蓝牙

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蓝牙（Bluetooth），或称为蓝芽，是一种新式的无线传送协议，最初由爱立信创制，后来由蓝牙特别兴趣组订定技术标准。据说因为此技术尚在萌芽的阶段，故将Bluetooth以「蓝芽」的中文译名在台湾地区进行商业的注册，不过根据英文本身的意义直译，还是「蓝牙」较为贴切

短距离的无线连接技术--蓝牙

浙江广播电视高等专科学校 练益群　

近十年来，微电子技术的不断进步极大地推动了计算机和通信设备的普及和迅猛发展， PC机、掌上电脑、移动电话、无绳电话等进入人们日常的生活和工作中，成为人们生活中不可缺少的一部分。在这些设备之间传送文件时往往是通过线缆来进行，而且需要一些软件的支持才能进行连接。人们希望有一个能够取代线缆的短距离无线连接技术。蓝牙技术应运而生了。蓝牙技术提供了一种不需要线缆就可以在一定距离内进行无线连接的方法。

何为蓝牙技术

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。

蓝牙使用内制在9×9平方毫米微芯片上的短程射频链接，工作在2.4GHz ISM（工业、科学、医学）频段。该频段全球开放，意味着从理论上说，采用这些无线联网技术的设备在全球任何地点都可以正常使用。它的一般连接范围是10米，通过扩展可以达到100米；不限制在直线范围内，甚至设备不在同一间房内也能相互链接；以点对多点的方式链接多个设备，最多可达7个，形成一个个人领域的网络。

蓝牙技术定义了计算机和通信设备之间如何进行通信，也定义了如何将某一个应用映射成硬件以便和蓝牙技术相融合。用蓝牙技术可制造蓝牙芯片、移动电话使用的无线耳机，组建个人局域网。它不仅可以应用于手机、电脑、PDA、数字相机这些热门电子产品，甚至可以影响到玩具、家用电器、普通电话、汽车等传统产品。

蓝牙协议体系结构

蓝牙技术的一个主要目的就是使符合该规范的各种设备能够互通，这就要求本地设备和远端设备使用相同的协议。不同的应用，其使用的协议栈可能不同，但是，它们都必须使用蓝牙技术中的物理层和数据链路层。当然，不是任何应用都必须使用所有全部协议，可以只采用部分协议，例如语音通信（Audio）时，就只需经过基带协议。

蓝牙协议体系可以分为4层：

核心协议 Baseband，LMP，L2CAP，SDP

电缆替代协议 RFCOMM

电话控制协议 TCS Binary，AT Commands

选用协议 PPP，UDP/TCP/IP，OBEX，WAP，vCard/vCal， IrMC，WAE

1. 基带协议（Baseband）

基带协议和连接管理协议负责在多个蓝牙设备间建立物理射频RF（Radio Frequency）连接组成一个Pico网。这一层控制蓝牙设备的同步和跳频序列，并管理蓝牙中定义的两个不同的连接类型：同步面向连接SCO和异步非连接ACL。

2. 连接管理协议LMP(Link Manager Protocol)

LMP负责蓝牙连接的建立和释放、控制，数据包的控制以及电源模式的管理、消耗，蓝牙设备的状态等。最后，LMP还要负责认证、加密的密码问题。

3. 主控制器接口HCI（Host Controller Interface）

HCI提供了一个接入蓝牙硬件的统一接口方法。它包括一个到基带控制器和连接管理器以及进入硬件状态的命令接口，另外还包括控制和事件寄存器。

4. 逻辑连接控制和适配协议L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）

L2CAP在基带层之上，是基带与高层协议间的接口，处理更高层协议的复用、大数据包的拆分和重组、传送以及服务质量信息等问题。L2CAP与LMP并行工作。它们的区别在于当数据不经过LMP时，则L2CAP将采用多路技术、分割和重组技术、群提取技术等为上层提供数据服务。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型，但是L2CAP只支持ACL，并允许高层协议以64K字节的速度收发数据分组。

5. 串口仿真协议RFCOMM

RFCOMM是基于ETSI的TS07. 10规范的串口仿真协议，支持蓝牙设备之间点对点的通信。作为线缆替代协议，它在基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议（如OBEX）提供服务。

6. 服务发现协议SDP(Service Discovery Protocol)

SDP工作于L2CAP层之上，用于发现一定范围内的蓝牙设备上的服务。服务发现协议是蓝牙技术框架中非常重要的一个部分，是所有用户模式的基础。使用SDP，可以查询到设备信息和服务类型，此后蓝牙设备之间的连接才能建立。

7. 电话控制协议

包括电话控制协议二进制（TCS BIN）和AT命令集电话控制协议（AT Commands）。TCS BIN是面向比特的协议，定义了蓝牙设备建立语音和数据呼叫所需的控制信令，定义了处理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。AT Commands是电话控制命令，用于控制移动电话和调制解调器等，由SIG在ITU-TQ．931基础上开发而成。

8. 被采纳的其他协议

PPP是IETF制订的互联网通信的基本协议。点对点协议PPP 工作于RFCOMM之上，用于实现点至点的连接。UDP/TCP/IP也是IETF制订的互联网通信的基本协议。在蓝牙设备中使用这些协议，是为了与互联网连接的设备进行通信。OBEX是IrOBEX的简写，是由红外数据协会（IrDA）制订的会话层协议，采用客户-服务器模式提供与HTTP相同的基本功能。电子名片交换格式vCard和电子日历交换格式vCal都是互联网邮件协会开发的开放性规范。无线应用协议WAP 是无线应用协议论坛制订的，融合了各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内容和电话传送的业务传送到数字蜂窝电话或者其他无线终端。选用WAP，可以充分利用无线应用环境（WAE）开发的高层应用软件。

蓝牙硬件设计方案

目前蓝牙产品硬件都采用了两块芯片构成的一个芯片组，一块是射频芯片，一块是基带控制芯片。

朗讯公司的W7020和W7400，飞利浦的UAA3558和PCD87750等，就是这样两块芯片再加上外加的Flash、天线和电源芯片构成一个蓝牙模块，用于各种蓝牙产品中。

CSR（Cambridge Silicon Radio）公司提供的BlueCoreTM 01，在一片8×8平方毫米CMOS芯片上集成了射频单元和基带控制器，只要和内含蓝牙软件栈的Flash配合，即可向数据和语音设备提供全兼容的蓝牙接口。

MITEL公司提供的MT1020基带控制器和PHILSAR公司提供的PH2401无线收发器，两者配合可构成完整的低功耗的蓝牙模块，提供高至HCI层的功能。

蓝牙的问题

蓝牙工作在2.4GHz ISM（工业、科学、医学）频段。因为ISM频段是免费的公用频段，所以已经有一些通信协议和电子产品采用了这一频段，典型的如802.11b和微波炉等，因此对蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保连接的稳定和数据保密。随着蓝牙技术的应用与推广，蓝牙与其他设备的***存问题必须加以详细的研究和解决。这一问题正受到前所未有的重视，IEEE成立了专门小组，负责建立相互干扰的模型，并提出***存机制。相应的蓝牙标准组织也成立了***存问题研究小组。

由于蓝牙工作的ISM频段是对全球开放的频段，它的安全性也引起了广泛的注意。为了保证通信的安全，蓝牙在链路层和应用层提供了安全机制。在链路层，蓝牙使用4个参数，即蓝牙设备地址BD_ADDR，认证私钥，加密私钥和随机码RAND来保证通信安全。它包括密钥的管理、信息的加密和设备的认证三个方面。链路级安全机制的目的在于提供适当级别的安全保护。如果用户有更高级别的保密要求，可采用更有效的传输层和应用层安全机制。