BLUETOOTH技術的原理和應用

2019-11-03 09:42:47

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　　概述　　BLUETOOTH技術是一種正在發展中的短距離無線連接技術，它直接面對個人和商務的無線連接應用。推動這項技術的BLUETOOTH特殊利益集團(BSIG-Bluetooth special Interest Group)由愛立信、IBM、東芝等400多家電子、電腦及通信業廠商在1998年發起。正在制定中的LUETOOTH規范將是完全開放的。BSIG已經捍出了BLUETOOTH規范，目前的版本是1.0。
　　BLUETOOTH是一種低功耗的無線技術，目的是取代現有的PC、打印機、傳真機和移動電話等設備上的有線接口。主要優點有：可以隨時隨地用無線接口來代替有線電纜連接；具有很強的移植性，可應用于多種通信場合，如WAP、GSM、DECT等引入身份識別后可以靈活實現漫游；功耗低，對人體危害小；BLUETOOTH集成電路應用簡單，成本低廉，實現容易，易于推廣。
　　BLUETOOTH工作在24G的ISM頻段(工業、科學和醫療頻段)。采用了BLUETOOTH技術的設備將能夠提供高達720Kbit／s的數據交換速率。當BLUETOOTH設備的功率為本MW(0dbm)時，其發射范圍一般可達10M。BLUETOOTH技術還采用了跳頻技術來消除干擾和降低衰落。當檢測到距離小于10m時，接受設備可動態調節功率。當業務量減小或停止時，BLUETOOTH設備可以進入低功率工作模式。
　　組網時最多可以有256個BLUETOOTH單元設備連接起來組成微微網，其中一個主設單元和7個從設備單元處于工作狀態，而其他設備單元則處于待機模式。微微網絡可以重疊交叉使用。從設備單元可以共享。由多個相互重疊的微微網可以組成分布網絡。
　　BLUETOOTH可以提供電路交換和分組交換兩種技術，以提供不同場合的應用。在同步工作狀態下，一個組數據包可以占用一個或多個時隙，最多可達5個。BLUETOOTH可以同時在異步條件下支持語單和數據傳輸。重要系統參數　　BLUETOOTH技術，目前主要是以滿足美國FCC的要求為目標。對于在其他國家的應用，需要做一些變動，如發射功率和頻帶，可以做一些適應性調整。BLUETOOTH10規范已公布的主要技術指標和系統參數如表1所示。

網絡拓撲結構
　　BLUETOOTH支持點對點和一點對多點的通信。BLUETOOTH最基本的網絡組成是微微網。而微微網實際上是一種個人區域網。這是一種以個人區域(即辦公室區域和家庭區域)為應用環境的網絡建構。這里需要指出的是，微微網并不能夠代替局域網，它只是用來代替或簡化個人區域的電纜連接。　　微微網由主設備單元和從設備單元兩種設備單元構成。主設備單元負責提供時鐘同步信號和調頻序列。而從設備單元一般是受控同步的設備單元，并接受主設備單元的控制。在同一微微網中，所有設備單元均采用同一調頻序列。每個從設備單元的起始頻率和占用信道由主設備單元控制。一個微微網中，一般只有一個主設備單元，而從設備單元目前最多可以有7個。
　　當主設備單元為一個，從設備單元也是一個的時候，這種操作方式是單－從方式，如圖1所示。當主設備單元是一個，從設備單元是多個的時候，這種操作方式是多－從方式，如圖2所示。例如，辦公室的PC可以是一個主設備單元，而無線鍵盤、無線鼠標和無線打印機可以充當從設備單元的角色。

不同的微微網之間可以互相連接。BLUETOOTH規范指出，幾個相互獨立并不同步的、以特定方式連接起來的微微網構成了分布式網絡，又稱作微微互連網，如圖3所示。相鄰或相近的不同的微微網采用不同的調頻序列以避免干擾。在圖3中，一個微微網中的主設備單元同時也可以做為另一個微微網中的從設備單元，我們把這種設備單元叫做復合設備單元。
　　對于多個微微網絡，在10個滿負荷、獨立的微微網絡結構中，全雙工速率不會超過6Mbps。這是因為系統需要同步，同步信號占一定的開銷，基于0dB發射功率的設備發射，使數據傳輸量降低10％，故而使數據速率有所降低。

協議模型
　　BLUETOOTH協議模型的分層分別介紹如下：　　物理層：物理層就是BLUETOOTH的無線接口層。這個無線接口層的射頻系統是跳頻系統。　　核心協議：基帶協議(Baseband)、LMP、L2CAP、SDP等。
　　射頻通信協議：RFCOMM。
　　電話傳送控制協議：TCS Binary2、AT命令集等。
　　應用協議(可選協議)：PPP、UDP／TCP／ip、OBEX、vCard／vCarl、lrMC、WAP等。
　　其中核心協議中的基帶協議可以提供面向連接(SCO)業務和無連接(ACL)業務。一般地，SCO用于分組數據業務，其特點是可靠性，但有延時。而ACL用于話音傳送，其特點是實時性好，但可靠性比SCO差。鏈路管理協議(LMP)負責建立和解除主從設備單元之間之間的連接，以及鑒權和加密功能。另外還控制主從設備單元的工作模式(如PARK／HOLD／SNIFF等模式)。L2CAP是第三層的控制和適配協議。L2CAP向RFCOMM和SDP等層提供面向連接和無連接業務。基帶數據業務可以越過LMP而直接通過L2CAP向高層協議傳送數據。從某種意義上說，L2CAP和LMP都相當于OSI第二層即鏈路層的協議。
　　RFCOMM是射頻通信協議，它可以仿真串行電纜接口協議(如RS232、V24等，符合ETSI0710串口仿真協議。通過RFCOMM，BLUETOOTH可以在無線環境下實現對高層協議，如PPP、TCP／IP、WAP等協議的支持。另外，RFCOMM可以支持AT命令集，從而可以實現移動電話和傳真機及調制解調器之間的無線連接。
　　SDP是服務發現協議。服務發現在BLUETOOTH技術中的作用很大，它是所有用戶模式的基礎。SDP上層可以有FTP、LAN接入、無繩電話、同步模式等應用。通過確定不同的信息類型和業務類型，SDP可以在設備單元之間建立不同的SDP層連接。實現方式　　由于BLUETOOTH技術獨立于不同的操作系統和通信協議之外，可以移植到許多應用領域，因而應用場合很普遍。BLUETOOTH力求與不同的操作系統和通信協議有良好的接口，從而保證一定的兼容性。BLUETOOTH技術適用于任何數據、圖象、聲音等短距離通信場合。目前所能看到的應用有：替換蜂窩電話和遠端網絡之間的通信時所用的有線電纜；提供新的多功能耳機，從而在PC、蜂窩電話、隨身聽中共用；筆記本、PDA、蜂窩電話之間的名片數據交換。
　　BLUETOOTH協議可以固化為一個芯片，安置于各種各樣的智能端中。BLUETOOTH的一種硬件實現方案。
應用
　　1)手機與計算機的相連目前多數通過IrDA紅外線或是RS232串口線來相連，BlueTooth取而代之，不僅方便而且資料傳送的速度也不用擔心(有的狀況下，IrDA的速度更快些)。也許將來的手機下部的連接器也會消失或是變得更簡單化。
　　2)可作無繩電話使用內置BlueTooth芯片的手機，在家里可以當作無繩電話使用，不用雙向收費，節省手機費用。當然離開屋子一段距離后便自動切換至無線網絡基站上。
　　3)數據共享、辦公更簡易無論手機、計算機、PDA、打印機或是數碼相機、MP3播放器、D播放器……都可以用BlueTooth互傳語音、文字、圖像、文件……蜘蛛網式的會議室將不復存在，白板紀錄儀、投影機等都可以利用BlueTooth來簡化操作。
　　4)Internet接入內置Bluetooth芯片的筆記本型計算機或手機等，不僅可以使用PSTN(Published svithedtelephoneNetwork公用電話交換網)、ISDN、LAN、xDSL(x數字用戶線路，如ADSL)，而且蜂窗式移動網絡照樣可以進行高速連接。
　　5)無線免提筆記本型電腦具有話筒及喇叭，用Bluetooth連接將來的手機(也許是寬帶網)，多人視頻會議更為容易。而且免提手機也不再是汽車獨有的了。
　　6)同步資料回到辦公室或者家里，通過Bluetooth及相應程序，可以與其它設備同步。你的NoteBook、手機或是PDA等內部的信息，永保信息的最新。當然E－mail也可以接收并同步入計算機，而且Email也可以在飛機上完成，下機后由它自動發出。
　　7)影像傳遞有點類似NODIA9110的影像傳輸方式，不過會更加簡單，帶有Blretooth功能的數碼相機，在拍攝完成后，影像傳至手機可直接送至全世界任何一個角落。對記者來說特別需要這個功能。當然也可以直接將影像送入打印機，即拍即現。
　　BlueTooth還可應用于包括鍵盤、鼠標、家庭網絡、高速無線內部網絡、電子名片。

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