蓝牙技术的应用_赵海燕.docx

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1、蓝牙技术的应用 北京邮电大学 赵海燕 北京理工大学 孙娱 摘要 文章简要介绍了一种短距离无线连接技术 蓝牙技术的应用。蓝牙技术是近几年出现的一 种工作在 2. 4G的 ISM频段的无线连接技术，它用无线接口取代现有的有线电缆在各种数据设备间传输数据。 蓝牙的应用很广，该文着重阐述了几个蓝牙应用模型：蓝牙耳机应用，蓝牙无绳电话应用，蓝牙传真应用， 蓝牙拨号网络应用及蓝牙文件传输应用。根据蓝牙应用模型，该文介绍了蓝牙在实际生活中的商业应用：蓝 牙耳机，蓝牙无绳电话，无线调制解调器，支持蓝牙的计算机及其他外设。最后，文章指出了蓝牙发展应 用中有待提高的几点技术缺陷。 关 键 字 蓝 牙 技术 蓝 牙

2、应 用 无 线 通 信 1蓝牙技术概述 BLUETOOTH技术是一种正在发展中的短距离无线 连接技术，它可以取代现有的移动电话 ,PC及其外围设 备 (如鼠标、键盘、打印机、传真机、扫描仪等设备 )上 的有线接口。推动这项技术的 BLUETOOTH特殊利益集 M1 (SIG-special Interest Group)由爱立信、 IBM、 东 芝等多家电子、电脑及通信业厂商在 1998年发起。 Bluetooth SIG已经提出了 BLUETOOTH规范， R前的 版本是 1. 1。 BLUETOOTH工作在 2. 4G的 ISM频段 (工业、科学 和医疗频段 )。采用了 BLUETOOTH

3、技术的设备将能够提 供高达720kbit/s的数据交换速率。 BLUETOOTH技术 还采用了跳频技术来消除干扰和降低衰减 。 BLUETOOTH 设备功耗低，发射范围一般可达 10米。当检测到距离 小于 10米时，接收设备可动态调节功率。当业务量减 小或停止时， BLUETOOTH设备可以进入低功率工作模 式。 BLUETOOTH可以随时随地用无线接口来代替有线电 缆连接，具有很强的移植性。 BLUETOOffl体系结构中的协议模型可分为以下儿层： *物理层 :物理层就是 BLUETOOTH的无线接口 M。 这个无线接口层的射频系统是跳频系统。 *核心协议：基带协议 (Baseband)、

4、LMP、 L2CAP、 SDP 等。 *射频通信协议： RFC0MM。 *电话传送控制协议： TCS二进制协议、 AT命令 集等。 *应用协议（可选协议 )： PPP、 UDP/TCPP、 OBEX、 vCard/vCarl、 FAX、 PAN 等。 2蓝牙的应用模型 蓝牙的应用有很多，主要涉及手机之间，电脑之 间，手机与各种外设之间的数据通信。 2.1几个基本的蓝牙的应用 *蓝牙的所有应用都基于 GAP (General Access Profile)。 通过 GAP,可以设置蓝牙设备的各种状态， 设置服务发现模式，安全模式及是否需要加密。 * 服务发现应用 （ Service Discov

5、ery Application Profile) 也是蓝牙中一个基本应用。一台 设备可以通过设备发现应用来发现其它设备所能提供的 服务。 卜 图为蓝牙服务发现应用的一个配置。笔记本电 脑必须先通过服务发现应用发现其它蓝牙设备所提供的 服务，进而才能应用这些服务。 *串 U应用 （ Serial Port Profile)也是蓝牙应 用的基础，大部分数据都通过虚拟串口来传输。 * 般对象交换应用 （ Generic Object Exchange Profile)是文件传输应用的基础。 2.2蓝牙的耳机应用 （ Headset Profile) 蓝牙耳机应用定义了实现耳机模型设备的协议和 过程。

6、最普遍的蓝牙耳机应用是无线耳机，个人电脑 图 i蓝牙服务发现应用 和蜂窝电话。 蓝牙耳机语音设备的输入输出机制通过无线连接 实现 ,它可以提供全双工语音通信。蓝牙耳机的应用使 耳机和声源之间省去线的牵连， 进而使携带和使用更加 便利。 耳机应用协议主要应用显示如图 2、图 3所示。 释放时，耳机断开连接。 SCO连路一旦建立，有效的 通话就存在于连路的两个方向上。 *耳机应用仅仅提供与语音网关的基本互操作，而 无法处理多个呼叫。 *耳机应用的用户界面的基本要求是能识别一个用 户的通话发起动作，例如一个按键动作。 *耳机使用语音网关服务时 ,建立连接的安全性取 决于用户的要求。如果用户应用希望加

7、强设备间的安 全，可以使用鉴权和 (或 )加密来建立设备间连接。如 果用户应用无此要求，设备间可建立无安全性要求的 连接。如果基带希望鉴权和加密，两台设备间必须建 立有安全性要求的连接。 2.3蓝牙无绳电话的应用 无绳电话应用定义了实现 “ 三合一 ” 电话的协议 和过程。 “ 三合一 ” 电话是一个扩充手机的操作模式 的解决方案。手机使用蓝牙技术可以在一定范围内通 过一个基站接入固定电信网络服务。 “ 三合一 ” 的蓝 牙电话可被用于住家或小型办公环境。例如当用户走 入家中，他的蓝牙手机可设成家中蓝牙坐机的分机， 自然也节省了话费。另一应用是在两个手机间使用直 接的内部通信呼叫，实现步话机的

8、功能，当离开这个 小环境时，手机可自动切换到移动基站 上使用，从而 使蓝牙的无绳电话实现了 “ 三合一 ”的应用。 图 4显示了无绳电话所使用的系统配置。 蓝牙耳机应用中，有两种设备：语音网关 (Audio Gateway简称 AG)和蓝牙耳机。语音网关的典 型实例是蓝牙手机和蓝牙 PC机。 蓝牙耳机应用模型有以下特点： *在耳机和手机 (AG)之间同一时刻只支持一条语 音连接， AG控制 SCO连路的建立和释放，耳机直接连接 到由SCO连路建立起来的内部语音流上，当 SCO链路 图 4蓝牙无绳电话应用配置 无绳电话应用中主要有两种设备：网关和终端。 *网关是外部网络同蓝牙内部网络的交接点。它

9、负 责处理所有同外部网络的电话有关的呼叫，包括呼入和 呼出。典型的网关有 PSTN家庭基站， ISDN家庭基站， GSM、 网关，卫星网关等。 *终端是无线用户终端，它可以是无绳电话，具 有无绳电话功能的手机，还可以是电脑。 无绳电话应用支持一个网关 (GW)和不多于 7个终 端设备 (TLs)的拓扑结构，组成微微网。实现下列功能 : *终端可以和网关建立连接，终端通过网关可以 接听外部网的呼入，也可以经过网关呼出到外部网。 *可在两个终端间进行直接呼叫。 *可以使用外部网提供的附加服务。 GW通常是微微网中的主设备，作为主设备 ,GW将 控制 TL的能量方式，并可将消息广播到 TL上。一个微

10、 微网之外的 TL周期地查询 GW， 期待与之相连，而 GW尽 可能多提供空闲能量允许漫游的 TL尽快与之相连。当 TL和 GW成功相连后就完成了一个主从模式的建立 ， GW 为丰设备。当微微网中的某个 TL不再使用时，它处 于 #停模式。 GW处于激活状态时， TL才能接收和发 出呼叫。语音通过 SCO链路传输。出于安全目的 ， TL 和 GW建链使用鉴权过程，所有的用户数据都被加密。 蓝牙无绳电话作为内部通信使用时，通信双方的 地位是完全平等的，没有主从之分，都作为 TL设备。使 用内部通信应用的典型配置如图 5所示。 通话中的两个手机，仅仅使用蓝牙进行直接连接。 当一个终端想与另一终端建

11、立内部通话时，具有 以下特性： 内部通信的发起方必须获得接收方的蓝牙设备 地址。 此应用没有强制规定使用特定的某一个的安全 模式，如果通话的任何一方想加密，则将进行鉴权来 建立一个连接。 发起者建立链路和信道，基于任何一方的安全 要求，可以进行鉴权和加密。 建立起内部通信呼叫，可进行通话。 (5) 当内部通信呼叫被清除时，信道和连路也向时 被释放。 2. 4蓝牙的传真应用 传真应用是用蓝牙设备实现传真模型，例如一台 电脑用一个蓝牙手机或调制解调器作为无线传真调制解 调器收发传真信息。 图 6、图 7是两个典型的蓝牙传真机应用配置 图 6传真应用的配置 方式 1:蓝牙手机作为无线传真调制解调器

12、图 7传真应用的配置 方式 2:调制解调器作为无线传真调制解调器 传真应用中有两种蓝牙设备： *网关：网关是提供传真服务的设备，它相当于 传统的调制解调器系统结构中的数据通信设备。典型 的可作为网关的设备有手机和调制解调器。 *数据终端：数据终端是使用网关提供的传真服 务的设备，它相当于传统的调制解调器系统结构中的 数据终端设备。典型的数据终端设备有笔记本电脑和 台式电脑。 现举例说明一个 DT如何与 GW进行传真业务的交互。 DT必须获得 GW的蓝牙地址。 传真应用必须使用鉴权建立一个安全连接， 所有传输的用户数据必须通过基带 /LMP加密机制进行 加密。 由 DT方进行连路的初始化的建立

13、没有固定的主从之分。 (5) 传真机呼叫被建立。 (6) GW和 DT提供串口仿真，因此使用相应的串口 协议，使用串口仿真来传输用户数据， DT和 GW间的 modem控制的信号和 AT命令，由 GW分析 AT指令弁把 响应发送给 DT。 (7) 可选择通过 SCO连路传输传真的声音回馈。 (8挡传真呼叫被清除时，信道和连路也同时被释放。 2.5蓝 牙 拨 号 网 络 应用 （ Dial Up Networking Profile) 拨号网络应用是用于实现互联网网桥的一种应用。 最常见的拨号网络设备有调制解调器和蜂窝电话。 拨号网络在使用中主要有如图 8、图 9所示的两种 配置。 图 8拨号网

14、络应用配置 方式 1:蓝牙手机作为无线调制解调器 图 9拨号网络应用配置 方式 2:无线调 制解调器 在拨号网络的应用中主要有以下两种角色： (l)Gateway(GW)网关。网关是提供接入到公共 网络服务的设备。典型的网关是蜂窝电话和调制解调 器。网关相当于传统的调制解调器系统结构中的数据 通信设备。 Data Terminal (DT)数据终端。数据终端是使 用网关的拨号网络服务的设备。典型的数据终端是笔记 本电脑和台式电脑。数据终端相当于传统的调制解调器 系统结构中的数据终端设备。 应用拨号网络主要有以下两种情况： 用户主要使用数据终端通过网关 (无线调制解调 器 )连接到一个因特网拨号

15、接入服务器或使用其他接入 服务。 用户还可使用数据终端通过网关接收数据电话。 在数据终端第一次使用网关的服务之前，数据终 端和网关都要进行硬件的初始化。在发起和接收电话 之前必须建立一条链路，链路的建立通常是由数据终 端发起的。传输语音使用一条 SCO链路。数据终端和 网关都用串口应用提供了串口仿真。串口仿真用来在 数据终端和网关之间传输用户数据，调制解调器命令 和 AT命令。网 关负责解析 AT命令并把相应的应答发 送回数据终端。基于安全的原因，拨号网络应用使用 了验证的技术，所有的用户数据都被加密传输。 2. 6蓝牙文件传输应用 （ File Transfer Profile) 文件传输应

16、用定义了文件传输所需的各种协议和 过程。文件传输应用基于一般对象交换应用 (G0EP)定义 了应用文件传输的互操作性需求。最常见的使用文件传 输应用的设备有台式电脑，笔记本电脑 ， PDA等。 文件传输应用主要使用于下列情况： *第一种情况是使用一台蓝牙设备 (例如一台笔记 本电脑 )浏览另一台蓝牙设备上的对象存储 (例如文件系 统 )。例如一台电脑浏览另一台电脑上的文件以及整个 文件系统的数结构。 *第二种情况是在两台蓝牙设备间传输对象 (文件 和目录）。例如，一台电脑拷贝另一台电脑上的文件。 *第三种情况是用一台蓝牙设备操作另一台蓝牙 设备上的对象 (文件和目录 ）， 包括删除对象，添加新

17、 的目录等。 使用对象传输应用主要如图 10所示。 使用对象传输应用定义了两种设备： 客户端客户端是指发起操作的一端。它从服务 器端取或向服务器端传送对象。客户端必须能够把服务 器端特定格式的文件目录正确的读取出来并显示给用 户。 服务器端：服务器是一个能提供对象交换服务 器和目录浏览能力的远端蓝牙目标设备。服务器端的目 录格式必须符合特定格式。 在实际的应用中，客户端和服务器端必须满足以 下要求： *在使用客户端浏览服务器端的存储时，客户端 读取和解析服务器上的文件系统。服务器能够响应来 自客户端的读取文件系统的请求，服务器必须提供一 个根目录以供客户读取。 *在使用客户端传输文件和目录对象

18、时，客户端 对文件必须支持双向的操作，即从职务器读取和向服 务器传送，对目录并不要求支持 上述操作。服务器可 以只支持文件读取，传送，或者两者都支持。服务 器允许设定某些目录和文件是只读的，从而限制客户 端的传送。服务器端可以不支持目录的读取和传送。 *在使用客户端在服务器上创建目录和删除对象 (目录和文件 ） 时，客户端可以不支持这项功能。服务 器可以通过设置目录和文件的只读属性来限制客户的这 项功能。 * 一台使用文件传输应用的设备必须具有客户端 的能力或服务器端的能力，也可两者都具备。 3蓝牙产品在实际生活中的应用 蓝牙产品的出现给人们的日常生活带来了很大的 方便，使人们可以脱离各种繁琐

19、的电缆，实现无线的个 人通讯环境。这些无线电产品使用着全球范围内提供 的频谱资源，几乎可以在任何地点工作。用户无需购 买、携带或连接电缆，即可简单方便地连接一大批计 算机和电信设备。此外，蓝牙还使高速的特殊连接， 甚至设备间的自动连接成为可能，从而免除了对额外 或专用电缆的需求。对于支持蓝牙的计算机，蓝牙规 范接口可以直接集成到笔记本电脑或者通过 PC卡或 USB接口连接。对于支持蓝牙的手机和其它设备，蓝 牙芯片可以直接集成到设备中或通过附加设备连接。 蓝牙手机：利用蓝牙无绳电话应用模型可以大大 的改进现有的手机，使手机变为一个 “ 三合一 ” 的 产品。在办公室里或家中，蓝牙手机可以作为一部

20、蓝 牙座机的无绳电话使用，不用双向收费，节省了手机 费用，当离开屋子一段距离后便自动切换至无线网络 基站上。两台蓝牙手机在一定的距离内还可作为步话 机使用，而无须通过无线网络基站进行联络。只要在 手机中内置相应的蓝牙芯片就可以完成相应的功能。 蓝牙耳机：利用蓝牙耳机应用模型生产的蓝牙无 线耳机体积小，轻巧，使用方便。将蓝牙耳机放置到耳 中，就可以接听支持蓝牙耳机应用的手机的电话，在通 话时就可以把手机放在口袋中，将双手解放出来，甚至 只需按一下耳机上的一个按钮就可以接听电话。同时， 蓝牙耳机的发射级数远远低于普通手机的耳机，有利于 人体健康，特别是使用手机频 率高的人群。蓝牙耳机还 可应用于电

21、脑、 CD机、 MP3播 机等其他可以播放和接 收语音设备上 ,取代有线耳机和话筒。极大的方便了人 们的生活。 手机与计算机相连 :手机与个人电脑之间的数据传 输也是蓝牙在手机上的一个重要应用。目前手机与计 算机多数通过红外线或是 RS232串口线来相连，用蓝 牙取而代之，不仅方便而且数据传送的速度也有保 证。蓝牙手机可以作为计算机的无线调制解调器，使 计算机拨号上网和收发传真。 计算机与外设相连：计算机与外设之间也可以通 过蓝牙进行控制信号和数据的无线传输。打印机，键盘， 鼠标都 可以支持蓝牙，成为无线的可移动外设。各种家 电也可支持蓝牙应用，从而实现家庭无线网络。 计算机间的数据传输：利用

22、蓝牙文件传输应用模 型，可使两台电脑之间在近距离内实现高速，安全的数 据传输，省去了连接电脑之间烦琐的数据线，也不必 使两台笔记本的红外端口对准才能传输，极大的方便 了用户。 同步资料：利用蓝牙的同步应用模型，可以实现 手机，笔记本电脑， PDA之间个人管理信息，时间 信息等的同步更新。 蓝牙还可应用于数码相机，数码相机拍摄完成后 的影像传至蓝牙手机可直接送至全世界任何一个角落， 对记者来说特别需要 这个功能。还可以直接将影像送入 蓝牙打印机，即拍即现。蓝牙圆珠笔，支持蓝牙的白板 纪录仪、投影机等都大大简化了会议室的设备。 蓝牙的出现，能够使蜂窝电话系统、无绳通信系 统、无线局域网和互联网等现

23、有网络增添新功能，使 各类计算机、传真机、打印机设备增添无线传输和组 网功能，使个人局域网的实现成为可能，在家庭和办 公自动化、家庭娱乐、电子商务、无线公文包应用、 各类数字电子设备等场合开辟了广阔的应用。 虽然蓝牙的应用有广阔的应用前景，但它仍然是 一个还不成熟的技术，有许多尚未解决的问题，比如说 安全性，稳定性 ，抗千扰能力以及不同设备之间的互连 互通性都有待提高。 X 参考文献 1 金纯，许光辰，孙睿 .蓝牙技术 .北京：电子工业出版社， 2 001 2 Bluetooth SIG.Specification of the Bluetooth System, Specification Volume 1 3 Bluetooth SIG.Specification of the Bluetooth System, Specification Volume 2