時間：2023-05-29 18:01:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇藍牙傳輸，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
藍牙（Bluetooth）是一種新型、開放、低成本、短距離的無線連接接技術，可取代短距離的電纜，實現話音和數據的無線傳輸。這種有效、廉價的無線連接技術可以方便地將計算機及外設、移動電話、掌上電腦、信息家電等設備連接起來，在它可達到的范圍內使各種信息化移動便攜設備都能實現無縫資源共享，還可通過無線局域網（WirelessLAN）與Internet連接，實現多媒體信息的無線傳輸。
藍牙系統采用分散式（Scatter）結構，設備間以及從方式構成微微網（Piconet），支持點對點和點對多點通信。它采用GFSK調制，抗干擾性能好，通過快速跳頻和短包技術來減少同頻干擾，保證傳輸的可靠性。使用的頻段為無需申請許可的2.4GHz的ISM頻段。
藍牙協議從協議來源大致分為四部分：核心協議、電纜替代協議（RECOMM）、電路控制協議和選用協議。其中核心協議是藍牙專利協議，完全由藍牙SIG開發，包括基帶協議（BB）、連接管理協議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協議（L2CAP）以及服務發現協議（SDP）。藍牙協議從體系結構又可分為底層硬件模塊、中間協議層和高端應用層三大部分，其中鏈路管理層（LM）、基帶(BB)和射頻層（RF）構成藍牙的底層模塊。由此可見，基帶層是藍牙協議的重要組成部分。本文主要對藍牙技術中最重要的基帶數據傳輸機理進行分析。
1基帶協議概述
圖1給出藍牙系統結構示意圖。在藍牙系統中，使用藍牙技術將設備連接起來的網絡稱作微微網（Piconet），它由一個主節點（MasterUnit）和多個從節點(SlaveUnit)構成。主節點是微微網中用來同步其他節點的藍牙設備，是連接過程的發起者，最多可與7個從節點同時維持連接。從節點是微微網中除主節點外的設備。兩個或多個微微網可以連接組成散射網（Scatternet）。
圖2給出藍牙協議結構示意圖。基帶層位于藍牙協議棧的藍牙射頻之上，并與射頻層一起構成藍牙的物理層。從本質上說，它作為一個鏈接控制器，描述了基帶鏈路控制器的數字信號處理規范，并與鏈路管理器協同工作，負責執行象連接建立和功率控制等鏈路層的，如圖3所示。基帶收發器在跳頻（頻分）的同時將時間劃分（時分），采用時分雙工（TDD）工作方式（交替發送和接收），基帶負責把數字信號寫入并從收發器中讀入數據。主要管理物理信道和鏈接，負責跳頻選擇和藍牙數據及信息幀的傳輸、象誤碼糾錯、數據白化、藍牙安全等。基帶也管理同步和異步鏈接，處理分組包，執行尋呼、查詢來訪及獲取藍牙設備等。
在藍牙基帶協議中規定，藍牙設備可以使用4種類型的地址用于同場合和狀態。其中，48位的藍牙設備地址BD_ADDR（IEEE802標準），是藍牙設備連接過程的唯一標準；3位的微微網激活節點地址AM_ADDR，用以標識微微網中激活成員，該地址3位全用作廣播信息；8位的微微網休眠節點地址PM_ADDR，用以標識微微網中休眠的從節點。微微網接入地址AR_ADDR，分配給微微網中要啟動喚醒過程的從節點。
當微微網主從節點通信時，彼此必須保持同步。同步所采用的時鐘包括自身不調整也不關閉的本地設備時鐘CLKN，微微網中主節點的系統時鐘CLK以及為主節點時鐘對從節點本地設備時鐘進行周期更新以保持主從同步的補償時鐘CLKE。
與其它無線技術一樣，藍牙技術中微微網通過使用各種信道來實現數據的無線傳輸。其中，物理信道表示在79個或者23個射頻信道上跳變的偽隨機跳頻序列，每個微微網的跳頻序列是唯一的，并且由主節點的藍牙設備地址決定；此外，藍牙有5種傳送不同類型信息的邏輯信道，它們分別為：
(1)LC信道：控制信道，用來傳送鏈路層控制信息；
(2)LMC信道：鏈接管理信道，用在鏈路層傳送鏈接管理信息；
(3)UA信道：用戶信道，用來傳送異步的用戶信息；
(4)UI信道：用戶信道，用來傳送等時的用戶信息；
(5)US信道：用戶信道，用來傳送同步的用戶信息。
在藍牙系統中，主從節點以時分雙工（TDD）機制輪流進行數據傳輸。因此，在信道上又可劃分為長度為625μs的時隙（TimeSlot），并以微微網主節點時鐘進行編號(0-227-1)，主從節點分別在奇、偶時隙進行數據發送。
2藍牙數據傳輸
藍牙支持電路和分組交換，數據以分組形式在信道中傳輸，并使用流控制來避免分組丟失和擁塞。為確保分組包數據正確傳輸，還進行數據的白化和糾錯，下面分別對這些傳輸機制進行分析。
2.1藍牙分組
分組包數據可以包含話音、數據或兩者兼有。分組包可以占用多個時隙（多時隙分組）并且可以在下一個時隙繼續發送，凈荷(Payload)也帶有16位的錯誤校驗識別和校驗（CRC）。有5種普通的分組類型，4個SCO分組包和7個ACL分組包。一般分組包格式如圖4。
圖3基帶層抽象
其中，接入碼(Accesscode)用來定時同步、偏移補償、尋呼和查詢。藍牙中有三種不同類型的接入碼：
(1)信道接入碼（CAC）：用來標識一個微微網；
(2)設備接入碼（DAC）：用作設備尋呼和它的響應；
(3)查詢接入碼（IAC）：用作設備查詢目的。
分組頭（Header）包含6個字段，用于鏈路控制。其中AM_ADDR是激活成員地址，TYPE指明分組類型，FLOW用于ACL流量控制位，ARQN是分組包確認標識，SEQN用于分組重排的分組編號，HEC對分組頭進行驗。藍牙使用快速、不編號的分組包確認方式，通過設置合適的ARQN值來區別確定是否接收到數據分組包。如果超時，則忽略這個分組包，繼續發送下一個。
2.2鏈接及流控制
藍牙定義了兩種鏈路類型，即面向連接的同步鏈路（SCO）和面向無連接的異步鏈路（ACL）。SCO鏈接是一個對稱的主從節點之間點對點的同步鏈接，在預留的時間里發送SCO分組，屬于電路交換，主要攜帶話音信息。主節點可同時支持3個SCO鏈接，從節點可同時支持2～3個鏈接SCO，SCO分組包不支持重傳。SCO鏈路通過主節點LMP發送一個SCO建立消息來建立，該消息包含定時參數（Tsco和Dsco）。
ACL鏈接是為匹克網主節點在沒有為SCO鏈接保留的時隙中，提供可以與任何從節點進行異步或同步數據交換的機制。一對主從節點只可以維持一個ACL鏈接。使用多個ACL分組時，藍牙采用分組包重發機制來保證數據的完整性。ACL分組不指定確定從節點時，被認為是廣播分組，每個從節點都接收這個分組。
藍牙建議使用FIFO（先進先出）隊列來實現ACL和SCO鏈接的發送和接收，鏈接管理器負責填充這些隊列，而鏈接控制器負責自動清空隊列。接收FIFO隊列已滿時則使用流控制來避免分組丟失和擁塞。如果不能接收到數據，接收者的鏈接控制器發送一個STOP指令，并插入到返回的分組頭（Header）中，并且FLOW位置1。當發送者接收到STOP指示，就凍結它的FIFO隊列停止發送。如果接收器已準備好，發送一個GO分組給發送方重新恢復數據傳輸，FLOW位置0。
2.3數據同步、擾碼和糾錯
由于藍牙設備發送器采用時分雙工（TDD）工作機制，它必須以一種同步的方式來交替發送和接收數據。微微網通過主節點的系統時鐘來實現同步，并決定其跳頻序列中的相位。在微微網建立時，主節點的時鐘傳送給從節點，每個從點節給自己的本地時鐘加上一個偏移量，實現與主節點的同步。在微微同生存期內，主節點不會調整自己的系統時鐘。為了與主節點的時鐘匹配，從節點會偏移量進行周期的更新。藍牙時鐘應該至少具有312μs的分首辨率。主節點分組發送的平均定時與理想的625ms時隙相比，偏移不不能超過20ppm，抖動（Jitter）應該少于1ms。
在分組數據送出去并且在FEC編碼之前，分組頭和凈荷要進行擾碼，使分組包隨機化。接收數據分組包時，使用盯同的白化字進行去擾處理。
為了提高數據傳輸可靠性及系統抗干擾性，藍牙數據傳輸機制采用三種糾錯方式：1/3率FEC編碼方式（即每一數據位重復3次）、冗余2/3率FEC編碼方式（即用一個多項式發生器把10位碼編碼成15位碼）以及數據自動請求重發方式（即發送方在收到接收方確認消息之前一直重發數據包，直到超時）。
圖4藍牙分組包格式
3藍牙設備連接
藍牙鏈接控制器工作在兩種主要狀態：待令（Standby）和連接（Connection）。在藍牙設備中，Standby是缺省的低功率狀態，只運行本地時鐘且不與任何其他設備交互。在連接狀態，主節點和從節點能交換分組包進行通信，所以要實現藍牙設備之間的互相，彼此必須先建立連接。由于藍牙使用的ISM頻帶是對所有無線電系統都開放的頻帶，會遇到各種各樣的干擾源，所以藍牙采用分組包快速確認技術和跳頻方案來確保鏈路和信道的穩定。在建立連接和通信過程中使用跳頻序列作為物理信道，跳頻選擇就是選擇通信的信道。
3.1跳頻選擇
跳頻技術把頻帶分成若干個跳頻信道（HopChannel）。無線電收發器按一定的碼序列（以產生隨機數的方式）不斷地從一個信道跳到另一個信道，并且收發雙方都按這個規律才能通信并同步。跳頻的瞬時帶寬很窄，通過擴頻技術展成寬頻帶，使干擾的影響最小。當一個設備被激活時，該設備被分配32個跳頻頻點，以后該設備就在這些跳頻點上接收和發送信息。通用跳頻選擇方案由兩部分組成，即選擇一個序列并在跳頻頻點上映射該序列。對于每一情況，都需要從-主和主-從兩種跳頻序列。藍牙系統中使用的跳頻序列有如下幾種：
(1)呼叫跳頻序列：在呼叫（Page）狀態使用；
(2)呼叫應答序列：在呼叫應答（PageResponse）狀態使用；
(3)查詢序列：在查詢（Inquiry）狀態使用；
(4)查詢應答序列：在查詢應答（InquiryResponse）狀態使用；
(5)信道跳頻序列：在連接（Connection）狀態使用。
3.2藍牙連接建立
從待令狀態到連接狀態的過程就是連接建立過程。通常來講，兩個設備的連接建立過程如下：
首先，主節點使用GIAC和DIAC來查詢范圍內的藍牙設備（查詢狀態）。如果任何附近的藍牙設備正在監聽這些查詢（查詢掃描狀態），就發送它的地址和時鐘信息后，從節點可以開始監聽來自主節點的尋呼消息（尋呼掃描），主節點在發現附近的設備之間可以尋呼這些設備（尋呼狀態），建立鏈接。在尋呼掃描的從設備被這個主節點尋呼后，就會以DAC（設備訪問碼）來響應（Slaveresponsesubstate）。主節點在接收到從節點的響應后，便可以以送主節點的實時時鐘、BD_ADDR、BCH奇偶位和設備類（FHS分組包），最后在從節點已經接收到這個FHS分組之后，進入連接狀態。具體過程如圖5。
由圖5可見，在藍牙連接建立的呼個不同階段，主節點和從節點分別處于不同的狀態，這些狀態包括：
查詢（Inquiry）：查詢是主節點用來查找可監視區域中的藍牙設備，以便通過收集來自從節點響應查詢消息中得到該節點的設備地址和時鐘，查詢過程使用IAC；
查詢掃描（InquiryScan）：藍牙設備周期地監聽來自其他設備的查詢消息，以便自己能被發現。掃描過程中，設備可以監聽普通查詢接入碼（GIAC）和特定查詢接入碼（DIAC）；
查詢響應（Inquiryresponse）：從節點以FHS分組響應查詢消息，它攜帶從節點的DAC、本地時鐘等信息；
尋呼（Page）：主節點通過在不同的跳頻序列發送消息，來激活一個從節點并建立連接，尋呼過程使用DAC；
尋呼掃描（PageScan）：從節點周期性地在掃描窗間隔時間內喚醒自己，并監聽自己的DAC，從節點每隔1.28s在這個掃描窗上根據尋呼跳頻序列選擇一個掃描頻率；
從節點響應（SlaveResponse）：從節點在尋呼掃描狀態收到主節點對自己的尋呼消息即進入響應狀態，響應主設備的尋呼消息；
主節點響應（MasterResponse）：主節點在接收到從節點對它的尋呼消息的響應后，主節點發送一個FHS分組給從節點，如果從節點響應回答，主節點就進入連接狀態。
3.3連接狀態
連接（connection）狀態以主節點發送一個POLL分組開始，表示連接已經建立，此時分組包可以在主從節點之間來回發送。連接兩端即主從節點都使用主節點的接入碼和時鐘，并且使用的跳頻為信道跳頻序列。即在連接建立后，主節點的藍牙設備地址（BD_ADDR）決定跳頻序列和信道接入碼。在連接狀態的藍牙設備，可以有以下幾個子狀態：
Active:在這個模式下，主從節點都分別在信道通過監聽，發送和接收分組包，并彼此保持同步；
Sniff:在這個模式下，從節點可以暫時不支持ACL分組，也就是ACL鏈路進入低能源sleep模式，空出資源，使得象尋呼、掃描等活動、信道仍可用；
Park：當從節點不必介入微微網信道，但仍想與信道維持同步，它能進入park（休眠）模式，此時具有很少的活動而處于低耗模式，從節點放棄AM_ADDR，而使用PM_ADDR。
4藍牙完全機制
今年的CES上，在愛立信CEO衛翰思主題演講的最后，公司移動接入平臺的工程師Anders Stenkvist拿著一部“特殊”的手機走上了舞臺，他將與衛翰思一起為現場的觀眾帶來一份驚喜。
“這項技術真的非常、非常新，剛剛從實驗室里出來，還很原始。不過，它的確已經能夠正常工作了。”Stenkvist強調著，言語中透著激動和緊張，接著他話鋒一轉，調侃道“當然，只是在有些時候。”臺下立刻爆發出一陣笑聲。
Stenkvist用這部特殊的手機拍攝了一張現場的照片，他想讓臺下的觀眾都能夠立刻看到，但僅靠小小的手機屏幕顯然不行，他需要把這張圖片傳到大一些的顯示設備上。于是，他請衛翰思先把一只手輕輕放在手機上，再用另一只手去摸一臺與電視連接的接收器。就在衛翰思的右手觸到接收器的瞬間，手機上的照片也出現在了電視的屏幕上――衛翰思“化身”成為一根人肉數據線，將照片傳到了電視上。現場的觀眾愣了愣神，旋即報以熱烈的掌聲。
人體傳輸
衛翰思所演示的是愛立信開發的一種名叫Connected Me的人體傳輸技術。
Stenkvist手中拿著的智能手機中裝有一個特殊的數字回路，可以進行數據傳輸。該回路連接一塊金屬板，金屬板能夠將信號發送至人體內，而在連接電視的接收器上同樣裝有相應的回路和金屬板，可以檢測到流經人體的微弱信號。
通過調整發射機電極的電壓并監測接收機電極上的電位差，信號得以發送，這時在人體中除了存在電位差，還流過一個小電流。這一物理現象被稱為“電容耦合”，人體傳輸的實現正是基于這一原理。
根據愛立信官方公布的數據，目前Connected Me技術已經能夠實現6-10Mbps的傳輸速率。與現有的傳輸技術相比，人體傳輸更加便捷，并且能夠大大提升用戶體驗。
人體傳輸技術并非愛立信所獨有。早在1996年的計算機經銷商博覽會上，IBM就已經展示過這項技術的雛形。日本電信電話公司（NTT）最近10年也一直在持續開發這一技術。2005年，NTT曾宣布成功開發出能夠投入實際應用的人體傳輸技術，并將之命名為RedTaction，當時所能達到的傳輸速度為2Mbps。此外，松下、索尼和微軟也都曾開發類似的技術，不過由于過于超前，一直沒有真正推向市場。
衛翰思此前接受其他媒體采訪時曾表示，歷史上每一次偉大的技術變革都要經歷兩個階段，技術誕生至少需要20年的導入期，在那之后，才會快速發展并被市場認可。
掐指算來，人體傳輸技術至今已經有近20年的歷史，這也解釋了為什么愛立信會在這個時間節點上隆重推出Connected Me。
從年初拉斯維加斯的CES到巴塞羅那的MWC大會，再到最近新奧爾良的CTIA美國無線通信展，衛翰思每次出場都會不遺余力地向外界介紹Connected Me。如此賣力宣傳，愛立信顯然是認為人體傳輸技術的引爆點即將到來。
14年前，為了推廣自己發明的藍牙技術，愛立信聯合諾基亞、東芝、IBM和英特爾成立了藍牙共同利益集團（Bluetooth SIG），最終使得藍牙技術得以普及。如今，愛立信正在嘗試復制當年的成功，將Connected Me打造成下一個藍牙。
雖然不是最早開發出人體傳輸技術的公司，但是種種跡象都表明，愛立信希望依靠這個階段的突然發力，一舉奠定其在人體傳輸領域的領導地位，以便在將來的市場競爭中占得先機。
不過，對于這樣一項新奇又涉及人體的技術，安全性自然是人們頗為關心的問題，對此，愛立信方面稱：“愛立信所做的一系列測試表明，實驗用的設備完全符合對商用設備的要求，而且還留有寬裕量。”
不只是人肉數據線
Connected Me現在已經能實現傳送照片、音樂和高清視頻，但是愛立信所“兜售”的絕不是“人體數據線”的概念那么簡單。作為一種新奇的技術，人體傳輸可以帶來許多全新的應用場景。
NFC無疑是業內這兩年最為熱門的技術之一，NFC支付的產生將過去的“刷卡”變成了“刷手機”，很酷吧？但是與人體傳輸的直接“刷手”相比，NFC就要遜色多了。
正在舉行的倫敦奧運會上，NFC已經驚艷亮相。據悉，全倫敦有超過6萬家商戶支持NFC支付。不過，就在奧運會開幕之前，安全軟件廠商McAfee卻給它潑了一盆冷水。McAfee發出警告稱，搭載NFC的設備存在嚴重的安全隱患。
相比之下，用人體傳輸技術完成支付則會更加安全和便捷。“NFC需要在安全設置上花很大一部分精力，而如果使用以人為中心的網絡的話，只要在手機里預存銀行卡信息和密碼，點擊一下觸摸屏，整個安全認證就能傳過去了，這就降低了安全認證的難度。”愛立信中國市場與戰略部市場經理田清鶴介紹說，“而且你不通過我本人，是無法進行安全驗證的，所以支付也會變得更加安全。”
在醫療領域，人體傳輸技術同樣大有可為。田清鶴向記者描繪了這樣一幅圖景：目前的胃鏡檢查需要將裝有攝像頭的光導纖維通過食道插入患者的胃中，整個過程十分難受。但是未來隨著人體傳輸技術的進步，只需在一片藥片中植入微型的攝像頭，再讓患者吞咽下去就可以獲取體內的影像。
“我們提出來（Connected Me），是為了給業界提供一些思考。”田清鶴說，而更多創新的應用場景還需要愛立信在產業鏈上的伙伴共同推動。
對于愛立信而言，當務之急是讓市場進一步接受這種技術，雖然人體傳輸技術已經有近20年的歷史，但是它究竟會在未來什么時候爆發，誰也說不好，而在這之前，所有押寶這項技術的廠商們還需要繼續苦苦等待。
Connected Me這個名字背后其實也蘊含著愛立信的產品邏輯，那就是要打造以人為中心的社會網絡。
隨著移動終端的普及和家用電器的智能化，設備間的連接需求正變得愈來愈多，比如在家中正在PC上閱讀資料，但是突然需要外出，此時PC與手機的同步就變得格外重要，云計算的應運而生解決了部分問題，但是將個人信息上傳至企業的云端，這意味著用戶在享受便利的同時也將個人的部分隱私權利讓渡給了企業，用戶不得不承擔隱私泄露的風險。
而以Connected Me為代表的人體傳輸技術則體現出了與云計算完全不同的技術邏輯：個人依舊是信息的主宰，設備間的互聯由用戶自己主導，自始至終，信息傳輸的主動權都牢牢掌握在用戶自己的手中。
雖然業內的IT廠商都在主推云計算的概念，但是隨著隱私問題的不斷凸顯，人體傳輸技術能夠后來居上也未可知。將來的某一天，人體傳輸或許能夠發展成為與云計算并行不悖的另一條道路，正如今天蘋果與谷歌在封閉和開放路線上的選擇一樣。
雖然目前的Connected Me還只是demo版本，但是愛立信已經為它的大規模普及做好了準備。
田清鶴告訴記者，Connected Me的部署成本很低，所有的電子元件都可以在市場上輕松獲得，而且，其傳輸速率已經與wifi相差無幾，能夠應對用戶的各種需求。所以，目前萬事俱備，只欠東風。
科幻電影情節變為現實
在007系列電影中，邦德多次遙控他那經過改裝的汽車幫他脫險。曾經，這種電影中的科幻情景讓我們贊嘆不已，如今這種技術已經變為現實，實現它的就是“藍牙”。用手機給身旁好友的手機傳送音樂，通過藍牙無線耳機暢聽高品質的音樂，擺脫束縛懶在床上使用無線鍵盤和鼠標上網看電影，LG公司甚至還推出了基于藍牙技術的家庭影院，“有車一族”現在普遍使用的GPS導航系統使用的也有藍牙技術。Windows Vista給藍牙的應用也提供了一方新天地，你可以使用藍牙遙控器在房間的各個角落操作電腦……
藍牙，沒你想的那么復雜
藍牙（Bluetooth）是一種近距離無線電通信技術，由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝等公司于1998年聯合推出。它可以擺脫錯綜復雜的電纜，將各種通信設備、計算機甚至家用電器等在一定距離范圍內采用無線方式連接起來，實現數據傳送和語音通信。藍牙技術功能強大、耗電量低、成本低廉，難怪很快就風靡全球。
藍牙技術連連看
藍牙相關產品上標注的字母和數字代表什么意思呢？
目前，藍牙主要分為1.1、1.2和2.0三個版本，前兩個版本的數據傳輸速率較低（約為748~810kbps），而2.0版則大幅提升了數據傳輸速率（約為1.8Mbps~2.1Mbps）。近兩年的手機上很多也標注支持EDR和A2DP。EDR（增強速率）大大提高了數據傳輸速率，還可充分利用帶寬優勢同時連接多個藍牙設備。A2DP（增強語音傳輸協議）能夠讓兩個支持藍牙音效傳輸的裝置互相連接，輸出高質量的立體聲音樂。
藍牙按傳輸距離又分為Class 1、Class 2和Class 3。Class 1多用在商業用途，傳輸距離大約在100米左右，后兩者則多用于個人產品，Class 2傳輸距離大約在8-30米之間，Class 3則僅為2-3米。目前，常見的藍牙設備的傳輸距離一般在10米以內。
為了方便用戶識別和購買，SIG（藍牙特別興趣組織）推出了全球統一的藍牙設備標示（國內很多設備還沒有標注，見下表）。
自己動手
享受快樂無線生活
免費的藍牙音箱
無需購買昂貴的藍牙音箱，你只需要一個基于BROADCOM芯片的藍牙適配器，并在電腦上安裝和設置好WIDCOM的藍牙軟件，就可以使用手機上的音樂播放軟件的“經藍牙播放”功能，通過音箱來享受音樂了。
手機也能遙控電腦
一款名為“Bluetooth Remote Control”的小軟件（下載地址：）讓你輕松把藍牙手機變成電腦遙控器。軟件分為電腦服務器端和手機Java客戶端，可以適用于支持Java的大部分手機。
還有很多有趣的藍牙應用軟件，帶給你更多的無線生活樂趣，自己去多多挖掘吧。
小知識：藍牙和紅外線傳輸技術的區別
采用紅外線傳輸（IrDA）時發送和接收設備必須互相對準，傳輸距離一般為1米以內。而藍牙傳輸則打破了這種局限，發送和接收設備無須互相對準，只要在10米的無障礙范圍內數據都可以正常傳送。
藍牙是一種短程無線鏈路技術。作為一種纜線替代技術，藍牙在消費電子設備之間傳輸語音和數據，如移動電話、PC和PDA設備等。由于藍牙應用于電池驅動的小型設備，并且具有短程無線鏈路的特點，因此功耗一直是該技術關注的問題。
藍牙技術
藍牙運行的工業、科學和醫學(ISM)頻帶范圍為2.4~2.4835GHz。由于這個頻帶是開放的，因此有許多其它的無線鏈路標準也使用這個頻帶，如802.11Wi-Fi和DECT無繩電話。因為非常類似，這些設備之間可能造成相互的干擾，從而影響藍牙鏈路的質量。
藍牙鏈路的范圍取決于無線設備的功率。一級設備的連接范圍是100米，二級設備為10米，三級設備為1米以內。
藍牙技術的標準數據傳輸速率高達每秒1Mbit/s，真正吞吐量為每秒723千比特。數據被藍牙堆棧劃分為數據包，并通過兩個鏈路中的其中一個進行發送。此鏈路是通過SCO(SynchronousConnectionOrientedChannels)利用預留帶寬進行實時傳輸(包括語音包)的；或通過ACL(AsynchronousConnectionlessChannels)進行數據傳輸和再傳輸。一個藍牙設備由硬件、固件和軟件三部分組成。
圖1顯示的是一個典型的分層藍牙規格協議棧。除了主機控制接口(HCI)、邏輯鏈路控制及適配協議(L2CAP)、RFCOMM和服務發現協議(SDP)之外，該藍牙規格協議棧還具有無線電、基帶和鏈路管理協議。
干擾：挑戰設計
由于藍牙使用的ISM射頻是開放的，因此許多其它的無線標準也利用ISM頻帶，其中比較有影響力的標準包括802.11b/gWi-Fi。除了因為與其它無線標準共存而產生的挑戰之外，藍牙通訊鏈路還可能受到其它家用設備的影響，如微波爐。這些家用設備在運行的同時輻射出射頻能量，由于成本和技術上的限制，不可避免地這些設備會散發出相當程度的幅射。
盡管受到環境射頻的干擾，藍牙在頻率沖突方面的主要挑戰還是來自于802.11b/gWi-Fi。這兩種技術都在ISM頻帶范圍內運行，以數據包的形式發送數據。在過去五年中，WiFi和藍牙都廣泛受到消費者的歡迎，越來越多的家庭開始使用藍牙產品和無線LAN網絡。因為這兩種技術非常類似，所以共存是一個首先需要考慮的問題。實際上，許多機制已經被采用，以便解決相互間的干擾問題。
為了降低某個ISM頻帶區域內傳輸的功率總量，藍牙和Wi-Fi不得不采用各種數據傳輸擴頻技術。藍牙采用跳頻技術(FHSS)，在相對較窄的1MHz帶寬范圍內傳輸數據包。這樣，在該帶寬提供的79個信道范圍內，窄帶信號的頻率變為每秒1,600跳。通過圍繞頻譜頻繁跳動，使信號功率充滿了整個頻帶。
發生一般性干擾時，數據包的接收可能被中斷，因為藍牙和802.11b/g信號發生疊加，造成記錄錯誤。附近的天線可能對第二個系統的運行造成前端過荷干擾。但是，這種干擾要求具備較強的干擾信號，所以較一般性干擾來說是一種不常見的干擾。
自適應跳頻技術(AFH)
自適應跳頻技術(AFH)是解決一般性干擾的有效途徑。AFH可以識別“壞”信道。在這些信道上，要么有其它無線設備干擾藍牙信號，要么藍牙信號干擾了其它的設備。具備AFH技術的藍牙設備與藍牙微網(Piconet)內的其它設備進行通訊，分享有關壞信道的詳細信息。這樣，這些設備就可以轉換到可用的“好”信道，遠離干擾區，不影響帶寬的使用。使用AFH技術時，壞信道的分類必須準確，并且“一般性”干擾應是唯一的干擾形式。圖2展示了有效使用AFH技術的情形。
BlueCore的默認設置通常能在大約四秒鐘的時間內適應新的來源方面的干擾。
信道跳轉使v1.1設備獲得了AFH技術的優點，但不得不犧牲藍牙帶寬以盡量減少對Wi-Fi信號的影響。即使802.11b/g此時閑置，也有高達50%的非優先藍牙通訊被終止。然而，盡管這個數字看起來很大，用戶卻常常覺察不到帶寬的變化，除非他們試圖實施某些對時間敏感的應用，如立體音頻隨選隨播。
時分多路復用(TDM)
時分多路復用(TDM)是一種應對前端過荷型干擾的手段，AFH技術無法應對這種干擾。TDM最初用于保護802.11b/g傳輸不受藍牙干擾，而不是相反的情形。其工作原理是：當ISM頻帶內運行802.11b/g時，所有藍牙傳輸都要關閉，但那些高優先級的藍牙傳輸除外。與信道跳轉一樣，這種方法犧牲了部分藍牙帶寬，這部分犧牲的帶寬與802.11b/g工作周期成比例。因此，如果802.11b/g閑置，則鏈路維護通訊可能造成帶寬下降2-3%，用戶不可能察覺到這個細微的變化。
要增強TDM的效果，就需要具備有關802.11b/g無線設備活動的準確信息。為此，CSR公司定義了WLAN_Active硬件信號，以保證當無線設備運行時，b/g信號得到保護。當需要保護藍牙信號不因802.11b/g干擾而衰退時，CSR公司開發出了BT_Priority，這是一種可選的信號，它可以指出何時正在發送或接收重要的藍牙數據包。這種信號可用于保護采用HV3數據包的SCO音頻，這種格式在單聲道耳機隨選隨播音頻數據時最為常見。Wi-Fi干擾可能阻止耳機與電話連接，還可能造成音頻質量下降，因為部分SCO數據包的傳輸被終止，并且不重新傳輸。
根據信道質量確定數據速率(CQDDR)
這個方案針對的是極端的范圍和干擾問題，其建立的基礎包括跳頻、數據包標題和有效載荷的檢錯碼、以及數據包確認收悉或再傳輸。有兩種格式的數據包，即DH和DM，分別利用高帶寬和中帶寬。DH數據包可以傳輸更多的數據，但是如果部分數據包遭到破壞，整個數據包必須重新傳輸以恢復數據。DM數據包包含前向糾錯(FER)碼，占有效載荷的三分之一：每10比特的數據就增加5比特的前向糾錯碼，每15比特的數據/FEC數據塊中可以糾正2比特的錯誤。這種數據包格式可能降低最大的數據速率，但比不包含糾錯功能的DH數據包更強大。它允許接收設備與傳輸設備進行協調，按照環境干擾情況來確定采用何種數據包格式。例如，如果某個設備確定正在接收的數據存在諸多錯誤，它就會通知傳輸設備以DM數據包的方式傳輸數據。如果鏈路恢復暢通了，它就會允許傳輸設備回轉到DH數據包。見圖4。
CQDDR只是藍牙鏈路的一個可選項，并不包括在藍牙技術規范內。因此，對于配置BlueCore的設備發送數據給沒有配置CQDDR的設備的情況，CSR公司發明出了一種算法來評估鏈路的表現，并且按照確認收悉的數據包(ACKs)和沒有確認收悉的數據包(NACKs)之間的比率來修改數據包的類型。但是，對于從一個沒有配置CQDDR的設備接受信息的情況，如果數據包受損，則BlueCore無法提供應對措施。
擴展型同步定向連接信道(eSCO)
eSCO是允許受損語音數據進行再傳輸的檢錯語音信道。每一個數據包都有一個CRC(循環冗余校驗)，這樣接收設備就可以檢查數據包是否正確接收。在接收過程中存在錯誤和丟失的數據包將得到否認。再傳輸窗口允許未經確認的數據包進行再傳輸。
1.1版SCO只能使用單槽數據包。擴展型SCO允許對同步語音或數據使用三槽數據包。這意味著擴展型SCO可以達到100kbps以上的連接速度，而1.1版的連接速度為固定的64kbps。這是因為在使用單槽數據包時鏈路容量丟失，而當無線設備改變頻率時數據包之間產生間隙。
在每個eSCO傳輸過程中，主設備傳輸一個eSCO數據包，從設備會按照SCO常規進行響應(即使沒有接收到主設備的數據包，從設備也可以進行響應)。eSCO與SCO的不同之處在于SCO存在一個再傳輸窗口。在這個窗口中，可以對未經確認的數據包進行再傳輸，直至確認收悉。eSCO傳輸的間隔是可以調整的。1.1版SCO有三種數據包間隔可供選擇，傳輸速度都是64kb/s。擴展型SCO的數據包長度和間隔在鏈路的兩個方向都是可以調整的，因此可以實現不對稱傳輸。
盡管eSCO信道不主動處理或避免干擾，受損數據包的再傳輸仍保證了其音頻質量受到其它無線設備的影響相對較小。
功耗對于藍牙技術的重要性
功耗是一個關鍵性的問題，在無線開發的競爭方面有著特別重要的作用。作為一種短程無線功耗是一個關鍵性的問題，在無線開發的競爭方面有著特別重要的作用。作為一種短程無線鏈路技術，藍牙的功耗可以降到最低水平，特別是在電腦設備這樣的應用中，藍牙設備的范圍實際上不足50cm。
藍牙較低的功耗水平使其成為移動電話和PDA這樣的小型手持設備首選的無線連接技術，這些設備依賴于電池電量，消費者也看重其電池壽命。
低功耗模式與內部時鐘
在藍牙堆棧的范圍內，最大的功耗水平源自于無線單元的活動，在僅以藍牙堆棧數字單元要求的10mA電流水平傳輸和接收數據時，無線單元的活動卻需要50mA的電流。因此，減少藍牙無線單元的活動對于降低整體的功耗水平最為有效。此外，靈活使用低功耗模式也可以進一步降低藍牙設備的功耗水平。
BlueCore芯片內的硬件時鐘可以將數字單元與無線單元隔離，這樣可以關閉無線單元，從而將芯片送入淺度或深度睡眠模式。
在淺度睡眠模式下，時鐘頻率從16MHz、10mA降低到0.125MHz、2mA(圖6)。
在深度睡眠模式下，除了1kHz自激弛張振蕩器之外，時鐘的主晶體和所有其它部分都停止工作(圖7)。
要進入深度睡眠模式，BlueCore需要有20ms時間的靜止狀態。要從深度睡眠模式下蘇醒過來，時鐘晶體需要5ms時間轉動起來，而設備需要大約20ms時間的無活動狀態。BlueCore可以通過兩種方式退出深度睡眠模式，一是通過定時鬧鐘，在下一次定時活動之前叫醒設備；二是通過PIO、UART或USB串口傳輸設備來中斷深度睡眠模式。
功耗控制方法對于降低干擾和電源耗竭的風險也很重要。如果一個藍牙設備需要與幾厘米之外的另外一個設備進行通訊，這個設備就不需要消耗與100m之外的一個設備鏈接所需要的那么多功率。BlueCore具備了這方面智能，因此，通過利用最少的電流來建立和維持無線鏈接，BlueCore可以減少功率損耗。
芯片結構
BlueCore芯片結構在保證功耗效率和低功耗方面起著關鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設計的一個例子，展示了BlueCore芯片的典型設計。自最初就設計成一個單芯片產品的BlueCore，其芯片組件特別少，減少了功率消耗，更為重要的是，BlueCore包含一個數字信號處理器基帶去取代常規的ARM處理器。藍牙的短程連接和協議堆棧意味著這個復雜而消耗功率的處理器無法執行日常的藍牙任務。此外，協議堆棧的結構使所有數據不用通過微處理器。芯片內存集線器存儲包括信息包在內的數據，而微處理器確定數據包的類型和結構。數據包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個組件的參與，因此降低了數據傳輸和處理過程的功率耗損量。
效率和低功耗方面起著關鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設計的一個例子，展示了BlueCore芯片的典型設計。自最初就設計成一個單芯片產品的BlueCore，其芯片組件特別少，減少了功率消耗，更為重要的是，BlueCore包含一個數字信號處理器基帶去取代常規的ARM處理器。藍牙的短程連接和協議堆棧意味著這個復雜而消耗功率的處理器無法執行日常的藍牙任務。此外，協議堆棧的結構使所有數據不用通過微處理器。芯片內存集線器存儲包括信息包在內的數據，而微處理器確定數據包的類型和結構。數據包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個組件的參與，因此降低了數據傳輸和處理過程的功率耗損量。
EDR藍牙
EDR藍牙的增強型數據傳輸速率也有助于降低藍牙功耗，EDR芯片被越來越多的消費產品所采用。數據傳輸速率最大增加三倍，這意味著數據包的傳輸速度快三倍，而無線單元最多在三分之一的時間內是激活的，另外設備可以利用數據包之間增加的空間進入低功耗模式，如淺度睡眠或深度睡眠。EDR藍牙的效果目前還是有限的，因為EDR產品必須采用標準數據傳輸速率與不具備EDR的v1.1或v1.2設備進行通訊。
目前所有干擾和功耗問題都已克服了嗎？
藍牙技術自推出以來，在干擾和功耗方面取得了令人難以置信的進展。我們的設計工程師們努力將BlueCore打造成最強大的、功率最高的藍牙技術產品，并不斷研發芯片結構、低功耗模式和軟件應用的新方法，以提供最好的干擾和功耗解決方案。包括自適應跳頻(AFH)、分時多路復用(TDM)、電源控制以及信道質量確定數據速率(CQDDR)在內的共存系統，使藍牙鏈路更為強大，并作為其它流行標準(如802.11b/gWi-Fi)的補充技術，改善了藍牙用戶的體驗。
效率和低功耗方面起著關鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設計的一個例子，展示了BlueCore芯片的典型設計。自最初就設計成一個單芯片產品的BlueCore，其芯片組件特別少，減少了功率消耗，更為重要的是，BlueCore包含一個數字信號處理器基帶去取代常規的ARM處理器。藍牙的短程連接和協議堆棧意味著這個復雜而消耗功率的處理器無法執行日常的藍牙任務。此外，協議堆棧的結構使所有數據不用通過微處理器。芯片內存集線器存儲包括信息包在內的數據，而微處理器確定數據包的類型和結構。數據包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個組件的參與，因此降低了數據傳輸和處理過程的功率耗損量。
EDR藍牙
EDR藍牙的增強型數據傳輸速率也有助于降低藍牙功耗，EDR芯片被越來越多的消費產品所采用。數據傳輸速率最大增加三倍，這意味著數據包的傳輸速度快三倍，而無線單元最多在三分之一的時間內是激活的，另外設備可以利用數據包之間增加的空間進入低功耗模式，如淺度睡眠或深度睡眠。EDR藍牙的效果目前還是有限的，因為EDR產品必須采用標準數據傳輸速率與不具備EDR的v1.1或v1.2設備進行通訊。
就利潤型便攜設備市場而言，UWB本身的某些因素使它無法普及和被廣泛采用。缺乏信令技術、可靠的安全性、強大的匹配能力以及功率等問題，使得UWB不適用于以電池供電的便攜式設備，面臨作為小市場技術而落后的風險。另一方面，像藍牙這樣成熟的技術可靠而且高效，能夠將UWB帶離其僅有的應用而引入便攜式設備大眾市場。正因為如此，藍牙技術聯盟(SIG)宣布將來頒布的藍牙技術規范將支持WiMedia(UWB)。本文著重討論整合這兩種無線技術所存在的各種挑戰。
盡管有所不同，藍牙和UWB是兩種非常互補的技術。藍牙一直以來提供低速率的數據傳輸，不過其成本和功耗很低。藍牙V2.0+EDR(增強型數據速率)當前最大的應用速率為3Mbit／s，同時在激活狀態下的功耗為25mA、在閑置狀態下的功耗僅為幾個微安。UWB在激活狀態下功耗達到藍牙的20倍，但提供的數據速率高達480Mbit／s，能夠滿足日益增長的大量數據應用需求。相對于藍牙來說，UWB的每比特功耗較低，使數據能夠迅速傳輸。但是，UWB僅在3米范圍內有效，而藍牙的有效范圍超過100米。
至此我們知道，這兩種技術有著非常不同的特點：UWB有效范圍較小，但數據傳輸速率高，功率要求也高；而藍牙有效范圍較大，功率要求非常低，但數據傳輸速率差強人意。于是，通過整合藍牙和UWB，設備制造商便能夠通過“單一”的無線解決方案，實現低功耗、低成本和高數據速率傳輸，這些是通過一種技術無法實現的。
藍牙技術：促進者
藍牙技術已經成為當今各種便攜式設備的重要通訊連接，最初用于包括移動電話耳機在內的各種音頻應用，在這方面藍牙因其固有的低功耗性能而勝人一籌。不過，通訊協議包含的應用更為廣泛。圖1顯示的是藍牙堆棧與ISO OSI堆棧的比較。盡管在分層和結構方面有著重大的差異，藍牙技術的較低層和ISO的實例是相似的。這個實例顯示，WiMedia UWB技術目前還沒有超越最低層。
按照如今的標準來衡量的話，藍牙技術的速率也很低。Wi-Fi和802.11的標準正在開發中，這兩個標準將使藍牙技術的速率超越120Mbit／s。目前，藍牙設備的最高速率為3Mbit／s。這個速率對于音頻流來說已算不錯，但對于視頻等數據型應用還是不夠的。
藍牙與WiMedia的聯合
藍牙技術聯盟沒有放棄現有的藍牙技術以及近十億部配有藍牙裝置的設備，相反，目前它正在采用WiMedia(UWB)作為附加界面。這兩項技術的結合，可實現比從前單獨使用時更好的儲能效果，同時也為WiMedia提供了一個應用基礎。
目前正在開發的方法是：藍牙技術作為控制信道，利用其低功率的關聯機制建立應用連接，只有當設備需要發送大量數據時才開啟UWB，待傳輸完成后再將其關閉。有關這兩種技術之間如何配合的細節問題仍在研究中。總的來說，藍牙將在物理層建立連接。然后，確定并向上層報告普通UWB設備的性能。當同時建立低速和高速信道，藍牙的業務發現功能將決定是否執行所要求的終端用戶功能(或應用)。藍牙應用框架還將定義應用的數據路徑，或者由一種獨立于應用之外的機制來確定最佳數據路徑。此時，UWB作為一個高速通道，在需要的時候打開，不用時關閉。這是最具成本效益的執行方法，使低速藍牙鏈路能夠盡可能長時間地保持設備之間的連接。
圖2的協議堆棧顯示，數據路徑因應用需求不同而略有區別。目前包括移動電話耳機在內的音頻應用不需要UWB的速率，這些應用還將繼續采用功耗很低的V2.0+EDR甚至更早的藍牙版本。數據路徑用兩個箭頭表示：細箭頭表示低數據速率應用，而粗箭頭表示新型大數據量的應用。不管怎樣，提供命令和控制信息的數據包總是通過藍牙連接來傳輸。
藍牙+UWB架構
UWB的最大不同之處在于它傳輸數據的信號水平比“噪聲層”(即正常背景噪聲)低得多。在無法覺察的信號層中傳輸數據比較便捷，而在這樣的層中正確接收信息卻很困難。這就需要UWB中先進的接收器在這樣低的信號水平來探測信號。
在傳輸過程中，UWB技術提供令人難以置信的低功耗和高速率，支持數百個同步信道，并有全球實施的潛力。這是因為UWB信號不與傳統的RF載波相互干擾，因此不存在共存的問題。盡管UWB信號在技術有效范圍之外難于探測，但是當UWB技術與藍牙技術整合之后，卻能有所增值。消費品制造商將能夠充分利用藍牙的互操作性，這是無線技術獲得成功的基礎。
UWB技術如何移植到藍牙架構上。藍色箭頭顯示的是當前提供給用戶的數據路徑。標注“藍牙v1.2”的箭頭是原始的1Mbit／s鏈路，而標注“藍牙v2.0”的箭頭表示增強型數據速率(EDR)3Mbit／s。綠色箭頭顯示的是UWB鏈路中的建議數據路徑。大多數藍牙堆棧都被利用，只有現有2.4GHz專用的部分被設為旁路。
中間層一如OBEX(對象交換協議)、BNEP(藍牙網絡封裝協議――TCP／IP適配層)和A／V(音頻視頻支持)一無須知道可以提供480Mbit／s的鏈路。他們只知道服務質量(QOS)請求中可提供更好的效能。
這些QoS請求是藍牙UWB系統如何確定使用哪個鏈路的關鍵。UWB技術的每比特功耗極低，但待機功耗相對較高。這就意味著必須做出選擇。如果需要大量的數據，如直播視頻，那么UWB鏈路就能夠充分利用便攜式設備有限的電池使用時間。而如果需要交換的數據只是某次會議的一組商務名片，那么Qos參數將表示只有少量對時間要求不高的數據需要交換：在這種情況下，UWB甚至無須打開。
這個過程中的上部還有一個標為SDP的方框――服務發現應用架構。藍牙技術的本地設備使便攜式藍牙設備能夠明確知道它與其他藍牙設備間實現怎樣的功能和通訊。當各設備間完成連接后，正是這個設備用來確定UWB的可用性。
當省電性能變得不太重要時，這個藍牙架構還支持被用來認證無線USB、無線1394或WiMedia WiNet協議的UWB。開關該功能在藍牙控制范圍之外進行，并且必須在UWB執行過程中進行。
整合了UWB技術的新版藍牙將使用戶能夠對大量數據同速進行和傳輸，并使便攜式設備能夠實現更多先進的視頻和音頻應用。在藍牙技術規范下，UWB技術在10米的有效范圍內速率可達到480Mbit／s，行業研究顯示該效能超過了許多應用中最高要求的200Mbit／s。將MP3播放器或高畫質數碼相機的同速進行即是此技術的應用實例。這就為擴展各種應用保留了很大的空間。
藍牙是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等之間進行無線信息交換。藍牙技術的特點可歸納為如下幾點： 全球范圍適用、同時可傳輸語音和數據、可以建立臨時性的對等連接（Ad-hoc Connection）、具有很好的抗干擾能力、藍牙模塊體積很小、便于集成、低功耗、開放的接口標準、成本低。
最近在智能家居領域我們看到不少藍牙的身影。相對于WiFi近年如火如荼覆蓋大江南北的勢頭，藍牙似乎顯得有些落寞。其實大概在四五年前，WiFi 遠沒現在普及，藍牙依舊是手機之間文件傳輸的主要方式。記得當年在諾基亞S60時代，用藍牙跟朋友之間傳輸一張照片、一首音樂是非常常見的事，而且藍牙本身傳輸速度也很快，使用起來也比較方便，基本上不受環境影響，只要兩部設備具有藍牙功能即可連接，所以被人們廣泛使用。
如今，支持藍牙的設備隨處可見。事實上，藍牙是生活中常見的一種重要通訊方式，相對于ZigBee、Z-wave、WiFi等技術在智能家居中“露面”較少而言，藍牙也是無線智能家居的一種主流通訊技術。藍牙技術得到了廣泛的應用，集成該技術的產品包括手機、電腦、耳機、音箱、汽車、醫療設備等等。
眾所周知，藍牙是一種點對點的通訊方式，支持設備短距離通信的無線電技術，能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與 Internet之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。基于藍牙技術的智能家居的設計方案，利用該解決方案可以使數據采集和家庭安防監控靈活方便，擺脫了布線系統的束縛，同時藍牙的跳頻技術在一定程度上提高了系統的抗干擾能力。
除此之外，藍牙設備體積小、易于攜帶，所以，在智能家居領域，藍牙技術比較適合一些近距離私人使用的設備，如智能手環、智能手表、智能秤等。
與物聯傳感等主流智能家居企業與采用的ZigBee等技術不同，藍牙技術明顯更擅長于“單打獨斗”的小設備。藍牙技術可直接置入體積較小的智能家居設備，特別是在安全性、能耗等方面提升之后，它也被用于不少智能家居單品。
另外，對于智能家居來說，藍牙技術與其他無線充電方案最大的不同就是它能夠進行身份識別。舉個例子，當你走進一家咖啡館，將手機放在桌子上的無線充電設備充電時，咖啡館的系統能夠通過你的藍牙ID判別這是誰的手機、在哪個座位上。這意味著，無需離開座位，你就能用手機完成點單和支付。
當然，Bluetooth smart也并非是完美無缺的――雖然它的傳輸距離可以達到60米，但前提是芯片廠商提供了足夠的支持，例如，對手手機設備而言，其距離基本被限制在10 米～30米以內。此外，如果數據量較大，Bluetooth Smart的傳輸效率就顯得有些拖沓，需要耗費較長的時間。其他還有比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，泄密事件非常普遍，無法實現真正的“漫游”，沒有網絡自愈功能，對于以無線網絡為基本的智能家居來說會大大降低設備運作效率，并且藍牙抗干擾能力差。另外，由于其傳輸距離較短，所網絡承載能力相對低，新標準的組網規模一般不能超過300個，所以并不適合組建龐大的家庭網絡。這都是接下來需要解決的問題。
關鍵詞：藍牙 室內無線定位 定位技術
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00
目前，世界范圍內主要的定位方式就是無線定位技術，其多用于導航及交通和工程或是搶險救災中。利用衛星進行精確定位已發展成熟，不過無線通信系統定位也發展飛速，其價廉且靈活，近年被廣泛應用于各大場合。藍牙是無線技術中的一種，其功耗低且應用便捷，藍牙2.0協議的提出，充分提升了該技術數據傳輸速率及功耗和誤碼率等。本文就藍牙技術于室內無線定位系統中的技術實現進行了深層分析，并提出實用性技術實現策略。
1室內定位技術
1.1室內定位技術概論
室內定位，即于室內環境中來實現位置定位，多使用無線通訊及基站定位和慣導定位等技術，將多種技術集為一體以實現整套室內位置定位系統，達到人員及物體等室內空間位置的嚴密監控。
1.2無線定位原理
通常兩條及兩條以上的直線/曲線能夠確定二維平面中的點，同時應確定點坐標與已知坐標空間距離關系，這則主要是到達時間法及到達時間差法和到達角度發與信號強度法，具體來講，其間到達時間法定位主要是測定待定位節點及已知不少于3個信標節點間的信號到達時間，將其乘以信號速度而得到待定位節點及各個信標點距離，再將信標節點作為圓心，所得距離值作為半徑做圓，圓交點則為待定位節點坐標；到達時間差法是使用到達時間法中對應信標節點及其待定位節點時間同步務必嚴格要求，這時應增加硬件而使成本提升，所以使用達到時間差法，此類方式對信標節點及待定位節點時間同步要求并不嚴格，因其定位系統較為簡單而被廣泛應用；到達角度法定位原理主要是待定位節點發射無線信號給信標節點，利用信標節點天線來測定信號到達的角度，從而確定待定位節點及信標節點的夾角，再利用幾何原理算出待定位節點坐標，二維空間中則應測定不少于兩個的信號以至信號到達角度，取其直線方向交點，這時則可獲得待定位節點坐標。該方式定位精確度偏低，主要改善方式是利用天線陣列且按照已知陣元的排列關系，再利用諸多AOA信息進行定位，以此提升定位精確度；信號強度法主要是利用信號接收端測量所接受到的功率，再利用傳播損耗模型公式計算節點之間的距離，測量待定位節點及不少于3個信標節點之間的距離解算信標節點位置坐標。
2藍牙室內無線定位系統
藍牙技術屬于短距離無線通信技術，是利用無線連接把固定及移動的信息設備構成個人局域網，從而使得設備之間低成本無線互連通信的實現。本文分析了基于藍牙技術的室內無線定位，用Blue Core4芯片作為主要研究對象，設計構建藍牙室內定位系統，應用協議為藍牙串口。如圖1所示，Blue Core4芯片系統結構簡視圖。
圖1 Blue Core4芯片系統結構簡視圖
2.1藍牙技術
藍牙技術屬于低功耗無線技術，2.0協議使得藍牙技術數據傳輸速率及功耗和誤碼率均有所提升。藍牙技術可于任何地方隨時利用無線接口替代有線電纜實現鏈接，其具備極強的移植性，多用于各類通訊場景下，并且藍牙技術功耗低。藍牙設備所搜尋到的另一藍牙設備，則即刻可進行連接，并不需要進行對應設置，往往無線電環境越復雜則藍牙技術優勢更為顯著。
2.2藍牙Core4芯片技術分析
藍牙Core4芯片屬于第四代藍牙芯片，此芯片滿足SIG最新加強數據傳輸率的各項規范。藍牙Core4芯片數據傳輸率快，是現有藍牙裝置的3倍，利用藍牙移動電話及手機耗電量小，很快就實現了批量生產。傳輸率的提高則表明該技術對特定量數據快速展開工作，這樣也可有效降低耗電量。再者是信息包有效負荷可傳輸更多比特，藍牙Core4芯片可充分與各類藍牙裝置兼容，其對應信息包定時及結構均是統一的，傳輸頻譜特征并未有所改變。藍牙Core4芯片具體提供方式為外部內存及掩模ROM。
3藍牙室內無線定位系統技術實現
3.1藍牙串口應用特征
藍牙串口應用時對應使用授權及鑒權與加密等均可自選擇，這些均屬安全性特征的支持，鑒權及加密為關鍵支持。應用安全特征連接建立階段可執行設備匹配，建立模擬串行電纜連接應執行各項服務發現過程。采用RFCOMM傳輸數據，解調器控制信號調制，同時有效配置各方面命令。
3.2接入點程序實現
藍牙串口應用協議實現主要是：第一步，完成PIO初始化，配置控制PIO的對應任務函數；第二步，配置藍牙串口應用任務處理函數，初始化藍牙串口應用類設備，同時初始化RFCOMM通道編號，設置藍牙串口應用優先級，設置藍牙串口應用狀態，初始化藍牙串口應用儲存空間，設置藍牙串口應用協議返回客服端任務；第三步，藍牙協議堆棧，配置處理連接任務，合理初始化多點傳輸管理；第四步，注冊此設備安全模式，記錄此設備屬性，改變此設備狀態以進入查詢模式狀態；第五步，建立連接，搜尋到設備之后就得到另一藍牙地址，各個設備藍牙地址均是唯一獨立的；第六步，讀取RSSI值，構建連接之后則利用函數調用讀取RSSI值，同時估計發射設備及接收設備的距離，通常返回值應是8位整型，-128～127范圍之內的某個值。如圖2所示，接入點程序實現簡視圖。
圖2 接入點程序實現簡視圖
4結語
隨著科學技術水平的不斷提升，室內無線定位技術被廣泛應用于各類大型場合，不過此項技術于國內發展并不是十分快速，這也使得諸多研究方案未能真正發揮其價值，所以關于室內無線定位方面的知識普及，對室內無線定位技術發展及其研究空間的擴大有著極大現實意義，以便將其服務于社會大眾。本文基于藍牙Core4芯片對藍牙室內無線定位系統技術實現進行了深層分析，詳細分析藍牙串口應用服務程序編寫及調試，分析其接入點程序實現，以期提升人們生活便捷度，促進國內藍牙室內無線定位系統技術水平提升。
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【關鍵詞】藍牙（Bluetooth）；近距離無線通信
1.藍牙的起源與發展
藍牙是1998年5月由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞共同提出的一種近距離無線數據通訊的技術標準，這是一種支持設備短距離通信的無線電技術。利用該技術可以有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網之間的通信，使數據的傳輸變得更加迅速、高效。
藍牙的支持者從最初的五家企業發起的藍牙特別興趣小組（SIG）發展到現在近3000個企業成員。藍牙從實驗室進入市場要經過三個階段：
第一階段（2001年底到2002底）：藍牙產品作為附件應用于移動性較大的高端產品（如移動電話耳機、筆記本電腦插卡或PC卡等）中，或應用于只要求性能和功能且對價格無要求的特殊場合。
第二階段（2002年到2005年）：藍牙產品嵌入中高檔產品中，如PDA、移動電話、PC、筆記本電腦等。藍牙的價格進一步下降，估計其芯片價格在10美元左右，而有關的測試和認證工作也初步完善。
第三階段（2005年以后）：藍牙進入家用電器、數碼相機及其他各種電子產品中，藍牙網絡隨處可見，藍牙應用開始普及，藍牙產品的價格在2美元～5美元之間，每人都可能擁有2-3個藍牙產品。
2.藍牙技術的工作原理
2.1建立連接
在微微網建立之前，所有設備都處于就緒狀態。在該狀態下，未連接的設備每隔1.28s監聽一次消息，設備一旦被喚醒，就在預先設定的32個跳頻頻率上監聽信息。跳頻數目因地區而異，但32個跳頻頻率為絕大多數國家所采用。連接進程由主設備初始化。如果一個設備的地址已知，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。在微微網中，無數據傳輸的設備轉入節能工作狀態。主設備可將從設備設置為保持方式，此時，只有內部定時器工作；從設備也可以要求轉入保持方式。設備由保持方式轉出后，可以立即恢復數據傳輸。連接幾個微微網或管理低功耗器件時，常使用保持方式。監聽方式和休眠方式是另外兩種低功耗工作基帶技術支持兩種連接方式：主要用于語音傳輸的面向連接（SCO）方式；主要用于分組數據傳輸的無連接（ACL）方式。
2.2差錯控制
基帶控制器采用3種檢錯糾錯方式：1/3前向糾錯編碼（FEC）；2/3前向糾錯編碼；自動請求重傳（ARQ）。
2.3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，有時也無需認證。認證對任何一個藍牙系統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備，例如只有用戶自己的筆記本電腦才可以通過自己的手機進行通信。設置藍牙安全機制的目的在于提供適當級別的保護。
2.4軟件結構
藍牙設備具有互操作性。對于某些設備，從無線電兼容模塊、空中接口，直到應用層協議、對象交換格式都要實現互操作性；對另外一些設備（如頭戴式設備等）的要求則要寬松得多。藍牙計劃的目標就是要確保任何帶有藍牙標記的設備都能進行互換性操作。軟件的互操作性始于鏈路級協議的多路傳輸、設備和服務的發現、以及分組的分段和重組。藍牙設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。互操作性要求采用相同的應用層協議棧。不同類型的藍牙設備對兼容性有不同的要求，用戶不能奢望頭戴式設備內含有地址簿。藍牙的兼容性是指它具有無線電兼容性，有語音收發能力及發現其它藍牙設備的能力，更多的功能則要由手機、手持設備及筆記本電腦來完成。為實現這些功能，藍牙軟件構架將利用現有的規范，如OBEX、HID（人性化接口設備）、vCard/vCalendar及TCP/IP等，而不是再去開發新的規范。設備的兼容性要求能夠適應藍牙規范和現有的協議組成部分，它允許用戶自行添加可信任的藍牙設備，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。
3.藍牙通訊技術的特點
4.藍牙技術在日常生活中的應用
通過以下藍牙連接，我們可以從家庭辦公的線路束縛中解脫出來：
（1）保持計算機、電話及PDA上的聯系人、日歷和信息同步。
（2）從計算機向打印機無線發送文件。
（3）將計算機無線連接至鼠標和鍵盤，免去了桌上一堆的雜亂電線。
（4）通過連接手機至揚聲器召開免提電話會議。
（5）從拍照手機向打印機發送圖片，并進行打印。
（6）通過無線立體聲耳機收聽從家庭音響或其它類似音頻設備傳送的流音樂。
（7）通過藍牙連接從膝上型計算機或手機向媒體查看器發送圖片，在電視上查看數碼照片。
（8）在無線立體聲系統內，基站可以通過藍牙連接向無線揚聲器流傳輸音頻。
（9）在進行日常活動時，使用連接至手機或固定電話的無線耳機，就可以隨意接聽來電。
（10）在家時，可以使用連接至陸線CTP電話的手機，以節省話費。
5.結束語
藍牙技術產品與因特網Internet之間的通信，使得家庭和辦公室的設備不需要電纜也能夠實現互通互聯，大大提高辦公和通信效率。因此， “藍牙”將成為無線通信領域的新寵，將為廣大用戶提供極大的方便而受到青睞。藍牙技術對我國的信息化建設來說，既是機遇也是挑戰。我們衷心希望具有我國自主知識產權的藍牙產品早日投入市場，也希望有更多有識之士關注和支持我國藍牙技術的發展，也許在不久的將來，人們會驚奇地發現我們的工作與生活都在逐漸變藍。 [科]
【參考文獻】
[1]超低功耗（ULP）藍牙技術規范解析[M].國防工業出版社，2010.
1 引言
藍牙（Bluetooth ）是一種低成本、短距離的無線連接技術標準。它是由愛立信（Ericsson ) ，國際商用機器（IBM ) ，英特爾( Intel ) ，諾基亞（Nokia ）和東芝（Toshiba ) 5 家公司共同倡導的一種全球無線技術標準。其目的就是將智能移動電話與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數字信息的外部設備用無線方式連接起來。目前，無線連接飛速普及、大受歡迎，藍牙技術的廣泛應用對無線移動數據通信將起到巨大的促進作用。
2 藍牙無線頻段的選擇和抗干擾
藍牙技術采用2400～2483.5MHz 的ISM （工業、科學和醫學）頻段，這是因為：
( l ）該頻段內沒有其它系統的信號干擾，同時頻段向公眾開放，無須特許；
( 2 ）該頻段在全球范圍內有效。
此時，抗干擾問題便變得非常重要。因為2400～2483.5MHz ISM 頻段為開放頻段，使用其中的任何頻段都會遇到不可預測的干擾源（如某些家用電器、無繩電話和汽車開門器等），此外，對外部干擾源和其它藍牙設備的干擾也應作充分估計。
抗干擾方法分為避免干擾和抑制干擾。避免干擾可通過降低各通信單元的信號發射電平來達到；抑制干擾則通過編碼或直接序列擴頻來實現。然而，在不同的無線環境下，專用系統的干擾和有用信號的動態范圍變化極大。在超過50dB 的遠近比和不同環境功率差異的情況下，要達到1Mb/s 以上速率，僅靠編碼和處理增益是不夠的。相反，由于信號可在沒有干擾時（或干擾低時）發送，故避免干擾更容易一些。若采用時間避免干擾法，當遇到時域脈沖干擾時，發送的信號將會中止。另一方面，大部分無線系統是帶寬受限的，而在2.45 GHZ 頻段上，系統帶寬為80MHz，可找到一段無明顯干擾的頻譜，同時利用頻域濾波器對無線頻帶其余頻譜進行抑制，以達到理想效果。因此，以頻域避免干擾法更為可行。
3 藍牙基帶協議中的可靠性措施
藍牙基帶協議把保證藍牙無線連接的可靠性放在了至關重要的位置上，確保匹克網內各藍牙設備之間由射頻構成可靠的物理連接。實際上，為了提高藍牙無線連接的可靠性，以較小的開銷有效地降低誤碼率、切實提高藍牙無線連接的可靠性，藍牙基帶協議中定義了一系列提高藍牙無線連接可靠性的措施，主要包括：差錯檢測和校正、進行數據編解碼、差錯控制、數據加噪等。下面，我們對這些可靠性措施一一進行闡述：
3.1 藍牙基帶協議中的差錯控制方案
在藍牙基帶協議中采用的差錯控制方案有：1/3 比例前向糾錯碼（FEC)；2/3比例前向糾錯碼（FEC)；數據的自動重傳請求（ARQ, Automatic Repeat Request）方案。
其中，FEC（前向糾錯）的目的是為了減少數據載荷重發的次數，使用FEC碼，檢錯、糾錯以及編解碼的過程變得簡單迅速，這對RX 和TX 間的有限處理時間非常重要。但是，采用FEC的缺點是還是會降低實際數據傳輸速率。所以，在糾錯要求不高的環境中，可以不采用FEC。藍牙規范基帶協議中的分組的定義對于在有效載荷中是否采用FEC 給出了相當的靈活度，由此而定義了ACL鏈接中使用的DM 和DH分組以及SCO鏈接中使用的HV分組。分組頭通常采用1/3比例前向糾錯碼保護，它含有很重要的鏈接信息，能夠容忍多位錯誤。
3.1.1 1/3 比例前向糾錯碼（FEC)
在這種3位重復方案中，分組頭中的每一位都重復三次。主要用來屏蔽頭中的錯誤，因為分組頭中包含有重要的連接信息。實際上在整個分組頭里都采用了三位重復碼。在這種3 位重復方案中，重復碼大部分在接收端判決，既可用于數據包頭，也可用于SCO鏈接的分組。例如，在SCO鏈接中使用的HV1分組里的話音段中也采用了這種編碼格式。
3.1.2 2/3比例前向糾錯碼（FEC)
在這一方案中，采用了一種（15, 10）精簡的（縮短的）漢明碼表示方式。每10個信息位被編碼為15位的碼字，生成多項式為：g（D）= (D+1) (D4+D+1)。此類錯誤校正方法主要用來以最可靠的方式來發送數據分組。該方案能夠在各代碼字中糾正所有奇數位錯和檢測所有偶數位錯，誤碼檢測用于數據糾錯。它既可用于SCO鏈接的同步分組，也可用于ACL 鏈接的異步分組。具體而言，2/3比例前向糾錯碼可用于DM分組、DV分組中的數據段、FHS 分組以及SCO鏈接中使用的HV2分組中。由于編碼器采用長度為10 的信息段，所以值為O的尾位可附加在CRC位之后。而所有需要編碼的位數（即：有效載荷頭、用戶數據、CRC和尾部數位）必須是10 的整倍數。通常是用線性反饋移位寄存器LFSR來生成2/3比例前向糾錯碼。
3.1.3 自動重傳請求（ARQ）
在藍牙無線連接中，為了保證可靠傳送，常用做法是采用自動重傳請求（ARQ）方案，由接收方發回特殊的控制幀，作為對輸人肯定或否定性的確認（ACK/NACK)。如果出現丟幀或丟掉確認消息的情況，則計時器在超時后會發出超時信號，提醒發送方可能出現了問題，必須重傳此幀。而且收方必須能夠辨別收到的是重復幀還是新幀。
在藍牙采用的ARQ方案中，藍牙的DM、DH和DV分組的數據段可以進行傳輸或重發，直到收端返回成功接收確認信息（或超時）為止。該確認信息包含在返回分組頭里，即捎帶( Piggy backing) 。為了確定有效載荷正確與否，循環冗余校驗碼應該加載于有效載荷中。ARQ方案只工作在分組的有效載荷上（僅針對具有CRC的有效載荷）。分組頭和話音有效載荷不受ARQ 保護。
藍牙使用快速、無編號確認方案。為了應答前次接收分組，應返回ACK (ARQN=1）或NAK (ARQN=0)。在返回分組的分組頭里，生成ACK / NACK 域，同時，接收分組的分組頭中的ACK / NACK域可表明前面的負載是否正確接收，決定是否需要重發或發送下一個分組。從單元將在主-從時隙后緊跟在從-主時隙中進行應答。主單元則將在下一個事件中應答，該事件將給出同一從單元地址。由于處理時間短，當分組接收時，解碼選擇在空閑時間進行，并要簡化FEC編碼結構，以加快處理速度。快速ARQ方案與停止等待ARQ方案相似，但時延最小，實際上沒有由ARQ方案引起的附加時延。該結構比退后n幀ARQ更有效，并與選擇重傳ARQ 效率相同，但由于只有失效的分組被重發，可減少開銷。
在快速ARQ方案中，收方為了辨別是重復幀還是新幀（即過濾重傳數據），頭部將附加SEQN位。通常，每次新的CRC數據有效載荷傳輸，SEQN位將交替變化。而在重傳中，SEQN位不發生變化。這樣，通過辨認SEQN位是否發生變化，收方即可辨別出是重復幀還是新幀。
3.2 藍牙基帶協議中的錯誤校驗
在藍牙無線連接中，至少應該對HEC進行分組頭校驗。另外，必要時其有效載荷也必須進行CRC校驗。使用分組頭HEC信息和有效載荷中的CRC信息，可以檢測分組錯誤和傳輸錯誤。
3.2.1 分組頭HEC檢測
為了檢測藍牙分組頭，每個分組頭的最高8位定義為HEC ( Header-Error-Check，頭部錯誤檢測）信息。HEC由多項式647（八進制數）生成，在生成HEC之前，HEC生成器用一個8 位值來初始化。在初始化后，對分組頭的其它10位進行計算，得到8位的HEC值。另外，在接收方校驗HEC之前，也必須先進行適當的初始化。在接收分組時，首先校驗的是訪問碼，由于在信道訪問碼中的64位同步字來源于24位主單元的低地址部分（LAP)，這樣就可以校驗LAP是否正確，并可以防止接收方接收來自其它匹克網的分組。
3.2.2 有效載荷的CRC校驗
CRC校驗即循環冗余碼校驗，是一種常用的檢錯編碼，而且已經有相應的國際標準,如CRC-CCITT。在藍牙無線連接中，發送方按照國際標準CRC-CCITT ，即g (D) = ( D + 1 ) ( D7 +D4+D3+D2+D+1)，并用線性反饋移位寄存器LFSR硬件電路生成有效載荷（數據信息）的CRC校驗碼，附加在數據信息后面構成完整的數據幀，由接收方在接收時檢查。若出錯，返回NAK，發送方收到NAK 后重發該數據幀。
3.3 藍牙基帶協議中的其它可靠性措施
3.3.1 教據加噪
所有的分組頭和載荷信息在發送前都要利用數據加噪字進行加噪處理。這主要是為了避免在傳輸過程中出現過長的連續0或1的位流模式。基帶處理器需要從接收到的模擬數據信號中判斷數據是0還是1，但過長的連續0或1位流會造成問題。因為在接收到的模擬數據信號中并不存在象直流信號中那樣的參考點，因此必須依靠接收到的最后幾個傳輸信號進行校正。任何連續的0或1的長序列位流串都可能導致校正失敗。因此需要采用數據加噪技術對信號進行擾碼處理，以大大降低出現長序列0或1位流串的可能性。
在藍牙無線連接的發送方，這種加噪過程先于FEC編碼完成。在接收端，接收數據使用相同的數據加噪字進行還原處理，該還原處理在FEC解碼后完成。
3.3.2 鏈路監測
在無線連接中，有很多原因能夠引起連接中斷，比如，設備關閉、設備移出了藍牙通信范圍。而且在連接中斷發生時，通常不會有任何提前報警，所以，在藍牙主、從單元兩端對鏈路進行監測是非常必要的。
為此，在藍牙主、從單元均使用鏈路監測定時器。一旦收到經過HEC校驗的分組和正確的藍牙活動成員地址（AMADDR)，定時器就復位。如果在連接狀態的任何時刻，定時器達到閾值（該閾值可協商），則連接復位。SCO和ACL 連接使用同一閾值。這樣，就能夠在藍牙主、從單元兩端對鏈路進行監測了。
4 藍牙鏈路管理層（LM）中的可靠性措施
類似地，在藍牙鏈路管理層（LM ）中，也定義有保證可靠的無線連接的措施。
在藍牙接收和發送設備的鏈路管理層之間是通過協議數據單元（PDU）來相互通信的。PDU 由操作碼、事件ID和內容參數組成，其中，7 位操作碼用來標識不同類型的PDU。
如果鏈路管理器收到不能識別操作碼的PDU，就用LMP no accepted協議數據單元（PDU）應答，并且LMP no accepted PDU中含有原因碼unknown LMP PDU。而且返回的操作碼參數同樣也是不能夠識別的操作碼。如果鏈路管理器收到含有無效參數的PDU，就用LMP no accepted PDU應答，并且LMP no accepted PDU中含有原因碼invalid LMP PDU（無效LMP 參數）.
某一方在等待對方響應時，如果發現超過了最大響應時間或者檢測到鏈路丟失，等待應答的一方就可以認為該過程已經終止。
信道出錯或發送方系統出錯都會引起發送錯誤的消息。為了檢測后一種情況，LM應監測錯誤消息數量，一旦超過閾值就將其斷開，該閾值可根據實際情況進行設置。
由于無法實時地截獲PDU，在鏈路兩端的LM都對同一過程進行初始化而且都沒有成功時，很可能會發生沖突。這時，主單元將通過發送含有原因碼“LMP Error Transaction Collision ”的LMP no accepted PDU，中止從單元的初始化過程，從而保證主單元的初始化過程能夠順利進行。
5 藍牙應用層中可采用的可靠性措施
5.1 穩定、可靠的藍牙文件傳輸協議：RBTFT
藍牙的文件傳輸是通過RFCOMM協議建立一條端到端的連接。所以在藍牙RFCOMM協議的基礎之上建立了本文所描述的藍牙的文件傳輸協議，稱之為RBTFT（表示為Reliable Bluetooth File Transfer)，其主要目標是在藍牙設備之間建立一條可靠的無線連接通道，進行可靠的文件傳輸。該協議目前的開發是采用VC+ +，應用平臺為WIN98/2000/NT，但作為RBTFT 協議的本身不受具體編程語言及操作系統所限制。
RBTFT 協議支持一次傳輸多個文件、斷點續傳和CRC校驗。其設計思想是基于幀傳輸方式，即在發送數據時是一幀一幀地發送，為保證可靠的傳輸，RBTFT協議對RBTFT幀進行了精心的定義，RBTFT 幀由報頭、數據子包組成，報頭指明幀類型（有些幀是不帶數據的命令幀、信息幀，如BTFNAK ) ，還攜帶CRC校驗信息。而數據子包還有不同的子包結束符，指明后面是否有后續包等。在進行數據傳輸時，采用發送/應答／握手／失敗方式，即發送一幀數據，一個應答，若應答沒收到，重新進行協商握手，握手失敗則向應用程序報告錯誤。
在利用RBTFT 協議進行實際的文件傳輸時，首先第一步是進行串口初始化操作，在串口初始化成功時，通過異步消息RBTFT C0NNECT向應用程序報告，表示一條通信鏈路建立完畢。開始發送數據時，應用程序根據內部緩沖區的大小決定每次真正可發送的數據量，數據將被存儲在內部緩沖區內，按照RBTFT協議，內部緩沖區的數據分割成一幀一幀并加人幀信息和CRC校驗信息，每一幀將調用內部線程發送數據，當內部緩沖區的數據全部發送完畢（即內部緩沖區為空）時，則向應用程序發送消息表示內部緩沖區的數據全部發送完畢，應用程序將可繼續發送其余的數據。在接收方，每到達一幀時，接收方就判讀幀信息、對到達的數據進行接收并進行CRC校驗，若發生錯誤則通過RBTFT協議所定義的方式進行重發或協商，當通信能繼續則不向應用程序發送任何消息，繼續保持鏈路，若通信不能繼續，則放棄此鏈路，并且向應用程序發送RBTFT ERROR的消息，應用程序將重新復位此鏈路或進行其它相應的處理。另外，當有任何一方斷開鏈接，應用程序將接收到RBTFT CLOSE消息，表示此鏈路已經斷開。在接收端，所接收到的分幀的數據被去掉幀頭重新歸到接收緩沖區流，重新拼裝為所傳輸的文件。然后，再進行下一個文件的傳輸，直至傳輸完所有的文件。
對于在應用層提高藍牙無線連接的可靠性而言，最為可貴的是RBTFT協議支持斷點續傳。我們目前所實現的也就是將RBTFT文件傳輸協議嵌人到藍牙無線文件傳輸的應用中，這樣，即便出現文件傳輸中斷的情況，也可以進行斷點續傳。這對于大文件無線傳輸尤為有意義。
RBTFT協議支持斷點續傳的原理在于RBTFT數據幀在報頭中攜帶有指明文件數據在文件具體某個位置開始的偏移量。當發生錯誤或連接中斷時，接收方發送一個帶有偏移量的信息幀，說明它希望發送方從該位置重新開始傳輸。這樣就無需重傳整個文件，從而實現了斷點續傳。
5.2 藍牙文件傳翰RBTFT協議發送文件的詳細過程
以下是藍牙文件傳輸RBTFT 協議發送單個文件的詳細過程：
n =0； //初始化重試次數計數器，收發雙方建立連接；
file = fopen (filename,“rb ”）； 設置并發送包含文件名、文件長度的報頭；
for ( ； ；) {
message =所讀取接收方發來的響應報頭信息；
switch (message) {
case 接收方返回“已經準備接收”:
發送第一個數據子包，并以子包結束符指明后面有后續包；
Continue ；
case 接收方拒絕接收：
fclose (file)；
return OK；
case 接收方返回確認信息：
發下一個包；
Continue；
case 超時：n=n+l；
if (n>20）//重試20 次，若還不能恢復連接，則放棄
{return ERROR;}
else if
｛重新建立連接；
請求接收方發送帶有偏移量的信息幀；
接收該信息幀；
從指定偏移量處開始繼續傳送；
Continue;}
case 接收方放棄傳輸：
return ERROR;
case 文件傳輸完畢：
輸出“文件傳輸完畢”的屏幕提示信息；
return OK；
關鍵詞：藍牙；無線網絡；安全威脅；安全體系
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-03
0 引 言
在當前的網絡應用中，物聯網具有對物品多樣性、低成本、低速率、短距離等特征的泛在需求，這類需求主要通過藍牙等低速網絡協議實現。藍牙是一種短距離通信開放標準，利用嵌入式芯片實現通訊距離在10 m100 m之間的無線連接。藍牙的設計目標在于通過統一的近距離無線連接標準使各生產商生產的個人設備都能通過該網絡協議更方便地實現低速率數據傳輸和交叉操作。藍牙技術具有低成本、低功耗、模塊體積小、易于集成等特點，非常適合在新型物聯網移動設備中應用。
1 藍牙技術的安全體系
1.1 四級安全模式
1.1.1 安全模式1
安全模式1無任何安全機制，不發起安全程序，無驗證、加密等安全功能，該模式下設備運行較快且消耗更小，但數據在傳輸過程中極易被攻擊。藍牙V2.0及之前的版本支持該模式。
1.1.2 安全模式2
安全模式2是強制的服務層安全模式，只有在進行信道的邏輯通道建立時才能發起安全程序。該模式下數據傳輸的鑒權要求、認證要求和加密要求等安全策略決定了是否產生發起安全程序的指令。目前所有的藍牙版本都支持該模式，其主要目的在于使其可與V2.0之前的版本兼容[1]。
1.1.3 安全模式3
安全模式3為鏈路層安全機制。在該模式下藍牙設備必須在信道物理鏈路建立之前發起安全程序，此模式支持鑒權、加密等功能。只有V2.0以上的版本支持安全模式3，因此這種機制較之安全模式2缺乏兼容性和靈活度。
1.1.4 安全模式4
該模式類似于安全模式2，是一種服務級的安全機制，在鏈路密鑰產生環節采用ECDH算法，比之前三種模式的安全性高且設備配對過程有所簡化，可以在某種程度上防止中間人攻擊和被動竊聽。在進行設備連接時，和安全模式3一樣先判定是否發起安全程序，如需要則查看密鑰是否可用，密鑰若可用則使用SSP簡單的直接配對方式，通過鑒權和加密過程進行連接[1]。
建立連接的安全模式機制流程圖如圖1所示。
1.2 密鑰管理
1.2.1 鏈路密鑰
鏈路密鑰是128 b的隨機數，由偽隨機數RAND和個人識別碼PIN、設備地址通過E21或E22流密碼算法啟動。其中初始密鑰及組合密鑰經初始化過程生成后作為臨時鏈路密鑰在設備間完成鑒權后就被丟棄。主密鑰可以用于設備在微微網內進行加密信息的廣播，在發送廣播信息時主密鑰會替代原來的鏈路密鑰。單元密鑰生成后在藍牙設備中會被保存且會一直應用于鏈路通信。
1.2.2 加密密鑰
完成鑒權的藍牙設備可以在通信中使用加密密鑰來加密傳遞的數據。該密鑰由對稱加密算法E3算法產生，字長為128 b，由偽隨機數RAND、鑒權過程產生的加密偏移數COF和當前鏈路密鑰K生成。藍牙采用分組加密的方式，加密密鑰和其他參數（主體設備的設備地址、隨機數、藍牙時鐘參數）通過E0算法產生二進制密鑰流從而對傳輸數據進行加密、解密。密鑰的生成如圖2所示。
1.3 鑒權
鑒權的目的在于設備身份的認證，同時對參數傳遞是否成功進行反饋，它既可以是單向過程也可以是相互鑒權，但都需要事先產生鏈路密鑰。被鑒權設備的設備地址、鑒權的主體設備產生的隨機數以及鏈路密鑰都參與其中，由此產生應答信息和鑒權加密偏移值，前者被傳遞至主體設備進行驗證，若相同則鑒權成功。若鑒權失敗則需要經過一定長度的等待時間才能再次進行鑒權[2]。鑒權過程如圖3所示。
2 已知的藍牙安全漏洞
2.1 跳頻時鐘
藍牙傳輸使用自適應跳頻技術作為擴頻方式，因此在跳頻系統中運行計數器包含28位頻率為3.2 kHz的跳頻時鐘，使控制指令嚴格按照時鐘同步、信息收發定時和跳頻控制從而減少傳輸干擾和錯誤。但攻擊者往往通過攻擊跳頻時鐘對跳頻指令發生器和頻率合成器的工作產生干擾，使藍牙設備之間不能正常通信，并且利用電磁脈沖較強的電波穿透性和傳播廣度來竊聽通信內容和跳頻的相關參數[3]。
2.2 PIN碼問題
密鑰控制圖中的個人識別碼（PIN）為四位，是加密密鑰和鏈路密鑰的唯一可信生成來源，兩個藍牙設備在連接時需要用戶在設備中分別輸入相同的PIN碼才能配對。由于PIN碼較短，使得加密密鑰和鏈路密鑰的密鑰空間的密鑰數限制在105數量級內，并且在使用過程中若用戶使用過于簡單的PIN碼（如連續同一字符）、長期不更換PIN碼或者使用固定內置PIN碼的藍牙設備，則更容易受到攻擊[4]。因此在V2.1之后的版本中PIN碼的長度被增加至16位，在增大了密鑰空間，提高了藍牙設備建立連接鑒別過程的安全性的同時，也不會因為使用太長的數據串為通信帶來不便。
2.3 鏈路密鑰欺騙
通信過程中使用的鏈路密鑰基于設備中固定的單元密鑰，而加密過程中其他信息是公開的，因此有較大漏洞。如設備A和不同設備進行通信時均使用自身的單元密鑰作為鏈路密鑰，攻擊者利用和A進行過通信的設備C獲取這個單元密鑰，便可以通過偽造另一個和A通信過的設備B的設備地址計算出鏈路密鑰，偽裝成B來通過A的鑒權，B偽裝成C亦然[5]。
2.4 加密密鑰流重復
加密密鑰流由E0算法產生，生成來源包括主體設備時鐘、鏈路密鑰等。在一個特定的加密連接中，只有主設備時鐘會發生改變。如果設備持續使用時間超過23.3小時，時鐘值將開始重復，從而產生一個與之前連接中使用的相同的密鑰流[6]。密鑰流重復則易被攻擊者作為漏洞利用，從而得到傳輸內容的初始明文。
2.5 鑒權過程/簡單安全配對中的口令
除使用個人識別碼PIN進行配對以外，藍牙標準從V2.1版本開始，增加了簡單安全配對SSP（Secure Simple Pairing，SSP）方式。SSP方式比之前的PIN碼配對更方便，不像PIN碼配對那樣需要兩個有輸入模塊的配對設備同時輸入配對密碼，而SSP只需要有輸出模塊的兩個配對設備確認屏幕上顯示的是否是同一個隨機數即可。通過設備搜索建立藍牙物理連接，產生靜態SSP口令，鑒權這四步即可建立連接，但是這種關聯模型沒有提供中間人攻擊保護，靜態SSP口令很容易被中間人攻擊攻破[7]。
3 藍牙技術的安全威脅
針對藍牙的攻擊威脅大體上可以分為兩種，一種是對不同無線網絡均適用的攻擊，一種是針對藍牙特定的攻擊。
3.1 拒絕服務攻擊
拒絕服務攻擊（DoS）的原理是在短時間內連續向被攻擊目標發送連接請求，使被攻擊目標無法與其他設備正常建立連接。藍牙的邏輯鏈路控制和適配協議規定了藍牙設備的更高層協議可以接收和發送64 KB的數據包，類似于ping數據包，針對這個特點，攻擊者可以發送大量ping數據包占用藍牙接口，使藍牙接口不能正常使用，并且一直使藍牙處于高頻工作狀態從而耗盡設備電池[8]。DoS攻擊流程圖如圖4所示。
3.2 中間人攻擊
在兩個設備之間的攻擊者截獲數據一方發送的數據后再轉發給另一方，可在不影響雙方通信的情況下獲得雙方通信的內容，是一種廣泛應用于無線網絡的攻擊方式。藍牙4.0版本的低功耗藍牙技術（Bluetooth Low Energy，BLE）在設計初始時有防范中間人攻擊的安全措施，但是在產品階段考慮到產品功耗成本等因素，這方面并沒有得到足夠的重視，依然容易受到攻擊[9]。最常見的是用軟硬件結合的藍牙攻擊設備偽造BLE通信進行中間人攻擊。中間人攻擊示意圖如圖5所示。
3.3 漏洞竊聽
藍牙竊聽可以通過對藍牙漏洞的攻擊來實現，藍牙中的OBEX （Object Exchange）協議，即對象交換協議在早期的藍牙產品規范中沒有強制要求使用權鑒，所以攻擊者可以利用此漏洞在被攻擊者手機沒有提示的情況下鏈接到被攻擊手機，獲取對手機內各種多媒體文件以及短信通話記錄等文件的增刪改權限，甚至可以通過手機命令撥打接聽電話。具有這些攻擊功能的指令代碼被黑客寫成了手機軟件，可在網絡上下載。普通人一般會使用圖形化界面去操作，某些山寨手機中甚至自帶這項功能，當和別的手機配對成功后即可獲得對方手機的操作權限。不過隨著藍牙技術的不斷提升，針對早期藍牙漏洞的攻擊現在已經越來越少見。
3.4 重放攻擊
重放攻擊的原理是監聽或者偽造雙方通信的認證憑證，經過處理后再回發給被攻擊方進行認證。藍牙傳輸過程中有79個信道，攻擊者可以通過監聽信道、計算跳頻時序、回放已授權設備的口令來進行攻擊。V4.2的標準中已經增加了防止重放攻擊的協議。
3.5 配對竊聽
藍牙V2.0及之前更早版本默認的4位PIN碼很容易被暴力破解，因為低位數字排列組合的方式十分有限，藍牙V4.0的LE配對同理。攻擊者只要監聽到足夠的數據幀，就可以通過暴力破解等方式確定密鑰，模擬通信方，實現攻擊目的。
3.6 位置攻擊
每個藍牙設備都有唯一的6字節序列號作為設備地址，這種序列標識由于在使用過程中不發生改變很容易泄露設備的位置信息。攻擊者可以根據藍牙的調頻連接機制和尋呼機制、設備標識符和其他通信參數獲得被攻擊者設備的地理位置[7]。
3.7 簡單配對模式攻擊
藍牙V2.0規定的SSP安全簡單配對連接方式并不安全，是由于使用了靜態口令而無法防止中間人攻擊，并且一旦攻擊者取得了口令，在一段時間內可以用此口令進行持續性攻擊。
4 結 語
隨著物聯網技術在制造業、農業以及家居設備等方面的快速推廣，藍牙的應用前景不可小覷，但也面臨著較大的挑戰。因此我們期待在未來的藍牙標準設計中可進一步實施必要的安全策略，同時在使用藍牙設備進行傳輸時，也應提高藍牙設備使用的安全意識，盡量使用最強的安全模式。
參考文獻
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[3]唐婧壹.藍牙安全策略研究[J].山西電子技術，2011（2）：85-86.
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[7]嚴霄鳳.藍牙安全研究[J].網絡安全技術與應用，2013（2）：51-54.
藍牙技術向著新型信息產業以及傳統的產業的滲透，將會為藍牙技術拓展新的市場，尋求新的增值空間，同時也是滿足大眾個性化需求的未來之路。
隨著藍牙技術的不斷推進，高速、低功耗逐漸成為是藍牙技術發展的未來趨勢，藍牙作為一種無線傳輸功能，憑借這些優勢，藍牙技術的應用整逐步融入大眾生活。
藍牙技術最初僅被設想為用于耳機和手機之間的數據傳輸，然而消費者不斷上升的使用需求讓藍牙技術的應用更加多元化，逐步滲透到電腦備件等領域。就目前的發展情況來看，藍牙技術在手機、耳機、PDA、數碼相機和數碼攝像機等設備上都有應用，同時又由于手機的普及率較高，因此藍牙手機成為目前藍牙技術的主要應用，然而藍牙技術未來將在汽車產業、移動辦公設備、家庭娛樂、運動健身、醫療保健等領域得到拓展與應用，從而開辟藍牙技術的新的增值空間。
根據美國一家媒體報道，美國一家醫院給失去雙腿的病人安裝了一對內置藍牙技術的假肢。假肢內的芯片給關節處的馬達發送信號來控制動作，同時兩個假肢的腳踝處裝有藍牙芯片，兩個假肢的藍牙芯片會彼此通報自己的狀況，比如如何在移動、是否在走路、站立或者爬坡，并且讓兩個假肢模擬彼此的動作。安裝假肢的人只需要用大腿肌肉施加壓力就可以控制假肢停下來。
2008年10月10日，藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group，Bluetooth SIG)中國2008峰會在北京成功召開，作為藍牙技術誕生十周年環球慶典活動之一。藍牙技術聯盟是由電信業、信息業、消費性電子業、汽車業及網絡業的領補袖廠商組成，積極開發藍牙嶄新科技并導入市場。其創始公司包括愛立信、英特爾、聯想、微軟、摩托羅拉、諾基亞及東芝，目前超過11，000個加盟及應用公司會員。在此次峰會上，藍牙技術聯盟成員展示了最新的藍牙產品和服務，同時就藍牙相關熱點話題進行了小組討論。推動了藍牙技術在中國的發展和應用。
峰會上，支持藍牙功能的手機、耳機、車載免提設備、藍牙技術測試裝置和認證服務以及藍牙遙控游戲機等相繼亮相。展示了藍牙技術的發展態勢。藍牙技術聯盟亞太區及日本市場總監蘇國良(Derek Soh)先生在會上指出：“未來，具有低功耗和高速傳輸特點的藍牙技術將繼續引領個人無線通信領域，并打開新的市場。”另外，他補充道：“目前，藍牙技術聯盟已經在中國設立了3家藍牙認證測試中心(BQTF，Bluetooth Qualification TestFacitify)，他們將在藍牙認證程序，尤其是藍牙技術測試領域為中國藍牙設備制造商提供專業的品質服務。”這也將推動中國市場藍牙產品發展進程。
今年七月，為提高藍牙技術在中國大陸的各個產業領域的應用，藍牙技術聯盟與北京天地互聯信息技術有限公司(BII)合作，在北京設立了辦事處，為近600名中國成員提供技術支持以及增值服務。這一系列舉措展現了藍牙技術聯盟對中國市場的重視及在中國推動藍牙技術應用的堅定信心。
藍牙無線技術作為一項全球通用的短距離個人無線連結技術，適用于多種電子裝置。且此技術持續發展內在的技術優勢，小型發射器、低功耗、低成本、內建安全功能、耐用性、易用性及點對點網絡功能等。目前，每個工作日平均有超過9種全新的藍牙產品獲得認證，而每周則有近2千萬件藍牙產品出貨。全球問世的藍牙裝置產品已超過20億件，數量并持續攀升中。
藍牙技術與新型信息產業以及傳統的產業的融合，將會開拓藍牙技術的新市場，尋求新的增長點，拓展產業鏈，使得各項服務更加個性化的滿足大眾的需求，只要實現產業鏈的較好融合，藍牙技術的未來中國之路應該具有廣闊的發展前景。
無線耳機選購的兩個疑惑
藍牙還是2.4G：當前無線耳機使用的技術主要分為藍牙和2.4G兩種，前者更適合手機、平板等設備使用，尤其是藍牙模塊成為移動設備標配后，有效推動了藍牙無線耳機的普及。此外，對于配備藍牙模塊的筆記本用戶來說，同樣建議選用藍牙無線耳機。而對于臺式機用戶來說，由于大多數臺式機沒有配備藍牙模塊，因而更適合使用2.4G無線耳機。
關于音質：藍牙和2.4G無線技術的傳輸損耗一定程度上的確大于有線耳機，但對于192Kbps這樣主流碼率MP3來說，極少有人能聽出同價位有線和無線耳機的差異。因而，對于主流用戶來說，不必太過擔心無線耳機在音質上的表現。此外，賽爾貝爾查爾德G15這樣將藍牙與降噪融為一體的產品，通過主動降噪和動圈喇叭，已經能為用戶帶來優秀音質體驗。
筆記本拍檔
雷柏S230
推薦理由：雷柏S230采用了經典的超輕便式結構設計，看起來十分美觀。耳機的頭梁內側為鋼架結構，彈性好耐拉伸，其外側包裹有一層透明的塑料材質，很好的保證了美觀，也可有效提高佩戴的穩定性。該耳機基于2.4G無線傳輸技術，超小NANO無線發射器可輕松隱藏在筆記本USB接口上，有效傳輸距離為8米，內置鋰電池一次充電可使用6個小時。
輕盈藍牙耳機
碩美科W601
推薦理由：碩美科W601在佩戴上創造性地使用了Free-adaption入耳角度修正技術，通過入耳角度自由調節，提升用戶佩戴舒適度與貼合度。該耳機符合Ver2.1+Edr標準規格，傳輸速率高達3Mbps，確保高保真音質的傳輸。同時將多功能操作鍵集中在左邊耳殼，便于用戶操作，通話、聽歌一鍵切換。
簡約時尚
賓果i623
推薦理由：賓果i623耳機是一款專門為外出攜帶聆聽設計的便攜式頭戴藍牙耳機，有黑、白兩種顏色可供選擇。折疊收納方式，外出攜帶聆聽起來非常便利，采用隱形麥克風設計，拾音效果清晰，方便手機用戶使用。賓果i623耳機內置鋰電池供電，一次充電可使用4個小時，待機則長達250小時，續航效果符合當前主流。
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