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Bluetooth蓝牙-物联网通信组网技术

蓝牙技术(Bluetooth)是由东芝、IBM、Intel、爱立信和诺基亚于1998年5月共同提出的 一种近距离无线数字通信的技术标准。一种无线通讯技术标准,用来让固定与移动设备,在短距离间交换资料,以形成个人局域网(PAN)。其使用短波特高频(UHF)无线电波,经由2.4至2.485 GHz的ISM频段来进行通信。1994年由电信商爱立信(Ericsson)发展出这个技术。它最初的设计,是希望创建一个RS-232数据线的无线通信替代版本。它能够链接多个设备,克服同步的问题。
Bluetooth一种无线通讯技术标准

Bluetooth技术是低功率短距离无线连接技术,能穿 透墙壁等障碍,通过统一的无线链路,在各种数字设备之间实现安全、灵活、低成本、小功率 的话音和数据通信。其目标是实现最高数据传输速度lMb/s(有效传输速度为721kb/s)、 最大传输距离为 10m,采用 2. 4GHz 的 ISM(Industrial Scientific and Medical,工业、科学、 医学)免费频带不必申请即可使用,在此频段上设立79个带宽为1MHz的信道,每秒频率 切换1600次、扩频技术来实现电波的收发。
Bluetooth技术是一种短距离无线通信的技术规范,具有Bluetooth体积小、功率低优 势,其被广泛应用到各种数字设备中,特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便 携设备。Bluetooth技术的特点如下:
(1) 全球范围适用。Bluetooth工作在2. 4GHz的ISM频段,全球大多数国家ISM频 段的范围是2. 4〜2.4835GHz,是免费频段,使用该频段无须向政府职能部门申请许可证。
(2) 可同时传输语音和数据。Bluetooth采用电路交换和分组交换技术,支持一路数据 信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为 64kb/s,语音信号编码采用脉冲编码调制PCM或连续可变斜率增量调制(CVSD)方法。当 采用非对称信道传输数据时,速率最高为721kb/s,反向为57. 6kb/s;当采用对称信道传输 数据时,速率最高为342.6kb/s。Bluetooth有两种链路类型:同步定向连接(SCO)链路和 异步无连接(ACL)链路。
(3) 可以建立临时对等连接。根据Bluetooth设备在网络中的角色,分为主设备和从设 备。主设备是组网连接主动发起请求的Bluetooth设备,几个Bluetooth设备连接成一个皮 网(piconet,微微网)时,其中只有一个主设备,其余的都为从设备。皮网是Bluetooth最基 本的一种网络形式,最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点通信连接。
Bluetooth设备在网络中的角色
(4) 具有很好的抗干扰能力。在ISM频段工作的无线电设备有很多,如无线局域网 (WLAN)、家用微波炉等产品,为了很好地抵抗来自这些设备的干扰,Bluetooth采用了跳 频方式来扩展频谱。将2. 402〜2.48GHz频段可以分成79个频点,相邻频点间隔为1MHz, Bluetooth设备在某个频点发送数据之后,再跳到另一个频点发送,而频点的排序是伪随机 的,每秒频率可以改变1600次,每个频率持续约625/is。
(5) 体积小,便于集成。个人移动设备的小体积决定了嵌入其内部的Bluetooth模块体 积更小。
(6) 低功耗。Bluetooth设备在通信连接(ConneCTIon)状态下有四种工作模式,分别是 呼吸模式(Sniff)、激活模式(Active).保持模式(Hold)、休眠模式(Park)o激活模式是正常 的工作状态,另外三种是为了节能所规定的低功耗模式。
(7) 开放的接口标准。SIG为了让Bluetooth技术的使用推广开来,将Bluetooth的技 术标准全部公开,全世界范围内任何单位、个人都可以进行Bluetooth产品的开发,只要能 通过SIG的Bluetooth产品兼容性测试,就可以推广市场。
(8) 成本低。随着市场需求的不断扩大,各个供应商纷纷推出自己的Bluetooth芯片和 模块,致使Bluetooth产品的价格飞速下降。
Bluetooth技术规定每一对设备之间必须一个为主设备,另一个为从设备,才能进行通 信,通信时,必须由主设备进行查找,发起配对,建链成功后,双方即可收发数据。理论上,一 个Bluetooth主端设备,可同时与7个Bluetooth从端设备进行通信。一个具备Bluetooth 通信功能的设备,可以在两个角色间切换,平时工作在从模式,等待其他主设备来连接,需要 时,转换为主模式,向其他设备发起呼叫。一个Bluetooth设备以主模式发起呼叫时,需要 知道对方的Bluetooth地址,配对密码等信息,配对完成后,可直接发起呼叫。
Bluetooth主端设备发起呼叫,首先是查找,找出周围处于可被查找的Bluetooth设备。主 端设备找到从端Bluetooth设备后,需要从端设备的PIN码才能进行配对,也有设备不需要输 入PIN码。配对完成后,从端Bluetooth设备会记录主端设备的信息,此时主端即可向从端设 备发起呼叫,已配对过的设备在下次呼叫时,就不必再重新配对。已配对的设备,作为从端的 Bluetooth耳机也可以发起建链请求。主从两端之间在链路建立成功后即可进行双向的语音 或数据通信。在通信状态下,主端和从端设备都可发起断链并断开Bluetooth链路。
各种Bluetooth数据传输应用
Bluetooth数据传输应用中,一对一串口数据通信是最常见的应用之一,在出厂前 Bluetooth设备就已提前设好两个Bluetooth设备之间的配对信息,主端预存了从端设备的 PIN码、地址等,两端设备加电即自动建链,透明串口传输,无须外围电路干预。一对一应用 中从端设备可以设为两种类型,一种是不能被别的Bluetooth设备查找的静默状态;二是可 被指定主端查找以及可以被别的Bluetooth设备查找建链的状态。
Bluetooth系统按照功能分为四个单元:链路控制单元、无线射频单元.Bluetooth协议 单元和链路管理单元。数据和语音的发送和接收主要由无线射频单元负责bluetooth天线 具有体积小、质量轻、距离短、功耗低的特点。链路控制单元(LinkController)进行射频信号 与数字或语音信号的相互转化,实现基带协议和其他的底层连接规程。链路管理单元 (LinkManager)负责管理Bluetooth设备之间的通信,实现链路的建立、验证、链路配置等操 作。Bluetooth协议是为个人区域内的无线通信制定的协议,包括两部分:核心(Core)部分 和协议子集(Profile)部分。协议栈采用的分层结构,分别完成的是数据流的过滤、传输、跳 频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制以及数据的拆装等功能。