蓝牙技术及其应用论文

毕业论文论文题目：蓝牙技术及其应用

目录

摘要............................................................................................................................... I ABSTRACT ....................................................................................................................... I I 1. 绪论 .. (1)

1.1研究的目的和意义 (1)

1.2蓝牙技术的起源 (1)

1.3蓝牙技术的基本定义 (2)

1.4蓝牙技术的基本原理 (2)

1.4.1建立连接 (2)

1.5蓝牙技术的内容 (4)

1.6蓝牙技术发展的各个阶段 (5)

1.7蓝牙技术的特点 (6)

1.7.1全球范围适用 (6)

1.7.2同时可传输语音和数据 (6)

1.7.3可以建立临时性的对等连接(Ad-hoc Connection) (7)

1.7.4具有很好的抗干扰能力 (7)

1.7.5蓝牙模块体积很小、便于集成 (7)

1.7.6开放的接口标准 (8)

2.蓝牙技术的主要应用 (9)

2.1蓝牙技术在外围设备的应用 (9)

2.2蓝牙，让PC和手机“无线”牵手 (12)

2.2.1蓝牙，在阵痛中前行 (12)

2.2.2为PC“适配”蓝牙 (12)

2.2.3PC通过GPRS无线上网 (14)

2.2.4体会和评价 (15)

2.2.5手机利用PC的全尺寸键盘 (16)

2.2.6手机遥控PC (17)

2.3蓝牙技术在3G技术中的应用 (17)

2.3.1文件传输： (18)

2.3.2数据同步 (18)

2.3.3拨号网络 (19)

2.3.4语音传输 (19)

2.3.5、组建蓝牙网络用蓝牙手机遥控电脑 (19)

2.3.6通过蓝牙在电脑上发送短信 (20)

2.3.7使用蓝牙打印机和传真服务 (20)

2.4蓝牙技术在生活各个领域中的应用 (21)

3.蓝牙技术面临的问题 (23)

3.1技术应用问题凸现 (23)

3.4蓝牙设备好卖不好用 (27)

3.5蓝牙技术安全漏洞 (28)

3.6蓝牙的生存 (29)

4. 蓝牙技术的发展前景 (30)

4.1蓝牙技术的发展 (30)

4.2蓝牙技术的前景 (31)

4.2.1强大的生命力 (31)

4.2.2 技术本身的不断完善 (32)

4.2.3广阔的应用前景 (33)

4.2.4巨大的潜在市场 (33)

谢辞 (34)

参考文献 (35)

摘要

越来越多数字电子产品借着新科技提升本身的性能和实力。以目前发展的趋势来看，未来消费性电子产品将有两个重要的发展指标，一是使用蓝牙技术这类开放技术，以无线，局域网络，可携带式设备成为网络体的延伸。另一项则是内存规格的统一，加密以及轻量化应用。

蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial, Scientific and Medical, ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，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。

蓝牙主要针对三大类的应用：话音／数据的接入、外围设备互联和个人局域网。话音／数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络的互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。

一项新技术的出现，人们对它抱的期望值往往很高，往往短期内不能令人满意，这是因为任何新技术的发展都需要有一个过程，蓝牙技术也不例外；技术标准统一，知识产权共享的优势是非常明显的，相信通过业界的共同努力，它未来的发展是不可限量的，从长远来看可能会超出人们的想象。

关键词：蓝牙技术；无线通信；局域网络

Abstract

More and more digital electronics products through new technology to enhance their performance and strength. Current development trend, the future consumer electronics products will have two important development indicators, one of these open technologies to use Bluetooth technology, wireless, local area network, a network of portable devices extension of the body. Another is the memory size of unity, encryption and lightweight applications.

Bluetooth is a short-range wireless communications, technical specifications, its original goal is to replace the existing handheld computers, mobile phones and other digital devices on a cable connection. Early in the development of the Bluetooth specification, on the establishment of a unified global target, to a global public release, working band and open for global unity 2.4GHz industrial, scientific and medical (Industrial, Scientific and Medical, ISM) band. From the current application view, as Bluetooth small size, low power, its application is not limited to computer peripherals can be integrated into almost any digital device among

Particularly those less demanding on the data transmission rate of mobile devices and portable devices.Bluetooth aimed at three categories of applications: voice / data access, peripherals, Internet and Personal Area Network. V oice / data access is one computing device through a secure wireless link to connect to a communications device, complete with wide-area communications network interconnection. Peripheral equipment is connected to a variety of peripherals via Bluetooth link to connect to the host. The main application is the personal area network and personal information sharing and exchange.

The emergence of a new technology, people's expectations tend to hold it high, often short term is satisfactory, because any new technology need to have a process, Bluetooth is no exception; technical standards harmonization, Zhi Shi the advantage of sharing property rights is very clear, I believe that through the joint efforts of the industry, its future is limitless in the long run may exceed people's imagination.

Keywords: Bluetooth technology, wireless communications, local area network

1.绪论

1.1研究的目的和意义

越来越多数字电子产品借着新科技提升本身的性能和实力。以目前发展的趋势来看，未来消费性电子产品将有两个重要的发展指标，一是使用蓝牙技术这类开放技术，以无线，局域网络，可携带式设备成为网络体的延伸。另一项则是内存规格的统一，加密以及轻量化应用。

无论您喜不喜欢，“蓝牙计划”这个名词几乎已到了无孔不入的境界，不论是商业财经台还是一般大众电视台，都不只一次以上报导这个计划的进展与新闻，话虽如此，但却很少人了解此计划的原意与来龙去脉，只知道有这样一个计划正如火如荼地进行，且声势浩大、似乎充满无限希望。

蓝牙技术对我国的信息化建设来说，既是挑战也是机遇。我们衷心希望具有我国自主知识产权的蓝牙产品早日投入市场，也希望有更多的有识之士关注和支持我国蓝牙技术的成长与发展，也许在不久的将来，人们会惊奇地发现我们的工作与生活都在逐步变“蓝”。

蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接【1】。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz 工业、科学和医学（Industrial, Scientific and Medical, ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，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。

1.2 蓝牙技术的起源

蓝牙以公元10世纪统一丹麦和瑞典的一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。它孕育着颇为神奇的前景：对手机而言，与耳机之间不再需要连线；在个人计算机，主机与键盘、显示器和打印机之间可以摆脱纷乱的连线；在更大范围内，电冰箱、微波炉和其它家用电器可以与计算机网络的连接，实现智能化操作【2】。

发明蓝牙技术的是瑞典电信巨人爱立信公司。由于这种技术具有十分可喜的

应用前景，1998年5月，五家世界顶级通信/计算机公司：爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团(Bluetooth SIG), 目的是加速其开发、推广和应用。此项无线通信技术公布后，便迅速得到了包括摩托罗拉、3Com、朗讯、康柏、西门子等一大批公司的一致拥护，至今加盟蓝牙SIG的公司已达到2000多个，其中包括许多世界最著名的计算机、通信以及消费电子产品领域的企业，甚至还有汽车与照相机的制造商和生产厂家。一项公开的技术规范能够得到工业界如此广泛的关注和支持，这说明基于此项蓝牙技术的产品将具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。蓝牙共同利益集团现已改称蓝牙推广集团。

1.3蓝牙技术的基本定义

所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，因此，目前无线通信的“蓝牙”刚刚露出一点儿芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。

1.4蓝牙技术的基本原理

1.4.1建立连接

在微微网建立之前，所有设备都处于就绪状态。在该状态下，未连接的设备每隔1.28s监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的32个跳频频率上监听信息。跳频数目因地区而异，但32个跳频频率为绝大多数国家所采用。连

接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知，就采用页信息（Page message）建立连接；如果地址未知，就采用紧随页信息的查询信息（Inquiry message）建立连接。在微微网中，无数据传输的设备转入节能工作状态。主设备可将从设备设置为保持方式，此时，只有内部定时器工作；从设备也可以要求转入保持方式。设备由保持方式转出后，可以立即恢复数据传输。连接几个微微网或管理低功耗器件时，常使用保持方式。监听方式和休眠方式是另外两种低功耗工作方式。蓝牙基带技术支持两种连接方式：面向连接（SCO）方式，主要用于语音传输；无连接（ACL）方式，主要用于分组数据传输【3】。

1.4.2差错控制

基带控制器采用3种检错纠错方式：1/3前向纠错编码（FEC）；2/3前向纠错编码；自动请求重传（ARQ）。

1.4.3认证与加密

认证与加密服务由物理层提供。认证采用口令－应答方式，在连接过程中，可能需要一次或两次认证，或者无需认证。认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分，它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备，例如，只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护，如果用户有更高级别的保密要求，可以使用有效的传输层和应用层安全机制【4】。

1.4.4软件结构

蓝牙设备应具有互操作性，对于某些设备，从无线电兼容模块和空中接口，直到应用层协议和对象交换格式，都要实现互操作性；对另外一些设备（如头戴式设备等）的要求则宽松得多。蓝牙计划的目标就是要确保任何带有蓝牙标记的设备都能进行互换性操作。软件的互操作性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现，以及分组的分段和重组。蓝牙设备必须能够彼此识别，并通过安装合适的软件识别出彼此支持的高层功能。互操作性要求采用相同的应用层协议栈。不同类型的蓝牙设备对兼容性有不同的要求，用户不能奢望头戴式设备内含

有地址簿。蓝牙的兼容性是指它具有无线电兼容性，有语音收发能力及发现其它蓝牙设备的能力，更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来完成。为实现这些功能，蓝牙软件构架将利用现有的规范，如OBEX、HID（人性化接口设备）、vCard/vCalendar及TCP/IP等，而不是再去开发新的规范。设备的兼容性要求能够适应蓝牙规范和现有的协议。

图1.. 单芯片蓝牙硬件模块结构

1.5蓝牙技术的内容

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【5】。

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。

蓝牙技术产品与因特网Internet之间的通信，使得家庭和办公室的设备不需要电缆也能够实现互通互联，大大提高办公和通信效率。因此，“蓝牙”将成为无线通信领域的新宠，将为广大用户提供极大的方便而受到青睐。

1.6 蓝牙技术发展的各个阶段

蓝牙的支持者很多，从最初只有五家企业发起的蓝牙特别兴趣小组（SIG）发展到现在已拥有了近3000个企业成员。根据计划，蓝牙从实验室进入市场经过三个阶段：

第一阶段：蓝牙产品作为附件应用于移动性较大的高端产品中。如移动电话耳机、笔记本电脑插卡或PC卡等，或应用于特殊要求或特殊场合，这种场合只要求性能和功能，而对价格不太敏感，这一阶段的时间大约在2001年底到2002年底。

第二阶段：蓝牙产品嵌入中高档产品中，如PDA、移动电话、PC、笔记本电脑等。蓝牙的价格会进一步下降，估计其芯片价格在10美元左右，而有关的测试和认证工作也将初步完善。这一时间段是2002年～2005年。

第三阶段：2005年以后，蓝牙进入家用电器、数码相机及其他各种电子产品中，蓝牙网络随处可见，蓝牙应用开始普及，蓝牙产品的价格在2美元～5美元之间，每人都可能拥有2-3个蓝牙产品。

就目前而言，蓝牙产品的市场化正处于第三阶段的起步期。2006年底，蓝牙有超过10亿的无线用户，其中包括5亿多使用无线互联网访问服务的用户。第三代移动通信技术将为蓝牙互联提供更大的市场，蓝牙互联技术允许手机、便携设备、个人电脑、笔记本电脑和第三方的接入设备互相连接在一起。安装蓝牙模块的设备将从2001年的不足100万台增加到2006年的16亿台。

图2. 蓝牙协议结构

1.7蓝牙技术的特点

蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial, Scientific and Medical, ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，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。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：

1.7.1全球范围适用

蓝牙工作在 2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。

1.7.2同时可传输语音和数据

蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、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64kbit/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721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对

称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型：异步无连接(Asynchronous Connection-Less，ACL)链路和同步面向连接(Synchronous Connection-Oriented，SCO)链路。

1.7.3可以建立临时性的对等连接(Ad-hoc Connection)

根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙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的通信连接。通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网【6】。

1.7.4具有很好的抗干扰能力

工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（Wireless LocalArea Network，WLAN）和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将 2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μｓ。

1.7.5蓝牙模块体积很小、便于集成

由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。

蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式——激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。

Active 模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。

1.7.6开放的接口标准

SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场【7】。

随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。

2.蓝牙技术的主要应用

2.1 蓝牙技术在外围设备的应用

蓝牙技术的主要市场将是低端无线联网领域，提供简单方便的无线联网技术是业内最初研发“蓝牙”标准的初衷。

蓝牙技术是做为一种“电缆替代”的技术提出来的，发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来，提供话音和数据的接入服务，实现信息的自动交换和处理【8】。

蓝牙主要针对三大类的应用：话音／数据的接入、外围设备互联和个人局域网。话音／数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络的互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。

蓝牙技术已获得了两千余家企业的响应，从而拥有了巨大的开发和生产能力。蓝牙已拥有了很高的知名度，消费者对这一技术也很有兴趣。

在2000年，爱立信公司和ARM公司达成协议，前者将有权使用后者生产的Arm 7 RISC芯片集。作为瑞典通信领域巨头，爱立信公司打算把这种芯片应用于未来的蓝牙PAN技术。

爱立信微电子领域专管Datacom集成电路（IC）领域的总经理Johan Tingsborg 先生指出，蓝牙和面向家庭的快速网络接入已经变成他们公司的首要应用。他说：“ARM的处理技术将为芯片的低功率系统技术提供一个高效率的并且有明确标准的平台。”实际上，取得ARM的生产许可证将会极大缩短下一代通信产品投放市场的时间。

就在爱立信和ARM合作之前不久，Cahners In-Stat公司提出的一份报告预测说：随着用户逐渐认识到蓝牙PAN技术的强大功能和灵活性，蓝牙将会大大普及。那份题为“Bluetooth 2000:To Enable the Star Trek Generation”的报告预测，到2005年全世界支持蓝牙技术的设备数量将会超过10亿。

从芯片这边来看，芯片价格持续下降。英国CSR生产的主要蓝牙芯片产品，目前售价约为7美元～8美元/颗，随着公司陆续推出新产品，预计秋季时将降价

至5美元、而年底时降至3美元左右。芯片越来越小巧。蓝牙的技术界面是专用半导体集成电路芯片，用于嵌入电子器件内。而与用户直接见面的产品界面则是各种时尚电子产品。因此，蓝牙技术要嵌入到电子器件内就要考虑蓝牙的芯片尺寸，它必须具有小巧、廉价、结构紧凑和功能强大的特点才能放进蜂窝电话中。向单芯片方向发展。目前已经有所突破，法国Alcatel Microelectronics等公司在ISSCC2001上发表了用于蓝牙的单芯片LSI，CSR公司也推出了嵌入电池中的单芯片蓝牙IC BlueCore01 。产品具有兼容性。目前的产品一致性测试都已经没问题，但是无法互通，蓝牙只有成为无线通信的“世界语”才有意义。SIG 已召集制造商开了两次会议来测试各自蓝牙产品基础组件间的兼容情况，测试中发现的不兼容情况正在解决之中。与其它技术的共存。

蓝牙只是WLAN中重要的技术，有其局限性，WLAN网的实现需要几种技术的结合。众多操作系统支持蓝牙。微软公司于2001年上市的Windows操作系统——Whistler也支持蓝牙。以IBM为首的众多计算机厂商正在努力达成协议，为PC平台制定蓝牙标准，以解决不同设备之间的兼容性。干扰问题的解决。美国Mobilian公司推出了兼具无线LAN和Bluetooth功能的芯片组。这个由两个芯片构成的芯片组具备无线LAN的标准方式IEEE802.11b的无线收发功能和蓝牙功能。由于IEEE802.11b和蓝牙的载波频带都使用2.4GHz频带，当同时收发这两种规格的数据时，有可能引起数据包冲突等电波干扰，一直无法同时应用。Mobilian公司此次开发的芯片组中，通过采用消除电波干扰的方法，实现了两种规格数据通信的同时进行。最后支持漫游功能。蓝牙技术可以在微网络或扩大网之间切换，但每次切换都必须断开与当前PAN的连接。为解决此问题，Commil技术公司设计了一种系统，即使在蓝牙模式不同入口点之间漫游，仍可以维持连续的、不中断的数据和声音交流。这种蓝牙网络技术提供很好的连接，其中一个连接是从一个蓝牙入口点出发，在运作中保证不断开。增加消费者的认知度。作为一种近距离的无线通信技术，蓝牙技术并不是唯一的。但是与其他相应的无线通信技术比较起来，蓝牙技术的优势就在于它的全球统一的、开放的技术标准，技术先进与成本低廉的折衷统一考虑，以及世界蓝牙组织SIG知识产权共享的巨大诱惑力【8】。

在蓝牙技术联盟中国2008峰会上，蓝牙技术联盟成员展示了最新的蓝牙产