藍牙技術(shù)主要面向網(wǎng)絡中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備(如PC、撥號網(wǎng)絡、筆記本電腦、打印機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等),通過無線方式將它們連成一個
微微網(wǎng)(Piconet),多個微微網(wǎng)之間也可以互連形成分布式網(wǎng)絡(Scatternet),從而方便、快速地實現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。它是實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范, 是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)。其無線收發(fā)器是很小的一塊芯片,大約有9mm×9mm,可方便地嵌入到便攜式設(shè)備中,從而增加設(shè)備的通信選擇性。 藍牙技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的無連接工作,提供了接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能,并且具有外圍設(shè)備接口,可以組成一個特定的小網(wǎng)。
藍牙技術(shù)的特點 藍牙技術(shù)的特點包括:采用跳頻技術(shù),抗信號衰落;采用快跳頻和短分組技術(shù),減少同頻干擾,保證傳輸?shù)目煽啃裕徊捎们跋蚣m錯(FEC)編碼技術(shù),減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響;使用2.4GHz的ISM頻段,無需申請許可證;采用FM調(diào)制方式,降低設(shè)備的復雜性。該技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為1MHz,以時分方式進行全雙工通信,其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組,每個分組占用一個時隙,也可擴展到5個時隙。藍牙技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道,或3個并發(fā)的同步話音通道,或一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kbps的同步話音;異步通道支持最大速率721kbps、反向應答速率為57.6kbps的非對稱連接,或者是432.6kbps的對稱連接。
網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) 藍牙系統(tǒng)支持點對點以及點對多點通信。幾個相互獨立、以特定方式連接在一起的微微網(wǎng)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡,各微微網(wǎng)由不同的跳頻序列來區(qū)分。在同一微微網(wǎng)中,所有的用戶均用同一跳頻序列同步。
話音 話音采用連續(xù)可變斜率調(diào)制(CVSD)編碼方式,其分組不重傳。CVSD方式抗衰落性強,即使在誤比特率達到4%時,其話音質(zhì)量也可接受。
藍牙系統(tǒng)的功能單元 無線射頻單元 藍牙系統(tǒng)的天線發(fā)射功率符合FCC關(guān)于ISM波段的要求。由于采用擴頻技術(shù),發(fā)射功率可增加到100mW。系統(tǒng)的最大跳頻速率為1600跳/秒,在2.402GHz到2.480GHz之間,采用79個1MHz帶寬的頻點。系統(tǒng)的設(shè)計通信距離為0.1米到10米,如果增加發(fā)射功率,這一距離也可以達到100米。
連接控制單元 連接控制單元(即基帶)描述了數(shù)字信號處理的硬件部分--鏈路控制器,它實現(xiàn)了基帶協(xié)議和其他的底層連接規(guī)程。
差錯控制 基帶控制器采用3種檢糾錯方式:
* 1/3前向糾錯編碼(FEC);
* 2/3前向糾錯編碼;
* 自動請求重傳(ARQ)。
采用FEC編碼方式的目的在于減少數(shù)據(jù)重發(fā)次數(shù),但在無差錯環(huán)境,F(xiàn)EC方式產(chǎn)生的無用檢驗位降低了數(shù)據(jù)吞吐量,因此,業(yè)務數(shù)據(jù)是否采用FEC,還將視需要而定。分組報頭含有重要的連接信息和糾錯信息,始終采用1/3 FEC方式進行保護性傳輸。無編號ARQ方式應用于在數(shù)據(jù)發(fā)送后的下一時隙就給出確認的數(shù)據(jù)傳輸,返回ACK意味著頭信息校驗及循環(huán)冗余校驗都正確,否則,將返回NACK。
藍牙的認證與加密 認證與加密服務由物理層提供。認證采用口令--應答方式,在連接過程中,可能需要一次或兩次認證,或者無需認證。認證對任何一個藍牙系統(tǒng)都是重要的組成部分,它允許用戶自行添加可信任的藍牙設(shè)備,例如,只有用戶自己的筆記本電腦才可以通過用戶自己的手機進行通信。藍牙系統(tǒng)采用流密碼加密技術(shù),適于硬件實現(xiàn),密鑰長度可以是0、40或64位,密鑰由高層軟件管理。藍牙安全機制的目的在于提供適當級別的保護,如果用戶有更高級別的保密要求,可以使用有效的傳輸層和應用層安全機制。
藍牙技術(shù)的鏈路管理 鏈路管理器(LM)軟件實現(xiàn)鏈路的建立、認證及鏈路配置等。鏈路管理器可發(fā)現(xiàn)其他的鏈路管理器,并通過連接管理協(xié)議(LMP)建立通信聯(lián)系,LM利用鏈路控制器(LC)提供的服務實現(xiàn)上述功能。 LC的服務項目包括:接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、設(shè)備號請求、鏈路地址查詢、建立連接、認證、協(xié)商并建立連接方式、確定分組的幀類型、設(shè)置監(jiān)聽方式、設(shè)置保持方式以及設(shè)置休眠方式等。
藍牙技術(shù)的軟件結(jié)構(gòu) 藍牙設(shè)備應具有互操作性。對于某些設(shè)備,從無線電兼容模塊和空中接口,直到應用層協(xié)議和對象交換格式,都要實現(xiàn)互操作性;對另外一些設(shè)備(如頭戴式設(shè)備等)的要求則寬松得多。藍牙計劃的目標就是要確保任何帶有藍牙標記的設(shè)備都能進行互操作。軟件的互操作性始于鏈路級協(xié)議的多路傳輸、設(shè)備和服務的發(fā)現(xiàn),以及分組的分段和重組。藍牙設(shè)備必須能夠彼此識別,并通過安裝合適的軟件識別出彼此支持的高層功能;ゲ僮餍砸蟛捎孟嗤膽脤訁f(xié)議棧。不同類型的藍牙設(shè)備(如PC、手持設(shè)備、頭戴設(shè)備、蜂窩電話等)對兼容性有不同的要求,用戶不能奢望頭戴式設(shè)備內(nèi)含有地址簿。藍牙的兼容性是指它具有無線電兼容性,有話音收發(fā)能力及發(fā)現(xiàn)其他藍牙設(shè)備的能力,更多的功能則要由手機、手持設(shè)備及筆記本電腦來完成。為實現(xiàn)這些功能,藍牙軟件構(gòu)架將利用現(xiàn)有的規(guī)范,如OBEX、vCard/vCalendar、HID(人性化接口設(shè)備)及TCP/IP等,而不是再去開發(fā)新的規(guī)范。設(shè)備的兼容性要求能夠適應藍牙規(guī)范和現(xiàn)有的協(xié)議。
藍牙系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)將實現(xiàn)以下功能:配置及診斷、藍牙設(shè)備的發(fā)現(xiàn)、電纜仿真、與外圍設(shè)備的通信、音頻通信及呼叫控制,以及交換名片和電話號碼等。
藍牙技術(shù)的通信過程
在微微網(wǎng)建立之前,所有設(shè)備都處于就緒(STANDBY)狀態(tài)。在該狀態(tài)下,未連接的設(shè)備每隔1.28秒監(jiān)聽一次消息,設(shè)備一旦被喚醒,就在預先設(shè)定的32個跳頻頻率上監(jiān)聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異,但32個跳頻頻率為絕大多數(shù)國家所采用。
連接進程由主設(shè)備初始化。如果一個設(shè)備的地址已知,就采用頁信息(Page message)建立連接;如果地址未知,就采用緊隨頁信息的查詢信息(Inquiry message)建立連接。查詢信息主要用來查詢地址未知的設(shè)備(如公用打印機、傳真機等),它與頁信息類似,但需要附加一個周期來收集所有的應答。在初始頁狀態(tài)(PAGE state),主設(shè)備在16個跳頻頻率上發(fā)送一串相同的頁信息給從設(shè)備,如果沒有收到應答,主設(shè)備就在另外的16個跳頻頻率上發(fā)送頁信息。主設(shè)備到從設(shè)備的最大時延為兩個喚醒周期(2.56秒),平均時延為半個喚醒周期(0.64秒)。
在微微網(wǎng)中,無數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備轉(zhuǎn)入節(jié)能工作狀態(tài)。主設(shè)備可將從設(shè)備設(shè)置為保持方式(HOLD mode),此時,只有內(nèi)部定時器工作;從設(shè)備也可以要求轉(zhuǎn)入保持方式。設(shè)備由保持方式轉(zhuǎn)出后,可以立即恢復數(shù)據(jù)傳輸。連接幾個微微網(wǎng)或管理低功耗器件(如溫度傳感器)時,常使用保持方式。監(jiān)聽方式(SNIFF mode)和休眠方式(PARK mode)是另外兩種低功耗工作方式。在監(jiān)聽方式下,從設(shè)備監(jiān)聽網(wǎng)絡的時間間隔增大,其間隔大小視應用情況由編程確定;在休眠方式下,設(shè)備放棄了MAC地址,僅偶爾監(jiān)聽網(wǎng)絡同步信息和檢查廣播信息。各節(jié)能方式依電源效率高低排列為:休眠方式→保持方式→監(jiān)聽方式。
藍牙基帶技術(shù)的連接方式
* 面向連接(SCO)方式:主要用于話音傳輸;
* 無連接(ACL)方式:主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。
在同一微微網(wǎng)中,不同的主從設(shè)備可以采用不同的連接方式,在一次通信中,連接方式可以任意改變。每一連接方式可支持16種不同的分組類型,其中控制分組有4種,是SCO和ACL通用的分組,兩種連接方式均采用時分雙工(TDD)通信。SCO為對稱連接,支持限時話音傳送,主從設(shè)備無需輪詢即可發(fā)送數(shù)據(jù)。SCO的分組既可以是話音又可以是數(shù)據(jù),當發(fā)生中斷時,只有數(shù)據(jù)部分需要重傳。ACL是面向分組的連接,它支持對稱和非對稱兩種傳輸流量,也支持廣播信息。在ACL方式下,主設(shè)備控制鏈路帶寬,負責從設(shè)備帶寬的分配;從設(shè)備依輪詢發(fā)送數(shù)據(jù)。