藍(lán)牙技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀

藍(lán)牙技術(shù)是由愛立信公司在1994年提出的一種最新的無(wú)線技術(shù)規(guī)范。其最初的目的是希望采用短距離無(wú)線技術(shù)將各種數(shù)字設(shè)備（如移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、ＰＤＡ等）連接起來(lái)，以消除繁雜的電纜連線。隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)可能的應(yīng)用領(lǐng)域得到擴(kuò)展，如將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于汽車工業(yè)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入、信息家電及其他所有不便于進(jìn)行有線連接的地方。但從目前的情況分析來(lái)看，藍(lán)牙技術(shù)的典型應(yīng)用還是在個(gè)人域網(wǎng)（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＰＡＮ），它可用于建立一個(gè)便于移動(dòng)、連接方便、傳輸可靠的數(shù)字設(shè)備群。

1 藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。其工作頻段為全球通用的2.4ＧＨｚ ＩＳＭ(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Ｍｂｉｔ／ｓ，采用時(shí)分雙工方案來(lái)實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。其理想的連接范圍為10ｃｍ～10ｍ，通過(guò)增大發(fā)送電平可以將距離延長(zhǎng)至100 ｍ，而延長(zhǎng)距離至1000ｍ的方案目前還在討論中。
由于ＩＳＭ頻帶是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。為此，藍(lán)牙特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定，結(jié)合了極高跳頻速率（1600跳／ｓ）和調(diào)頻技術(shù)，這使它比工作在相同頻段而跳頻速率均為50跳／ｓ的802.11 ＦＨＳＳ和ＨｏｍｅＲＦ無(wú)線電更具抗干擾性。目前，藍(lán)牙特殊興趣集團(tuán)（ＳＩＧ）的實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備和802.11設(shè)備同時(shí)工作時(shí)，802.11對(duì)藍(lán)牙設(shè)備的干擾使得藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率約下降了12％，而藍(lán)牙設(shè)備對(duì)802.11的干擾使得其基本上無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在反映了藍(lán)牙技術(shù)抗干擾性強(qiáng)的同時(shí)，也體現(xiàn)了藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)該解決的一個(gè)問(wèn)題，就是和其他協(xié)議的共存。只有和其他協(xié)議很好地共存，才能更加體現(xiàn)出藍(lán)牙技術(shù)的巨大生命力。目前，ＳＩＧ也正在積極地尋找解決相互干擾問(wèn)題的方法，并有望在藍(lán)牙協(xié)議的2.0版本中采用自適應(yīng)跳頻技術(shù)來(lái)解決。
藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的結(jié)合。在保留的時(shí)隙中可以傳輸同步數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包以不同的頻率發(fā)送。一個(gè)數(shù)據(jù)包名義上占用一個(gè)時(shí)隙，但實(shí)際上可以被擴(kuò)展到占用5個(gè)時(shí)隙。藍(lán)牙支持異步數(shù)據(jù)信道以及多達(dá)3個(gè)同時(shí)進(jìn)行的同步話音信道，還可以用一個(gè)信道同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。每個(gè)話音信道支持64ｋｂｉｔ／ｓ，同步話音鏈路。異步信道可以支持一端最大速率為721ｋｂｉｔ／ｓ而另一端速率為57.6ｋｂｉｔ／ｓ的不對(duì)稱連接，也可以支持432.6ｋｂｉｔ／ｓ的對(duì)稱連接。
2 藍(lán)牙系統(tǒng)
2.1 藍(lán)牙系統(tǒng)中的常用名詞
Ｐｉｃｏｎｅｔ：微網(wǎng)。兩個(gè)或多個(gè)共用同一藍(lán)牙信道的設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)被稱為是一個(gè)微網(wǎng)（ｐｉｃｏｎｅｔ）。由于微微網(wǎng)中主動(dòng)設(shè)備的地址長(zhǎng)度為3ｂｉｔ，所以一個(gè)微微網(wǎng)的主動(dòng)成員數(shù)為2～8個(gè)。其中一個(gè)單元為ｍａｓｔｅｒ ｕｎｉｔ，其他單元為ｓｌａｖｅ ｕｎｉｔ。
Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ：特殊松散網(wǎng)。由重疊覆蓋區(qū)域的多個(gè)微微網(wǎng)組成一個(gè)ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ。
Ｍａｓｔｅｒ ｕｎｉｔ：主單元。即在一個(gè)微微網(wǎng)中，其時(shí)鐘和跳頻順序被用來(lái)同步其他單元的設(shè)備。
Ｓｌａｖｅ ｕｎｉｔｓ：從單元。即微微網(wǎng)中不是ｍａｓｔｅｒ的所有設(shè)備。
Ａｍ—ａｄｄｒｅｓｓ：主動(dòng)成員地址。用來(lái)區(qū)分微微網(wǎng)中各主動(dòng)單元長(zhǎng)度為3ｂｉｔ的地址。 Ｐａｒｋ：暫停模式。在微微網(wǎng)中與網(wǎng)絡(luò)保持同步但不進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的一種工作模式。
Ｓｎｉｆｆ ａｎｄ ｈｏｌｄ ｍｏｄｅ：呼吸與保持模式。與網(wǎng)絡(luò)同步，但進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能源的一種工作模式。
2.2 系統(tǒng)組成
藍(lán)牙系統(tǒng)主要有三大單元組成。
(1)無(wú)線單元
無(wú)線單元主要完成基帶信號(hào)和射頻信號(hào)之間的上下轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過(guò)濾和傳輸。
(2)基帶單元 基帶單元主要完成跳頻控制，數(shù)據(jù)和信息的打包與傳輸。
(3)鏈路管理與控制單元 鏈路管理與控制是系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)連接的建立和拆除以及鏈路的安全和控制，還要為上層軟件提供訪問(wèn)入口。
2.3 鏈路管理與控制
在微微網(wǎng)內(nèi)的連接被建立之前，所有的設(shè)備都處于旁觀（ｓｔａｎｄｂｙ）狀態(tài)。此時(shí)，這些設(shè)備周期性地“監(jiān)聽”其他設(shè)備發(fā)出的查詢（ｉｎｑｕｉｒｅ）消息或?qū)ず簦ǎ穑幔纾澹┬畔?。首先?qǐng)求連接的單元是ｍａｓｔｅｒ單元，如果對(duì)方地址已經(jīng)存在于ｍａｓｔｅｒ 單元的地址簿中，ｍａｓｔｅｒ單元?jiǎng)t通過(guò)發(fā)出尋呼（ｐａｇｅ）消息包請(qǐng)求建立連接；如果地址未知，則首先通過(guò)ｉｎｑｕｉｒｅ消息包查詢覆蓋范圍內(nèi)其他單元的地址，然后再用ｐａｇｅ消息包建立連接。
在查詢過(guò)程中，ｍａｓｔｅｒ單元使用特別預(yù)留的全球統(tǒng)一的Ｉｎｑｕｉｒｅ事件ＩＤ號(hào)，并采用全球惟一的包含32個(gè)信道的信道序列發(fā)送此指令。進(jìn)行Ｉｎｑｕｉｒｅ ｓｃａｎ的設(shè)備周期性地在這32個(gè)信道上進(jìn)行監(jiān)聽，直到該設(shè)備的Ｉｎｑｕｉｒｅ ｓｃａｎ功能被禁止。在主單元端將這32個(gè)信道分為兩組，每組16個(gè)，主單元先在第一組的16個(gè)信道上發(fā)布Ｉｎｑｕｉｒｅ指令，隨即在回復(fù)信道上進(jìn)行監(jiān)聽，如果被查詢單元接收到Ｉｎｑｕｉｒｅ指令，則用ＦＨＳ包發(fā)送自己的ＩＤ號(hào)和時(shí)鐘偏移；然后主單元在第二組的16個(gè)信道上發(fā)布Ｉｎｑｕｉｒｅ指令，如此反復(fù)，直到覆蓋范圍內(nèi)所有單元都發(fā)回ＦＨＳ包，主單元就建立了一個(gè)完整的覆蓋范圍內(nèi)的設(shè)備情況表。
在尋呼過(guò)程中，32個(gè)尋呼信道也分為兩組，主單元根據(jù)它最近知道的被呼單元的ＩＤ號(hào)和時(shí)鐘偏移來(lái)調(diào)整兩個(gè)信道組的頻率，然后先用第一組頻率持續(xù)呼叫1.25ｓ。如果沒有收到回音，則再用第二組頻率持續(xù)呼叫1.25ｓ。被呼單元?jiǎng)t每隔1.25ｓ在尋呼信道中監(jiān)聽尋呼消息中的ＩＤ信息，一旦發(fā)現(xiàn)接收到的ＩＤ號(hào)與本身的ＩＤ號(hào)一致，則發(fā)送回復(fù)消息包。這樣，微微網(wǎng)就形成了。
如果微微網(wǎng)中已經(jīng)處于連接的設(shè)備在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，ｍａｓｔｅｒ可以把ｓｌａｖｅ置為ｈｏｌｄ模式，這時(shí)，只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器工作。ｓｌａｖｅ也可以主動(dòng)要求被置為ｈｏｌｄ模式。一旦處于ｈｏｌｄ模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開始。ｈｏｌｄ模式一般被用于連接好幾個(gè)微微網(wǎng)的情況或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。除了ｈｏｌｄ模式外，藍(lán)牙還支持ｓｎｉｆｆ模式和ｐａｒｋ模式兩種節(jié)能工作模式：在ｓｎｉｆｆ模式下，ｓｌａｖｅ降低了從微微網(wǎng)“收聽”消息的速率，“呼吸”間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)調(diào)整；在ｐａｒｋ模式下，設(shè)備依然與微微網(wǎng)同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在ｐａｒｋ模式下的設(shè)備放棄了Ａｍａ地址，偶爾“收聽”ｍａｓｔｅｒ的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。采用ｐａｒｋ模式可以使一個(gè)微微網(wǎng)中的ｍａｓｔｅｒ單元管理的ｓｌａｖｅ單元數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7個(gè)。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排列，則依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。
在活動(dòng)狀態(tài)下，藍(lán)牙技術(shù)支持兩種鏈路類型：面向連接的同步鏈路（ＳＣＯ）和面向無(wú)連接的異步鏈路（ＡＣＬ）。
ＳＣＯ鏈路為對(duì)稱連接，利用保留時(shí)隙傳送數(shù)據(jù)包。它可以被認(rèn)為是一種主單元和從單元之間的電路交換的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，主要用于傳送實(shí)時(shí)話音，也可以傳送數(shù)據(jù)，但在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，只用于重發(fā)被損壞的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。每個(gè)藍(lán)牙單元最多可同時(shí)支持3個(gè)ＳＣＯ鏈路。
ＡＣＬ鏈路既支持對(duì)稱連接，也支持不對(duì)稱連接。ｍａｓｔｅｒ負(fù)責(zé)控制鏈路帶寬，并決定微微網(wǎng)中的每個(gè)ｓｌａｖｅ可以占用多少帶寬和連接的對(duì)稱性。ｓｌａｖｅ只有被選中時(shí)才能傳送數(shù)據(jù)。ＡＣＬ鏈路也支持ｍａｓｔｅｒ發(fā)給微微網(wǎng)中所有ｓｌａｖｅ的廣播消息。ＡＣＬ鏈路一般不能傳送話音，但可以傳送ＩＰ話音。
3 藍(lán)牙技術(shù)的主要應(yīng)用
從理論上講，藍(lán)牙技術(shù)可以被植入到所有的數(shù)字設(shè)備中，用于短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。目前可以預(yù)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)所主要是計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、工業(yè)控制及ＰＡＮ的連接。
3.1 藍(lán)牙在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用
藍(lán)牙接口可以直接集成到計(jì)算機(jī)主板或者通過(guò)ＰＣ卡或ＵＳＢ接口連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間及計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的無(wú)線連接。這種無(wú)線連接對(duì)于便攜式計(jì)算機(jī)可能更有意義。通過(guò)在便攜式計(jì)算機(jī)中植入藍(lán)牙技術(shù)，便攜式計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)藍(lán)牙移動(dòng)電話或藍(lán)牙接入點(diǎn)連接遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)便攜式計(jì)算機(jī)中的某些資料更新后，可以在不需人工干預(yù)的情況下，對(duì)家用臺(tái)式電腦進(jìn)行同步更新。
3.2 藍(lán)牙在移動(dòng)電話中的應(yīng)用
從目前來(lái)看，移動(dòng)電話是藍(lán)牙技術(shù)的最大應(yīng)用領(lǐng)域，也是已經(jīng)有實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。通過(guò)在移動(dòng)電話中植入藍(lán)牙技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線耳機(jī)、車載電話等功能，還能實(shí)現(xiàn)與便攜式計(jì)算機(jī)和其他手持設(shè)備的無(wú)電纜連接，組成一個(gè)方便靈活的ＰＡＮ。當(dāng)藍(lán)牙技術(shù)普及后，藍(lán)牙移動(dòng)電話還能作為一個(gè)工具，實(shí)現(xiàn)所有的商用卡交易。
3.3 藍(lán)牙在其他方面的應(yīng)用
目前，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已越來(lái)越廣闊，如：將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車各部件的實(shí)時(shí)監(jiān)控；將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)智能化住宅；在人口密度大的地區(qū)（如車站、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)等）為用戶提供接入服務(wù)等。 我們針對(duì)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，正在將藍(lán)牙技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)抄表和用電實(shí)時(shí)管理以及高壓區(qū)的遠(yuǎn)程操作。目前正在努力實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的實(shí)用化。
4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
自從1994年愛立信提出藍(lán)牙技術(shù)以來(lái)，這項(xiàng)低功耗、低成本的無(wú)線連接技術(shù)已經(jīng)獲得了巨大的發(fā)展。1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、ＩＢＭ和英特爾5家公司成立了藍(lán)牙特殊興趣小組（ＳＩＧ）。此后，各大公司都加大了對(duì)藍(lán)牙的投資力度，于1999年發(fā)布了藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議Ｖ1.0Ｂ版，2001年3月發(fā)布了藍(lán)牙協(xié)議Ｖ1.1版。愛立信于2000年推出了藍(lán)牙技術(shù)模塊，這種模塊主要采用了兩個(gè)芯片完成整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議，目前各大公司正在努力將整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議植入一個(gè)芯片中。到2001年4月止，藍(lán)牙特殊興趣小組已有各種成員2 491位；已通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)認(rèn)證的產(chǎn)品（包括藍(lán)牙調(diào)制器、開發(fā)器、測(cè)試設(shè)備及其他應(yīng)用產(chǎn)品）已達(dá)200多種。目前，在國(guó)外公司推出的產(chǎn)品當(dāng)中，各類測(cè)試設(shè)備（包括無(wú)線測(cè)試儀和協(xié)議分析儀等）已日趨成熟，但其應(yīng)用產(chǎn)品（ＰＣ卡等）還有些問(wèn)題需要解決（包括互操作性差、傳輸速率低等）。
目前，藍(lán)牙協(xié)議還處于不斷完善期，ＳＩＧ預(yù)計(jì)在2001年年底發(fā)布藍(lán)牙協(xié)議Ｖ2.0版，擬采用自適應(yīng)跳頻技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高抗干擾性能并減少對(duì)同頻段其他設(shè)備的干擾，使一個(gè)微微網(wǎng)的傳輸速率有望達(dá)到12Ｍｂｉｔ／ｓ，以拓展藍(lán)牙技術(shù)在工業(yè)控制和無(wú)線ＬＡＮ中的應(yīng)用。
雖然由于藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展速度一直未達(dá)到預(yù)計(jì)的要求而使一些業(yè)內(nèi)人士對(duì)藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)生了懷疑，但是作為一種前景光明的連接技術(shù)，藍(lán)牙仍以驚人的速度向前發(fā)展，預(yù)計(jì)到2003年，將有數(shù)千萬(wàn)只手機(jī)和數(shù)百萬(wàn)個(gè)其他ＩＴ設(shè)備被植入藍(lán)牙技術(shù)；到2005年，其全球的芯片市場(chǎng)將達(dá)50億美元。
4.2 國(guó)內(nèi)研究狀況與對(duì)策
從國(guó)內(nèi)整體情況來(lái)看，目前參與藍(lán)牙特殊興趣小組的國(guó)內(nèi)企業(yè)還為數(shù)不多，藍(lán)牙產(chǎn)品也大多處于研發(fā)階段。在這種情況下，國(guó)內(nèi)廠家要擺脫這種相對(duì)落后的狀況，達(dá)到與國(guó)際技術(shù)同步發(fā)展的水平，可以采取以下幾種途徑。
①通過(guò)與國(guó)外大公司的合作，掌握藍(lán)牙芯片的關(guān)鍵技術(shù)。在藍(lán)牙技術(shù)中，芯片是基礎(chǔ)，在藍(lán)牙技術(shù)成熟后，芯片市場(chǎng)將占據(jù)藍(lán)牙市場(chǎng)中的大部分。若我國(guó)擁有自己的藍(lán)牙芯片廠商，我國(guó)藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就可以免受或少受國(guó)外的牽制。芯片技術(shù)是我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而目前我國(guó)的芯片技術(shù)一直處于落后狀態(tài)，我國(guó)政府已明確指出要加快芯片技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，發(fā)展藍(lán)牙芯片也符合我國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略。
②加緊對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，加快藍(lán)牙技術(shù)在各種ＩＴ設(shè)備中的應(yīng)用研究。目前，由于芯片價(jià)格和協(xié)議的不斷更新等原因，推出大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還不現(xiàn)實(shí)，但應(yīng)緊跟技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)各行業(yè)的應(yīng)用加緊研究開發(fā)，為大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用做充分的準(zhǔn)備。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也正在討論用軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議，當(dāng)藍(lán)牙協(xié)議更新時(shí)，只需修改軟件就能實(shí)現(xiàn)協(xié)議升級(jí)。這在當(dāng)前的形式下，也不失為一種好的對(duì)策。
③加強(qiáng)企業(yè)間的橫向聯(lián)合。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用廣泛，各行業(yè)的企業(yè)可以有不同的藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用切入點(diǎn)，企業(yè)間的利益沖突小。因此，國(guó)內(nèi)的企業(yè)應(yīng)聯(lián)合起來(lái)，成立一個(gè)國(guó)內(nèi)的藍(lán)牙組織，共同推進(jìn)藍(lán)牙技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)藍(lán)牙協(xié)議的研究，力爭(zhēng)在藍(lán)牙協(xié)議中，也擁有我國(guó)自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，變被動(dòng)跟蹤為主動(dòng)出擊。
5 結(jié)束語(yǔ)
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，使人們對(duì)各種數(shù)據(jù)和移動(dòng)服務(wù)的需求快速增長(zhǎng)。藍(lán)牙技術(shù)作為一個(gè)全球開放性無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)把各種語(yǔ)音和數(shù)據(jù)設(shè)備用無(wú)線鏈路連接起來(lái)，使人們能夠隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)個(gè)人區(qū)域內(nèi)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的交換與傳輸，隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，藍(lán)牙必將對(duì)人們的生活和工作產(chǎn)生重大影響。