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蓝牙核心协议及系统容量分析
蓝牙技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低成本、微功率、小体积等优点，是一项开放性的技术，蓝牙技术开发的初衷是为实现电缆替代，从而使得各种便携电子设备、计算机外围设备和信息家电等智能终端间的组网与通信更加自由便捷。由于人们工作的迫切需求，1999年蓝牙规范发布之后，蓝牙技术得到了全球各界空前的广泛关注。随着技术的发展和深入，它的应用已经或将扩展到信息家电、计算机、交通、医疗、工业控制等更广泛的领域。　　蓝牙技术的规范是由蓝牙特殊利益集团制定的，其目的是使符合该规范的各种应用之间能够互通，本地设备与远端设备使用相同的协议，不同的应用所用的协议不尽相同。但所有的蓝牙应用都要用到蓝牙技术规范中的核心协议。　　蓝牙系统的网络结构有两种，即微微网和散射网。其中微微网是中心设备驱动系统，只允许同时有1个主设备与7个从设备处于工作状态，并且在信道中存在专用于语音传输的保留时隙及可变长度的数据包。因此，需要更好的算法优化系统性能。在蓝牙分散网中，某些节点能同时连接多个微微网，但是蓝牙节点是采用时分复用的方式连接这些微微网的，在某时刻它只能参与到其中的一个微微网中。这种节点必须运行合适的微微网间调度算法来实现节点在不同微微网的存在，使数据能有效地在分散网中传递。因此，如何有效地增加蓝牙系统的容量必须深入加以分析。　　本论文主要分析蓝牙核心协议，包括基带规范(BB，Base band Specification)、链路管理协议(LMP，Link Management Protocol)、逻辑链路控制与适配协议(L2CAP，Logical Link Control and Adaptation Protocol)和业务发现协议(SDP，Service Discovery Protocol)，并在此基础上分析两种自适应算法，实现基于蓝牙协议的无线数据传输。　　其中一种算法为基于蓝牙基本连接模式的自适应微微网内调度算法。另一种算法为一种基于监听模式的自适应微微网间调度算法。并且通过对算法仿真结果的分析，证明算法能有效地提高网络吞吐率，降低设备能量消耗，改善网络性能。　　
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万方数据电子出版社<input type="hidden" name="content" value=" " />蓝牙技术专题-蓝牙的优势在于组网
您的位置：技术专题&蓝牙技术专题 本文发布时间：2001.
蓝牙的优势在于组网
蓝牙技术的问世旨在使无线网络无处不在，使经济实用的单片无线电装置真正无处不可使用。但是，从网络管理的角度看，我们还必须了解蓝牙技术的优缺点。从优点方面看，蓝牙技术至少应在一定程度上使大多数办公室不再需要密布管线。但是，蓝牙系统的缺点是要占用大量的频谱，从而侵占其他无线局域网的宽带。
目前，有的网络设计人员也许对蓝牙技术未置可否。但是，大多数网络设计人员将最终面对它。蓝牙技术尽管常常被一些媒体作为个人用户使用的装置加以宣传，但它也将向企业用户渗透。3年前，许多IT部门认为，他们可能不支持Palm
Pilot和其他PDA，但用户却“我行我素”，并开始使用这种装置。在今后3年内，蓝牙技术将经历同样的发展历程。
无线组网新技术
蓝牙特别行业集团(SIG)于1999年12月发布了蓝牙技术规范第1版。从本质上说，“蓝牙”技术是一种组网规范，旨在对移动计算机、PDA、移动电话，以至短电缆连接的诸多装置提供无线话音和数据连接。
蓝牙装置采用类似其他个人区域网(PAN)技术组成微微网(piconet)，即邻近用户或无线装置使用的小网。其目前的标准配置，通信距离为10米，但在未来外接功率放大器，通信距离将扩大到100米。建立网络连接的装置将成为主台，所有其他装置将用作属台。各种移动装置可以在多个微微网中注册，而在一个微微网中任何时候都可使用8种移动装置。
蓝牙装置使用跳频扩频(FHSS)调制，在1MHz带宽内有79个跳频信道，跳频速率为1600跳/秒，能够支持1个异步数据信道，3个同时同步话音信道，或1个同时支持异步数据和同步话音信道。话音信道速率为64Kbps，而数据信道可支持全双工432Kbps的数据率。
蓝牙装置具有认证和加密功能。目前，加密密钥长度为64位。2000年底，个人用户使用的具有加密功能的装置已在美国亮相。
多种组网应用
蓝牙技术是为移动装置之间的自动通信设计的，具有多种组网功能。首先，蓝牙系统可组成个人区域网(PAN)。这些个人区域网不同于传统的无线局域网，它是围绕用户而建立的，可连接用户随身携带的每一种装置。蜂窝电话、个人数字助理(PDA)
或膝上计算机将能够与用户家里的电冰箱或空调、办公室的安全系统以及其他人的装置通信。
其次，蓝牙微微网由8个节点或少于8个节点组成，1个微微网的通信距离是有限的，但几个微微网连接在一起可以组成一个辐射网，而辐射网的连接范围是无限的。一个微微网尽管由8个节点组成，但它允许入网用户携带更多的装置，使用户在网络中能够灵活地同他人通信或获取其他信息。
PAN不同于无线局域网的再一个特点是数据率低，蓝牙的最大数据率仅1Mbps，除去协议开销外，实际通信数据率为780Kbps，在没有其他干扰的环境中，每增加1个微微网，数据率只减少1.3%，而且这一数据率为整个微微中各种装置所共享，许多微微网中各种装置还可以使用相同的无线电波。
蓝牙的780Kbps可以分解成多种传输方式，其中心协议，即逻辑链路控制和自适应协议(L2CAP)支持两种数据传输方式。一种是基于以太网的无连接分组交换异步链路(ACLS)，它可使单向传输非对称数据率达到722Kbps。另一种是基于全球移动通信系统(GSM)
的面向连接的线路交换同步链路(SCO)，它提供128Kbps的双工信道。单个微微网能够把上述两种传输方式组合在一起，或把整个频带专用于一种传输方式。如果选用SCO链路，则有3个独立信道可供使用。
抗干扰独领风骚
尽管蓝牙技术目前的通信距离只有10米，但一些厂商对这一技术抱欢迎态度，原因在于通信距离短可以节省功率和避免干扰。这是蓝牙技术的一种重要优点。
蓝牙系统毕竟不是工作在2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频段的第一个系统，某些无绳电话、无线本地环和大多数无线局域网都使用ISM频段，所以ISM频谱已变得相当拥挤。因此，使用ISM频段的任何系统都会遇到干扰，原因在于医疗扫描仪、加热器等装置会产生辐射；
而蓝牙系统使用非常广泛，它不仅用在干扰相对较小的办公室或工作间，而且要连到微波炉一类的干扰源上。所以，蓝牙系统在设计上比无线局域网具有更强的抗干扰能力。这一特点进一步证明了蓝牙技术之所以受欢迎的真谛所在。
像许多无线系统一样，蓝牙是以跳频技术作为波形调制技术。顾名思义，它是在不同的频率之间迅速跳变频率；倘若在一个频率上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频率上工作。如前所述，蓝牙技术把ISM频段分割成79个跳频信道，以每秒1600次的伪随机跳频波形，在79个信道之间改变频率。与其他的跳频系统相比，蓝牙系统的跳频速率是非常之快的，这使蓝牙系统在抗干扰方面具有其他系统无可比拟的优势。
跳频技术的一个显著特点是，在一个跳频系统中遇到干扰的任何一跳，都会丢失这一跳期间所发送的数据分组。这就是说，如果蓝牙的79个信道中1个信道被另一种系统或另一个蓝牙微微网所使用，79个信道每跳变一次仅丢失一个数据分组；但是，假若某个系统的跳频速率低，例如仅为每秒50跳，那么蓝牙系统每跳频一次，该系统就会遇到一次干扰，从而丢失每一个数据分组。这也证明了蓝牙技术在抗干扰方面的突出优点。
这里，我们可以拿蓝牙与IEEE 802.11b无线局域网标准作个比较。IEEE 802.11b不采用跳频技术，它只是在同一时间，在几个频率上传送数据，这就使得802.11b对蓝牙系统的干扰比慢跳频系统略为厉害一点，但是，802.11b的收发信机靠近蓝牙系统时仍会受蓝牙系统的干扰。然而，802.11b是为较远距离的高速连接设计的，而蓝牙是用于近距离通信的，802.11b使用的场合与蓝牙不同，所以它不受蓝牙系统的干扰是完全可能的。因此，业界人士认认为，除在物理层外，这两种技术不会产生冲突。
不过，最近的测试证明，除非两部802.11b收发信机设置在彼此相距3米以内，其信号强度达到不受干扰的程度，否则还是会受蓝牙系统的干扰而降低其性能。鉴于这种情况，采用802.11b标准的公司已采用了一些对付蓝牙技术的策略。这种策略在当前可能奏效，
但当蓝牙技术的普及率达到SIG的预期程度时（据美国一家战略研究公司预测，到2002年，蓝牙通信机芯片将达5000万片，到2005年将超过6亿片），这些对策是不可能行得通的。
因此，业界人士提出了一个解决这个问题的方案，即TrueRadio解决方案。该方案的要旨是，把蓝牙和802.11b芯片组集成在一起。经过集成的芯片将协调信号传输，以使干扰减少到最小，而两个系统都发挥其全部潜力。
还有一种解决方案是把蓝牙技术与802.11b或HomwRF等其他无线接入加以组合，同样达到协调传输、减少干扰的目的。
在竞争中奋进
蓝牙技术所面临的问题不仅仅是争用无线频谱，它还要避免以前试图打入同一市场的红外数据协会(IrDA)所犯的同样的错误。业界大多数人认为，IrDA是建立在相对不确定的原则基础之上的，由于互通性难以实现，所以一开始就出师不利，以致许多厂商中途退出。
蓝牙技术吸取了IrDA的教训，制定了严格定义的标准，避免了IrDA的前车之鉴。蓝牙标准包括严格定义的应用程序，其协议栈采用了其他协议某些业已证明的技术，包括IP和IrDA协议，并注意了兼容性要求。为此，符合蓝牙标准的装置必须执行5种核心协议，而且至少支持一种应用。
目前的蓝牙技术标准称之为“规范概要”，它包括通用接入、业务恢复应用、无绳电话、互通、串行口、头戴耳机、拨号组网、传真、局域网接入、通用对象交换、对象传送、文件传递和同步等13种规范概要，每一种规范概要管理一种特殊功能。例如，局域网接入规范管理蓝牙如何进行IP数据组网，使PC或智能电话彼此组成小型无线内部网。它还被接入点用于连接固定网络（局域网或Internet）。尽管大多数接入点将是基于以太网的，但它们将起路由器的作用，而且还可以为令牌环或同步光纤网(SONET)等建立IP路由。业界人士认为，局域网接入规范概要将是最有用的蓝牙规范概要，它最终将用于IP话音和基于Internet的家用电器。
蓝牙系统的未来版本将更加复杂，需要对新的应用增加更多的规范概要，但是蓝牙SIG认为，严格定义的标准必须保证兼容性，而且是模块式的，也就是说许多规范概要可以重复使用相同的代码。
有趣的是，蓝牙技术以IrDA的教训为戒，而反过来又使IrDA成为竞争对手。业界人士认为，蓝牙激发了人们对近距离无线通信的兴趣，而IrDA发展速度更快，价格更低廉。尽管蓝牙价位定位为几美元，而红外收发信机的价格已降到几美分，IrDA将成为蓝牙的不可小觑的竞争对手。
无限风光在险峰
当前，蓝牙技术正通过其核心规范和蓝牙SIG的协商一致，解决互通问题，并通过新型认可程序增强互通性。除此之外，还将解决制造单片无线电机的技术难题，并着重解决以一种可为用户接受的价格大量生产这种装置的问题。因此，尽管有不少人对蓝牙持观望态度或等待，但不会长久等待，何况大多数企业和用户表示支持蓝牙技术，并作出了应用这一技术的某种承诺。
不过，在蓝牙前进的路上仍旧会荆棘丛生。例如，微软很晚才加入蓝牙SIG，而且仍然不支持任何开放系统技术。Windows的现有版本未使用蓝牙技术，也未计划在Windows
2000或Windows Me系统未来的服务组件中采用这一技术。尽管如此，微软第一个桌面操作系统Whistler将内置蓝牙技术，该系统将随Windows
2000一起发布，销售对象将全方位瞄准企业和个人用户。
业界人士认为，尽管蓝牙技术比人们当初想象的更复杂，但所有的问题都是可以解决的。SIG预计蓝牙产品将在2001年大量面市，而且到年底，上市产品将达1亿台。
综上所述，业界众多厂商仍旧看好蓝牙技术，认为该技术尽管不会给通信业带来革命性的变化，但它会冲破重重艰难险阻，终归会取得成功，攀登上风光无限的顶峰，尤其是在组网方面，将给人以新的启示。
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