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1、蓝牙技术概述 典型无线传输技术应用 课程教学资源 本节要点 学习情境内容 一 蓝牙技术的起源与发展 身边蓝牙产品 一 蓝牙技术的起源与发展 蓝牙 的由来 蓝牙 这个名字的来历颇具传奇色彩 公元10世纪的北欧正值动荡年代 各国之间战争频繁 丹麦国王哈拉德二世挺身而出 到处疾呼和平 经过他的不懈努力 战争终于停止 各方领袖坐到了谈判桌前 至此 四分五裂的挪威和丹麦得以统一 一 蓝牙技术的起源与发展 蓝牙 的由来 关于这位国王的名字有两种说法 一种说法是他的全名是HaraldBlatand Blatand在英语中意思为 蓝牙 Bluetooth 还有一种说法是这位英雄的丹麦国王酷爱吃蓝梅 以致于牙齿
2、都被染成了蓝色 因此 蓝牙 Bluetooth 成了他的绰号 一 蓝牙技术的起源与发展 蓝牙 的由来 1000年后的今天 瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小组 对移动电话及其附件的低能耗 低费用无线连接的可能性进行研究 他们的最初目的在于建立无线电话与PC卡 耳机及桌面设备等产品的连接 但是随着研究的深入 科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨大的商业潜力 同时也意识到凭借一家企业的实力根本无法继续研究 于是 爱立信将其公诸于世 并极力说服其他企业加入到它的研究中来 一 蓝牙技术的起源与发展 蓝牙联盟 他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术 并将此技术命名为 蓝牙
3、 来表达要将这种全新的无线传输技术在全球推广 并实现全球通用的雄心 1998年2月 瑞典爱立信 芬兰诺基亚 日本东芝 美国IBM和英特尔公司五家著名厂商 组成了一个特殊利益集团 有的译为特别兴趣小组 SIG SpecialInterestGroup 之后 蓝牙引起了越来越多企业的关注 一 蓝牙技术的起源与发展 蓝牙联盟 1999年11月 比尔 盖茨专程到拉斯维加斯一间只有11名员工的小公司访问 只因这家公司已研制成功一种含蓝牙技术的胸卡 随后 微软便宣布加入SIG 目前 包括索尼 惠普 戴尔在内的2500多家公司都签署了相关协议加入该组织 共享这一先进技术 而且数目还在不断的增长 从而在全球范
4、围内掀起了一股蓝牙热潮 这么多的精英公司集中在一项技术的大旗下 在商业史上是史无前例的 一项公开的全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持 也是以往所罕见的 一 蓝牙技术的起源与发展 1 蓝牙概述 蓝牙是一个开放性的无线通信标准 设计者的初衷是用隐形的连接线代替线缆 其目标和宗旨是 保持联系 不靠电缆 拒绝插头 并以此重塑人们的生活方式 它将取代目前多种电缆连接方案 通过统一的短程无线链路 在各信息设备之间可以穿过墙壁或公文包 实现方便快捷 灵活安全 低成本小功耗的话音和数据通信 二 蓝牙技术的概念与应用 蓝牙技术推动和扩大了无线通信的应用范围 使网络中的各种数据和语音设备能互连互通
5、 从而实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通信 蓝牙 技术的目的是使特定的移动电话 便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享 二 蓝牙技术的概念与应用 1 蓝牙概述 蓝牙 Bluetooth 技术 实际上是一种短距离无线电技术 蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音 数据和视频传输的 其传输速率最高为每秒1Mb s 以时分方式进行全双工通信 通信距离为10米左右 配置功率放大器可以使通信距离进一步增加 二 蓝牙技术的概念与应用 1 蓝牙概述 蓝牙产品采用的是跳频技术 能够抗信号衰落 采用快跳频和短分组技术 能够有效地减少同频干扰 提高通信的安全性 采用前
6、向纠错编码技术 以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰 采用2 4GHz的ISM 即工业 科学 医学 频段 以省去申请专用许可证的麻烦 采用FM调制方式 使设备变得更为简单可靠 蓝牙 技术产品一个跳频频率发送一个同步分组 每组一个分组占用一个时隙 也可以增至5个时隙 蓝牙 技术支持一个异步数据通道 或者3个并发的同步语音通道 或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道 蓝牙 的每一个话音通道支持64Kbps的同步话音 异步通道支持的最大速率为721Kbps 反向应答速率为57 6Kbps的非对称连接 或者432 6Kbps的对称连接 二 蓝牙技术的概念与应用 2 蓝牙频段 蓝牙技术使用全球通行的
7、无需申请即可使用ISM频段2 45GHz 若以2 45GHz为中心频率 在这个频段上最多可设立79个带宽为1MHz的信道 f 2402 kMHz k 0 78上下保护带分别为3 5MHz和2MHz 跳频次数为1600次 秒 625uS 采用跳频扩谱的低功率传输外 蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用 如前所述 蓝牙技术的初衷是无线互连小型移动设备及其外设 使它们之间的连接变得简单 容易 它的市场目标是笔记本 手机 耳机 小型的PDA及其外设 因此 蓝牙最普通的应用是替代PC机与打印机 鼠标 扫描仪 投影仪等外设的连接电缆 以及无线互连PDA 手机
8、以及PC机等 尤其是笔记本与手机利用蓝牙技术的互相连接 大大扩展了其各自的应用领域 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 更令人意想不到的是 越来越多的电子产品 甚至家电产品也集成了蓝牙技术 新的应用潜力也在不断地被开发出来 可以预见 蓝牙将会给人们带来新的自由和生活 蓝牙特殊利益集团 SIG 规范了蓝牙的各种应用模式 每一种应用模式对应一个 Profile 规范了相应模式功能和使用的协议 不同厂商产品只要遵循同样的 Profile 相互之间就能够互通 下面根据蓝牙SIG的规范 介绍其主要应用模式 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 1 对讲机未来采用蓝牙技术的移动电话将是 三合
9、一 即集移动电话 无绳电话 对讲机三种功能于一身 两个蓝牙设备之间在近距离内可以建立直接语音通路 比如两个蜂窝电话用户之间 通过蓝牙连接可以直接进行对话 这样移动电话就可以当对讲机用 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 2 无绳电话内置蓝牙芯片的移动电话 在室内可以用做无绳电话 通过无绳电话基站接入PSTN进行语音传输 从而不必支付昂贵的移动通话费用 当然在室外或途中仍作为移动电话使用 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 3 头戴式耳机采用蓝牙技术的头戴式耳机作为移动电话 个人计算机等的语音输入 输出接口 能够在保持私人通话的同时 使用户摆脱电缆束缚而有更大活动自由 二 蓝牙技
10、术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 4 传真采用蓝牙无线技术的移动电话或Modem 可以用做计算机传真Modem 以发送和接收传真信息 此时它们被称为 广域网数据接入点 与拨号网络应用模式相同 通常移动电话或Modem作为网关 笔记本电脑或台式机作为数据终端 网关提供传真服务 数据终端使用这种服务 两者之间没有固定的主从关系 但一般建立链路都由数据终端发起 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 5 局域网接入在这种应用模式下 多个数据终端使用同一个局域网接入点 LAP 以无线接入方式访问局域网 一旦连接成功 数据终端将能够访问局域网所提供的一切服务 就好像是通过拨号网络连接到该局域网一样
11、两个蓝牙设备之间也可以直接通信 类似于用一根电缆把两个PC机连接起来 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 6 文件传输蓝牙设备之间可以传送数据对象 这些设备可以是个人计算机 智能电话或者是PDA 数据对象可以是各种文件 比如Excel文件 PowerPoint文件 声音文件 图像文件等 用户可以浏览远端设备上文件夹内容 可以新建或删除文件夹 整个文件夹 目录或流媒体格式都可以在设备间传送 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 7 目标上传使用目标上传功能的设备主要是笔记本电脑 PDA和移动电话 一个蓝牙设备可以将目标上传至另一个蓝牙设备收件箱 其中 目标 可以是商业卡或者是某种委
12、任 Appointment 等 同样 一个蓝牙设备也可以从另一个蓝牙设备下载商业卡 两个蓝牙设备之间可以相互交换商业卡 此时往往先进行上传再进行下载 二 蓝牙技术的概念与应用 3 蓝牙应用模式 以上为蓝牙技术的几种主要应用模式 随着越来越多的制造商接受蓝牙技术并生产出越来越多的支持蓝牙的产品 新的 无法预料的蓝牙应用方式将会涌现出来 与其它技术一起 比如WAP等 蓝牙将会给人们日常生活带来深远的影响 可以说蓝牙技术是推动移动信息时代到来的关键技术之一 二 蓝牙技术的概念与应用 4 蓝牙应用实例 二 蓝牙技术的概念与应用 4 蓝牙应用实例 手机 二 蓝牙技术的概念与应用 4 蓝牙应用实例 二 蓝
13、牙技术的概念与应用 4 蓝牙应用实例 二 蓝牙技术的概念与应用 4 蓝牙应用实例 耳机 二 蓝牙技术的概念与应用 1 成本低为了能够替代一般电缆 它必须具备和一般电缆差不多的价格 这样才能被接受 也才能普及开来 蓝牙的最终目标是集成于单价为1 5美元的CMOS芯片 目前 蓝牙芯片价格降不下来 既有经济原因 也有技术原因 三 蓝牙技术的特点 2 功耗低 体积小蓝牙技术本来目的就是用于互连小型移动设备及其外设 它的市场目标是移动笔记本电脑 移动电话 小型的PDA以及它们的外设 因此蓝牙芯片必须具有功耗低 体积小的特点 以便于集成到小型便携设备中去 蓝牙产品输出功率很小 只有1mW 仅是微波炉使用功
14、率的百万分之一 是移动电话的一小部分 三 蓝牙技术的特点 3 传输范围及速率蓝牙技术通信距离为10m 如果需要的话 还可以选用放大器使其扩展到100m 这已经足够在办公室内任意摆放外围设备 而不用再担心电缆长度是否够用 蓝牙技术可实时进行数据和语音传输 数据安全性能高 理论上 蓝牙技术传输速率可达到1Mbps 但由于现实生活中存在着各种不同电磁的干扰 因此 实际传输速度一般只有50 100Kbyte s左右 三 蓝牙技术的特点 4 安全性同其它无线信号一样 蓝牙信号很容易被截取 因此蓝牙协议提供了认证和加密功能 以保证链路级的安全 蓝牙系统认证与加密服务由物理层提供 适合于硬件实现 密钥由高层
15、软件管理 除此之外 跳频技术的保密性和蓝牙有限的传输范围也使窃听变得困难 三 蓝牙技术的特点 5 支持多种工作方式蓝牙技术采用数据包形式按每时隙0 625ms传送 可支持实时的同步定向连接和非实时的异步不定向联接 蓝牙技术在完成单一语音传输时 蓝牙设备最多可同时支持三路全双工的话音通信 语音和数据同时传输或单一数据传输时 不仅可支持433 9kb s的对称全双工通信 还可支持723 2kb s 57 6kb s的非对称双工通信 尤其需要指出的是 后者特别适合蓝牙设备对Internet的无线访问 三 蓝牙技术的特点 6 传输可靠性高蓝牙技术为了提高数据传输的可靠性 还采用了冗余校验技术 CRC
16、CyclicRedundancyCheck 前向纠错技术 FEC ForwardErrorCorrection 以及自动重传请求 ARQ AutomaticRepeatRequest 三 蓝牙技术的特点 1 主设备与从设备 在通信过程中 主动提出通信要求的设备被称为主设备 被动进行通信的设备被称为从设备 使用蓝牙技术的主设备最多可同时和256个从设备保持同步 并完成和7台从设备之间的通信 这里需要注意的是 使用蓝牙技术的从设备之间通信的唯一途径是通过主设备进行转发 四 蓝牙技术的网络结构 四 蓝牙技术的网络结构 2 微网与扩散网蓝牙支持点到点和点到多点的连接 可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微微网 Piconet 多个微微网又可互连成特殊分散网 形成灵活的多重微微网的拓扑结构 从而实现各类设备之间的快速通信 Master ActiveSlave ParkedSlave Standby 四 蓝牙技术的网络结构 2 微网与扩散网 它能在一个微微网内寻址8个设备 其中1个为主设备 7个为从设备 蓝牙是一种低功耗的无线技术 当检测到距离小于10m时 接收设备可动态调节功率 当业务量减小或停
