8～30m之间，根据产品的设计而定，多 用于手机内／蓝牙耳机／蓝牙Dongle的个人通信产品上，耗电量和体积较小，方便携带。至 于Class3由于支持距离太短，目前已经很少采用。

3．蓝牙协议框架

蓝牙协议包括多层协议栈， 详细内容如图13-4所示。

    底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入 蓝牙技术的设备都必须包括底层模块。它主要由 链路管理层LMP (Link Manager Protocol)、基带 层BB (Base Band)和射频RF (Rodio Fraquency) 组成。其功能如下：
    无线连接层（RF）通过2.4GHz无须申请的 ISM频段实现数据流的过滤和传输；它主要定义 了工作在此频段的蓝牙接收机应满足的需求；基 带层(BB)提供了两种不同的物理链路，即同步 面向连接链路SCO(Synchronous Connection Oriented)和异步无连接链路ACL (Asynchronous Connection Less)，负责跳频和蓝牙数据及信息帧 的传输，且对所有类型的数据包提供了不同层次 冒 的前向纠错码FEC (Frequency Error Correction)或循环冗余度差错校验CRC (Cyclic Redundancy Check)；LMP层负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制， 如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝 牙主机控制器按口HCI（Host Controller Interface）由基带控制器、连接管理器、控制和事件 寄存器等组成，它是蓝牙协议中软、硬件之间的接口，提供了一个调用下层BB、LMP、状 态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过 HCI的解析才能进行。HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而HCI以下的功能由蓝牙 设备来完成，二者之间通过传输层进行交互。
    蓝牙技术整体框架以HCI( Host Controller Interface)为界，区分为硬件模块以及上层软 件协议两部分。在蓝牙协议栈中，HCI以上部分通常用软件实现，包括逻辑链路控制和适配 协议12CAP、串行仿真RFCOMM、链路管理协议(HMP)、电话替代协议和选用协议；而 HCI以下部分则用硬件实现，包括基带协议和链路管理协议(LMP)，这部分也叫做蓝牙协 议体系结构中的底层硬件模块。
    由于篇幅有限，这里不再讨论这些具体的协议，有兴趣的朋友可以上蓝牙官方网站 www.bluetooth.org查询具体资料。
    4．蓝牙通信的主从关系及配对
    蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通信时，必须一个为主角色，另一个为从角色， 才能进衍通信，通信时必须由主端进行查找，发起配对，连接成功后，双方即可收发数据。 理论上，一个蓝牙主端设备可同时与7个蓝牙从端设备进行通信。一个具备蓝牙通信功能的 设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其他主设备来连接，需要时，转换 为主模式，向其他设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙 地址、配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。
    5．蓝牙配对及认证过程
    蓝牙设备通过初始配对过程建立安全连接。在此期间，一个或两个设备需要输入PIN码， 内部算法利用该代码生成安全密钥，安全密钥随后用于验证将来任何