藍牙技術及其應用研究

徐 晨

摘要:藍牙技術是指一種低成本、高可靠性的短距離通用無線通信接口技術及其配套軟件的公開標準。它將通信和計算機技術進一步整合,在有限范圍內使不同廠家生產的各種信息設備通過無線接口實現信息共享和互操作,藍牙技術有著廣闊的發展和應用前景。本文簡要介紹了藍牙技術及應用。

關鍵詞:藍牙技術 計算機 通信設備

隨著計算機和通信設備技術的發展,便攜的數字處理設備已經成為人們日常生活和辦公的必需品,這些設備包括筆記本電腦、個人數字助理(PDA)、外圍設備、移動電話機、尋呼機和客戶電子產品等。它們都具有了較強的處理能力和較大的存儲空間,從而形成了一個個人操作空間(P05)。這些設備之間的信息交換還大都依賴于電纜的連接,同時還要在被連接的設備中安裝支持專門一協議的軟件,在眾多的個人設備間傳輸信息,可能需要攜帶與設備一樣多的連線。然而,這也未必能夠確保所有設備的互連。設備之間的信息不能共享或互連所帶來的困難大大地限制了設備的實用性。雖然無線局域網(WLAN)和紅外數據傳輸在特定的條件下能夠替代電纜,但是在使用上具有很大的局限性。藍牙就是為了滿足人們在個人操作空間的無線互聯而設計的,它使用跳頻技術使處于個人操作空間的設備形成一個無線個人區域網絡,真正實現設備之間可移動的、自動的互聯。藍牙現在己經發展成為個人區域網絡或短距離無線網絡的標準。

一、藍牙(Bluetooth)技術及其特點

1.概念:藍牙(Bluetooth)技術,實際上是一種短距離無線通信技術。利用“藍牙”技術,能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功地簡化這些設備與Internet的通信,使這些現代通信設備與因特網的數據傳輸變得更加迅速高效。

2.特點:(1)可同時發送語音和數據。藍牙技術定義了電路交換與包交換的特點,數據信號采用包交換技術,而語音采用電路交換技術。(2)使用全世界通用的頻段。藍牙標準定的工作頻率范圍為2. 402~2. 480GHz,使用這頻段,無需向專門管理機構申請頻率使用權,這利于通信產品方便快速地普及。但為了避免與頻段上的其它通信系統相互干擾,藍牙技術采頻率跳躍( frequency hopping)技術來消除干擾和低電波衰減。(3)應用于各種電子設備,具有低功率、低本與低輻射的特點。(4)藍牙模塊的硬件構造。藍牙模塊的硬設計是將所有的芯片與電阻、電容等組件制造一片電路板上,成為一片獨立的藍牙模塊。(5)藍牙模塊與主機的連接。

二、藍牙系統的組成

藍牙技術系統一般由天線單元、鏈路控制(固件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍牙軟件(協議棧)單元四個功能單元組成。

1.天線單元。藍牙技術的天線部分體積十分小巧、重量輕,屬于微帶天線。藍牙空中接口建立在0dbm(1mW)的基礎上,最大可達20dbm(100mW),遵循FCC(美國聯邦通信委員會)有關電平為0dbm的ISM頻段地標準。

2.鏈路控制(硬件)單元。目前藍牙產品的鏈路控制硬件單元包括3個集成器件:連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器,此外還使用了3～5個單獨調諧元件。

3.鏈路管理(軟件)單元。鏈路管理(LM)軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其他一些協議。LM能夠發現其他遠端LM并通過LMP(鏈路管理協議)與之通信。

4.件(協議棧)單元。藍牙技術的規范接口可以直接集成到筆記本電腦或者通過PC卡或USB接口連接,或者直接集成到蜂窩電話中或通過附加設備連接。藍牙技術系統中的軟件(協議棧)是一個獨立的操作系統,不與任何操作系統捆綁,它符合已經制定好的藍牙規范,適用于集中不同商用操作系統的藍牙技術規范正在完善中。

三、藍牙技術的應用舉例

1. 藍牙筆記本電腦。作為藍牙技術的倡導者,IBM推出應用藍牙技術的全新ThinkPad筆記本電腦,能方便地連接到無線調制解調器、照相機和其他設備上。新款ThinkPad支持IEEE802.11規格的網卡,所以只要給筆記本插上這種規格的網卡就可以進行無線網絡通信。通過藍牙技術,筆記本電腦將不再需要無線調制解調器或是單獨的無線ISP賬號,而是將來自筆記本電腦的數據通過無線電設備發送到蜂窩電話,然而再由蜂窩電話進行傳輸。這里提到的蜂窩電話(Cellular)是為了能容納大量的用戶,可以把一個地理區域劃分成許多小區。我們不是采用單個大功率的發射器,而是每一個小區由一個小功率的基站(base station)來提供服務。由于這些基站能夠影響的范圍比較有限,因此在相鄰的小區使用不同的頻率,在相距較遠的小區就采用相同的頻率。這樣既有效地避免了頻率沖突,又可讓同一頻率多次使用,節省了頻率資源。

2.藍牙技術應用于MP3、數碼相機。藍牙技術應用在MP3上,使原來的耳機變成藍牙無線耳機,帶上無線耳機便可在家中自由走動做事,即使身離耳機有一段距離,只要機器在播放,藍牙無線耳機就能收到音樂,使得因“線”帶來的各種不便迎刃而解.應用藍牙技術還可以使多臺MP3播放器之間互相傳遞音樂,不需要任何連線.具有藍牙技術的數碼相機在拍攝完成后,將圖片傳至藍牙手機,再直接傳送到世界任何一個角落。

3.藍牙技術應用于武器裝備。使用藍牙技術可使各種武器裝備之間不用傳統的相互連接方式就能直接溝通信息,非常方便地實現快速、靈活、安全、低代價、低功耗的數據和話音通信.便于射手之間、各武器之間、各作戰部隊之間的信息流通和相互操作.例如,配備藍牙通信設備的數字偵察兵,通過無線網絡,使各種文字、圖像信息都能實時傳輸到指揮中心,指揮中心將作戰命令迅速下達給部隊,可大大提高軍隊的作戰能力。

藍牙技術的應用基礎需要一個高度發達的通信網絡,我國的通信格局已有電話網、數據網、移動網、圖像網、多媒體網。國家骨干網已發展成天、地一體化,有線、無線融合的統一網絡。藍牙技術發展的基礎是家庭計算機、移動電話、固定電話以及家用電器的廣泛使用。我國目前有12億人口、約2000萬臺計算機、1000多萬網民、5000萬移動電話用戶、2億多固定電話用戶。從這些數據可以看出我國家庭網絡市場將是巨大的,我國的家庭網絡依托國家骨干通信網將會得到更大的發展。傳統的有線電話發展到5000萬個,經歷了70年的時間,模擬蜂窩電話用了14年, GSM用7年,而藍牙達到這個數量只需要2年時間。帶有藍牙技術的移動電話、PC機均已出現。2005年藍牙設備年產量將超過10億個。藍牙技術的微型化、低成本,將為它在家庭娛樂和辦公室、電子商務、工業控制等場合開辟廣闊的應用前景。

參考文獻:

[1](美)Brent A Miller,Chatschik Bisdikian.藍牙核心技術[M].北京:機械工業出版社,2001.

[2]朱剛,談振輝,周賢偉.藍牙技術原理與協議[M].北京:北方交通大學出版社,清華大學出版社,2002.

[3]馬建倉,羅亞軍,趙玉亭.藍牙核心技術及應用[M].北京:科學出版社,2003.

[4]趙峰,曾文海.藍牙無線通信技術[J].信息技術與應用,2002,(7).

[5]徐艷.藍牙技術安全性分析與安全策略[J].華北科技學院學報,2005,2(4).