现代通信技术前沿论文—

现代通信技术前沿

学期作业

学生：学号：

学院：计算机与信息工程学院

专业年级：

题目：浅谈蓝牙技术及其发展前景

浅谈蓝牙技术及其发展前景

摘要：蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，近年来已经成为研究的热点问

题并获得了广泛的应用。本文从蓝牙技术的起源和特点讲起，详细介绍了蓝牙系统的组成、蓝牙技术的信息安全机制和蓝牙技术的组网方案，最后对蓝牙技术的发展做了展望。关键词：蓝牙系统组成技术1、引言

就目前科技发展的趋势而言，新科技成为数字电子产品提升本身性能和实力的最佳帮手，而电子消费产品的未来前景也会向着两个重要的指标方向发展。其一就是运用能将无线、可携带式设备以及局域网络演变成为网络体延伸的这类开放的蓝牙技术；而将存规格统一、加密及轻量化这三者结合为一体的应用就是另一个指标发展方向。

“蓝牙计划”已经不仅仅是少量媒体关注的对象，四大信息媒体都加入了追踪报道，可以说，“蓝牙计划”已经由不得你是否中意，它早已铺天盖地的出现在生活中，如春笋般蓬勃发展。虽然说大家都听说有这么一个具有无限发展前景的计划正在如火如荼且声势浩大的进行着，今后如何真正了解这个计划始末和意图、并对今后新应用有思考，才是最重要的。

bluetooth技术是近几年出现的，广受业界关注的近距无线连接技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规，其实质容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离围实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。

蓝牙系统既可以实现点对点连接也可以实现一点对多点连接,在一点对多点连接的情

况下，信道由几个蓝牙单元分享,两个或者多个分享同一信道的单元构成了所谓的微微网，一个微微网中存在1个主单元和最多可达7台的活动从单元,多个相互覆盖的微微网形成了所谓的分布网.

2蓝牙技术概况

2.1蓝牙的起源蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand，因为他十分喜欢吃蓝梅，所以牙齿每天都带着蓝色。蓝牙将当时的瑞典、芬兰与丹麦都统一了起来。

1999年12月1日，蓝牙特殊利益集团——Bluetooth SIG发布了蓝牙技术最新标准1.0B 版。发展至今，加盟的公司已超过2000多家。一项公开的全球统一的技术规能得到工业界如此广泛的关注和支持是前所未有的。当然，这主要得益于蓝牙技术本身所具有的广阔应用前景和诱人的商机。

2.2蓝牙技术的特点蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术，在近距离最廉价地将几台数字化设备呈网状起来。

蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。

蓝牙作为一种新兴的短距离无线通信技术已经在各个领域得到广泛应用，它提供低成本、低功耗、近距离的无线通信，构成固定与移动设备通信环境中的个人

当前文档中没有源。网络，使得近距离各种信息设备能够实现无缝资源共享。

2.3蓝牙技术的不足

在IT界蓝牙可以说已经是风风火火,但至今没有一个成熟的产品,那么究竟是什么原因制约了蓝牙产品的推出呢?

2.3.2芯片大小与价格难下调

蓝牙芯片的大小对耳机、微型摄像机等更精细的产品仍大,市面上蓝牙芯片的最低价是8美元，例如，对生产成本不过50美元的手机就是较难接受的。

2.3.3蓝牙模块难生产

2.3.4全面测试难完成

2.3.5技术并非最先进

2.3.6抗干扰能力不是很强

2.3.7生态安全可疑

生态安全问题是指当蓝牙设备靠近人体时是否带来危害’蓝牙的问题主要是由于蓝牙使用和微波炉一样的频率围’要知道微波炉加热水是靠使水分子共振完成的，这表明水分子的共振频率也在蓝牙采用的频率围，那么当蓝牙设备如耳机，离人体很近时，是否引起人体如大脑的水分子共振？

2.3.8传输距离短

2.3.9互操作性不统一

2.3.10协议移植不稳定

蓝牙技术对硬件环境-操作系统和通信协议等存在一定的依赖性。因此，业专家认为，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。

2.4无线通信技术在我国的发展阶段无线通信技术是一门新兴的技术，它有着旺盛的生命力和巨大的市场价值，无论是在人们的日常生活、人际交流、商贸合作、国际本文由论文联盟.LWLm.收集整理谈判、业务洽谈等方面都发挥着越来越重要的作用。它在我国的发展大致经历了五个阶段：

首先是二十世纪二十年代到二十世纪五十年代，这个时期无线通信技术主要应用在军事领域，短波频率刚刚出现，电子管技术还刚刚起步，一直到上个世纪五十年代末期，波

动频率是150兆赫兹的单工汽车公用移动系统才逐渐产生并形成雏形。

第二时期是二十世纪五十年代到六十年代。这一时期半导体技术逐渐被人们发掘并掌握，波动频段已经发展到450兆赫兹，而且人们还很好地解决了公共网和移动的继续问题，为移动的进一步推广奠定了良好的基础。

第三时期是二十世纪七十年代到八十年代，在这个阶段取得的进展一方面包括蜂窝系统概念的引进，另一方面波动频率达到了800兆赫兹。

第四时期指的是二十世纪八十年代初期到二十世纪九十年代中期，这个时期第二代通信技术迅速崛起并获得了突飞猛进，并且应运而生地出现了各种通信系统和多样的通信业务。

最后一个时期也是最近一个时期是指二十世纪九十年代中期一直到现在这个阶段。这个时期随着通信技术的发展和多媒体业务需求量的增加，以移动和移动电脑、移动多媒体为标志的第三代无线通信技术横空出世，有效地解决了快节奏生活环境中人们的工作所需和生活所求。

3蓝牙系统的参数指标及组成

3.1蓝牙系统结构基本系统参数及指标

工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz

双工方式：TDD

业务类别：同时支持电路交换及分组交换业务

数据标称速率：1Mbit/s

异步信道速率：非对称连接723.2kbit/s57.6kbit/s

对称连接：433.9kbit/s(全双工模式)

同步信道速率：64kbit/s(3个全双工信道)

信道间隔：1MHz

信道数：79

发射功率及覆盖：0dBm(1mW)，1—10m覆盖，20dBm(100mW)，扩展至100m覆盖跳频频点数：79个频点/MHz(2408+k(MHz)，k=0，1，2……78)；

跳频速率：1600次/s

工作模式：Active/Sniff/Hold/Park

数据连接方式：面向连接业务SCO(话音，电路交换、预留时隙)、无连接业务ACL(分组数据、分组交换、轮询)

纠错方式：1/3FEC(3bit重复码)，2/3FEC(截短Hamming码)，CRC—16，ARQ

鉴权：反应逻辑算术方式

密钥：以8bits为单位增减，最长128bits

安全机制：链路级，认证基于共享链路密钥询问/响应机制，认证和加密密钥生成基于SAFER+算法

话音编码方式：CVSD或对数PCM

网络拓扑结构：Ad hoc(无中心自组织)结构，Piconet及Scatternet 3.2蓝牙系统的组成

蓝牙系统由无线单元、链路控制单元、链路管理和软件结构和协议体系组成。 3.2.1无线单元蓝牙天线属于微带天线，空中接口是建立在天线电平为0dBm基础上的，遵从美国联邦通信委员会有关0dBm电平的ISM频段的标准。

3.2.2链路控制单元链路控制单元（即基带）描述了硬件——基带链路控制器的数字信号处理规。

3.2.3链路管理器链路管理器(LM)软件模块设计了链路的数据设置、鉴权、链路硬件

配置和其它一些协议。

3.2.4软件结构和协议体系蓝牙设备应具有互操作性，即任何蓝牙设备之间都应能够实现互通互连，这包括硬件和软件。

设计协议和协议栈的主要原则是尽可能地利用现有各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性；充分利用兼容蓝牙技术规的软硬件系统和蓝牙技术规的开放性，便于开发新的应用。具体的协议按SIG的需要分为4层：核心协、RFM 电缆替代协议、TCS控制协议以及与Internet相关的高层协议

3.3蓝牙技术的协议标准

SIG所颁布的蓝牙规(Specification of the Bluetooth System)就是蓝牙无线通信协议标准，它规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。

蓝牙规包括核心协议(Core)与应用框架(Profiles)两个文件。协议规部分定义了蓝牙的各层通信协议，应用框架指出了如何采用这些协议实现具体的应用产品。蓝牙协议规遵循开放系统互连参考模型(Open System Interconnetion/Referenced Model,OSI/RM)，从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的各个层次。

按照蓝牙协议的逻辑功能，协议堆栈由下至上分为3个部分：传输协议、中介协议和应用协议。其功能简介如下[2~3]：

3.3.1、传输协议

传输协议负责蓝牙设备间相互确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理和逻辑链路。这一部分又进一步分为低层传输协议和高层传输协议。低层传输协议侧重于语音与数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备的物理和逻辑链路。低层传输协议包括蓝牙的射频(Radio)部分、基带与链路管理协议(Baseband&&Link Manager Protocol,LMP)。高层传输协议包括逻辑链路控制的物理实现以及蓝牙设备间的连接于组网。高层传输协议包括逻

辑链路控制与适配协议(Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP)和主机控制器接口(Host Controller Interface,HCI)。这部分为高层应用程序屏蔽了诸如跳频序列选择等低层传输操作，并为高层应用传输提供了更加有效和更有利于实现的数据分组格式。

3.3.2、中介协议

中介协议为高层应用协议或程序在蓝牙逻辑链路上工作提供了必要的支持，为应用曾提供了各种不同的标准接口。这部分协议包括以下几部分。

(1).串口仿真协议(RFM)：基于欧洲电信标准化协会(European Telemunication Standardization Institute,ETSI)的TS07.10标准制定。该协议用于模拟串行接口环境，使得基于串口的传统应用仅作少量的修改或者不做任何修改可以直接在该层上运行。

(2).服务发现协议(Service Didcovery Protocol，SDP)：为实现蓝牙设备之间相互查询及访问对方提供的服务。

(3).IrDA(Infrared Data Association)互操作协议:蓝牙规采用了IrDA的对象交换协议(OBEX)，使得传统的基于红外技术的对象(如电子名片(vCard)和电子日历(vCal)等)交换应用同样可以运行在蓝牙无线接口之上。

(4).网络访问协议：该部分协议包括点对点协议(Point to Point Protocol,PPP)、网际协议(Internet Protocol,IP)、传输控制协议(Transfer Control Protocol,TCP)和用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)等，用于实现蓝牙设备的拨号上网，或通过网络接入点访问Internet和本地局域网。

(5).控制协议:该协议包括TCS、AT指令集和音频。控制协议性能(Telephone Control Protocol Specification，TCS)是基于国际电信联盟电信标准化部门(International Telemunication Union-Telemunication，ITU-T)的Q.931标准制定的，用于支持功

能；蓝牙直接在基带上处理音频信号(主要指数字语音信号)，采用SCO链路传输语音，可以实现头戴式耳机和无绳等的应用。

3．3.3、应用协议

应用协议是指那些位于蓝牙协议堆栈之上的应用软件和其中所涉及的协议，包括开发驱动各种诸如拨号上网和通信等功能的蓝牙应用程序。蓝牙规提供了传输层及中介层定义和应用框架，在传输层及中介层之上，不同的蓝牙设备必须采用统一符合蓝牙规的形式；而在应用层上，完全由开发人员自主实现。事实上，许多传统的应用都可以几乎不用修改就在蓝牙协议堆栈之上运行，如基于串口和OBEX协议的应用。通常蓝牙技术应用程序接口(Application Programming Interface，API)函数的开发由开发工具的设计人员来完成，这样有利于蓝牙技术与各类应用的紧密结合。4蓝牙的信息安全机制由于蓝牙通信标准是以无线电波作为媒介，第三方可能轻易截获信息，所以蓝牙技术必须采取一定的安全保护机制，尤其在电子交易应用时。为了提供使用的安全性和信息的可信度，系统必须在应用层和链路层提供安全措施。随机数发生器在蓝牙标准中有重要应用，例如在生成认证密钥和加密密钥中以及查询-应答方案中等。

蓝牙单元密钥长度不能由单元制造者预置，不能由用户设置。蓝牙基带标准规定不接收由高层软件给出的加密密钥以防止使用者完全控制密钥长度。包括密钥类型、密钥生成与初始化。

5蓝牙技术组网方案给出了一种无线办公网络具体应用的原理图。蓝牙网关通过RJ45插头与局域网接入接口相连；图中的个人电脑及各种设备均需安装有蓝牙通用模块或蓝牙网卡，以使其蓝牙化。蓝牙网关与各终端的最大直线不能大于100m，且一个蓝牙网关最多可连接7个带通用外界模块的设备。

组网方案中，主要部件功能如下：

5.1蓝牙网关

采用时分多址技术，支持异步数据，支持点对点、点对多点的蓝牙数据通信，具有同时与有线网络和蓝牙设备通信的接口及能力；在安全的基础上实现蓝牙地址与IP地址间的地址解释；实现IP网际协议以及TCP传输控制协议，从而能够完成蓝牙协议与TCP/IP 的协议转换；在底层协议栈的基础上，通过实行特定的蓝牙路由机制解决匹克网间的路由问题，以最终解决蓝牙不同匹克网间不同单元的通信问题。 5.2网络适配器安装在网络部的PC机、笔记本电脑上，使设备蓝牙化。为了使得办公室部的打印机、投影仪、扫描仪等办公设备具有蓝牙功能，选用金欧公司的通用蓝牙模块，该通用蓝牙模块具有串口、USB和并口可供选择。6蓝牙技术的应用展望

蓝牙技术在设备中得到了空前广泛的应用，蓝牙技术低功耗、小体积以及低成本的芯片解决方案使得其可以应用于手机等通讯设备上。蓝牙技术可以解决许多长期使人们困惑的问题，就是因为其具有1-2Mbps、10-100公尺的无线通讯能力，这就使得可以将蓝牙应用于通讯中的无线，简单说就是直接利

用蓝牙的高速数据传输率来传输语音、图像甚至是视频。就象通信技术领域非常关

将发挥不可替代的作用。蓝牙技术也在一步步改良提升，从最早期的1.1到如今的4.0核心规，4.0实际上就是一个将传统蓝牙、低功耗蓝牙以及高速蓝牙技术三种规格合而为一

学校等环境来说，蓝牙技术不仅可以免去敷设实质线路的成本，也避免了后续线路维护的困扰。我们平时经常看到蓝牙技术在笔记本电脑，手提电脑和蜂窝式方面的应用。由

于用蓝牙技术可以组成个人局域网，它还能应用到其他许多方面。例如瑞典律勒欧科技大学Ei S实验室就开发出无线个人局域网，对曲棍球运动员进行实时检测，培养曲棍球运动员。蓝牙技术还可以用在遥控汽车上。Sigmatech介绍了一种用具有蓝牙功能的操作杆来无线控制汽车，输入指令从操纵杆传送到计算机，由其产生控制信号发送给汽车。这一平台还可以在工业应用中使用。

由于市场需求，越来越多的蓝牙硅片即将投入生产。旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、零售商场、会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。BluetoothSiG现已拥有2400家会员公司，预计2015年蓝牙芯片将达14亿片，应用机器近7亿台。

畅游在蓝牙技术的梦想中，你会发现蓝牙技术无所不能。稍稍关注一下网络高科技市场，就会发现蓝牙技术从诞生的那一天起，就一直被人们寄予了极高的期望。相信随着科技的进一步发展，蓝牙技术必将获得更加广泛的应用。7、蓝牙技术的应用前景的新思考（一）电磁波对人体健康的伤害已得到证实，而低功率的蓝牙则具备优势，对人体无伤害。配有蓝牙模块的各类电子装置，将成为“人机交互”的替代首选。例如普通移动携带着高功率的电磁波对人体健康有伤害，我们采用精小蓝牙耳机附件，使手机远离大脑，也避免了手持引起的手和脖子酸痛等现象。（二）蓝牙技术突破了红外线技术中的“线”要求而达到“面”，甚至达到三维立体覆盖。不再有红外线两个传输端口的位置和方向约束，因此应用场合会更多，更能适应复杂环境要求。蓝牙的数据传送可以以每秒钟高达1MB的速度也快于红外线传送，并可在较大围实现低功耗的设备自动识别和连接。由于有了这些特性，在工业自动化控制中，处于三维空间不同方位的运动中的产品

子传感器的信息传输方面，也具备十分广泛的应用前景。物联网时代的到来，将设备、人、

体等各类传感电子元件将即时数据采集完成后，以往都通过布设的线缆将数据传输到处理单元，蓝牙技术在这个环节上，具有不可争议的优势。正适合蓝牙短距离、较快速度、无方向位限制等特色的发挥。（四）小围的设备间视频传输，当前在许多现场都可以看到采用的方法是“走出去再走进来”的公网方式，不仅占用公共宝贵资源，而且时间延迟大，响应速度慢。蓝牙技术此时应该能够发挥最好的作用。1Mbps的传输速率，完全可以满足应用需求。从音频到视频的扩展完全可以在众多的应用领域得到实现，还包括动画、图片等多种媒体也同样轻松实现传输。（五）“智能家居”是物联网的重大应用意向。

力的匹配、无伤害应用、低功耗生活质量等要求。VPN+ Bluetooth、PDA+WAN+ Bluetooth 等方式可实现智能家居的随时控制。人在途中可以启动家中豆浆机工作，到这后刚好直接饮用、家中出现意外（火灾、陌生人进入等）时，人在外可收到即时的自动告知信息┅┅，这些应用，蓝牙技术在家居端可以得到真实的体现。智能家居设备中，数字相机与移动计算机的自动数据传输、家中多处火源点的报警管理、水电暖气等的自动数据采集、通知、报警甚至自动资金结算等等应用，都离不了家居设备端的无线传输技术，蓝牙是首选。

8、结束语

蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有着极其广阔和诱人的应用前景，它也将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大的推动作用。蓝牙技术会有突飞猛进的发展。但是，它仍然有大量的应用技术细节问题需要解决，仍然是一项发展中的技术。蓝牙技术将给近距离通信带来一场革命，它具有广阔的市场前景和诱人的商机。市场研究机构ABI一项调查显示:2005年蓝牙设备的年出货量达到14亿件，随着技术的进步，将会有更多的领域使

用蓝牙技术。虽然现在蓝牙技术还不能说尽善尽美，但它的优势已经相当明显，而且蓝牙产品设计本身相对简单，所以蓝牙技术是一种可真正可实现廉价的无线网络梦想方案。在现代技术的帮助下，生活将会因为蓝牙技术的存在而变得更加随意而高效，同时它也会成为享受生活、轻松办公所不可或缺的角色。

9、参考文献

[1]宋俊德.蓝牙核心技术.机械工业，2001.9

[2]寸月，鲁腾.蓝牙技术的优势与前景.软件导报，2009年第6期，107-108.[3]道驰.蓝牙技术,让你无“线”舒适.电脑知识与技术.2003.3

[4]占余.蓝牙技术应用. 现代物理知识，2008年第6期，42-43.[5]任艳玲.蓝牙技术及其主要应用研究.中国高新技术企业.2008.3

[6]晓湖.蓝牙技术浅析及应用展望.才智，2008年第19期，157-158.