李育林　許五龍

一項(xiàng)新技術(shù)的誕生，必將引發(fā)相關(guān)科技領(lǐng)域的革命，藍(lán)牙技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)90年代誕生的，它的出現(xiàn)立即引起了世界上許多知名公司的極大興趣，都愿加盟藍(lán)牙技術(shù)研究與開發(fā)小組，共同推動(dòng)藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，截至2007年年底，全世界已有9000多家公司加盟藍(lán)牙技術(shù)研究與開發(fā)小組?；谒{(lán)牙技術(shù)的個(gè)人局域同，是一個(gè)微型的基于信息家電的家庭無線局域網(wǎng)絡(luò)，它徹底改變了多種信息家電有線連接的傳統(tǒng)連接方式，為各種固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備(如手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)、無線耳機(jī)、鼠標(biāo)等)組成的一個(gè)小范圍通信環(huán)境建立通用的無線接口，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無縫操作。

藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的早期開發(fā)可追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)的瑞典愛立信移動(dòng)通信公司，為研究這項(xiàng)新技術(shù)成立了一個(gè)專項(xiàng)科研小組，對(duì)移動(dòng)電話及其附件之間實(shí)現(xiàn)小功耗、低成本無線連接的可能性進(jìn)行研究，他們的初衷是建立無線電話與PC卡、耳機(jī)及桌面設(shè)備等的連接。但隨著項(xiàng)目研究的深入，科研人員越來越感覺到這項(xiàng)技術(shù)所具有的顯著特性和未來的巨大商機(jī)，同時(shí)也意識(shí)到，僅憑一家公司的實(shí)力是難以繼續(xù)研究下去的，若要使這項(xiàng)技術(shù)最終獲得成功，必須得到業(yè)界其他公司的支持與應(yīng)用才行。于是，愛立信將其公之于世，并積極尋求合作伙伴。到了1998年的2月，愛立信公司就聯(lián)合了諾基亞，英特爾、東芝和國際商用機(jī)器公司，組成一個(gè)藍(lán)牙特別興趣小組，共同推動(dòng)藍(lán)牙SIG協(xié)會(huì)的成立。1998年5月，藍(lán)牙S1G協(xié)會(huì)分別在英國倫敦、美國加州圣荷西及日本東京公開宣布該協(xié)會(huì)正式成立，并歡迎全世界的相關(guān)廠商加人該協(xié)會(huì)。1999年12月，美國的4家公司3Com、朗訊、微軟和摩托羅拉宣布加人藍(lán)牙S1G協(xié)會(huì)，與SIG的5個(gè)創(chuàng)建公司一同成為SIG的9個(gè)倡導(dǎo)發(fā)起者，共同致力于藍(lán)牙無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、產(chǎn)品測(cè)試，并協(xié)調(diào)各國藍(lán)牙的具體使用。

藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離的無線數(shù)據(jù)與語音通信技術(shù)，具有微功率、低成本、小實(shí)現(xiàn)空間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開放等優(yōu)點(diǎn)，主要以滿足美國聯(lián)邦通信委員會(huì)的要求為目標(biāo)。藍(lán)牙設(shè)備工作在全球絕大多數(shù)國家通用的工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療頻段共使用79個(gè)頻道，最大發(fā)射功率分別為lmW、2，5mW和100mW三個(gè)等級(jí)，有效通信距離范圍為10cm～100m。

由于藍(lán)牙系統(tǒng)是運(yùn)行在ISM頻段，容易受到其他無線通信系統(tǒng)的干擾，因此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須采用適當(dāng)?shù)牟铄e(cuò)控制，以提高通信的可靠性。在藍(lán)牙技術(shù)的基帶層內(nèi)共定義了3種差錯(cuò)控制方法：即1／3比例前向糾錯(cuò)、2／3比例前向糾錯(cuò)和自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)。雖然比例前向糾錯(cuò)可以避免包受噪聲干擾的影響，但是多加入的差錯(cuò)控制位會(huì)使數(shù)據(jù)傳輸量相對(duì)降低，所以藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采取了對(duì)不同重要性的發(fā)送包進(jìn)行不同的差錯(cuò)控制的方法；自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)是針對(duì)包內(nèi)的有效載荷進(jìn)行保護(hù)的差錯(cuò)控制方法，發(fā)送端發(fā)出一個(gè)包，接收端收到包后將檢查包的包頭的頭錯(cuò)誤校驗(yàn)以及有效載荷的循環(huán)剩余度校驗(yàn)是否發(fā)生錯(cuò)誤。如果檢查無誤則接收端返回一個(gè)確認(rèn)，若是發(fā)生錯(cuò)誤則返回消極確認(rèn)要求發(fā)送端重發(fā)。這個(gè)過程可一直操作下去直到接收端收到正確的包或者出現(xiàn)超時(shí)為止。

藍(lán)牙設(shè)備主要使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道，在一次連接中，無線電收發(fā)器按偽隨機(jī)碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，每秒鐘頻率改變1600次，建立連接時(shí)頻率改變達(dá)到3200次。只要收發(fā)雙方是按照跳頻規(guī)律進(jìn)行通信，其他干擾信號(hào)就不可能按照同樣的變化規(guī)律進(jìn)行干擾。時(shí)分多址技術(shù)是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混亂。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在傳輸?shù)男盘?hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分開來并準(zhǔn)確接收。

藍(lán)牙系統(tǒng)的構(gòu)成。藍(lán)牙系統(tǒng)按照功能主要分為4個(gè)模塊：藍(lán)牙協(xié)議、鏈路管理、鏈路控制和無線射頻。藍(lán)牙協(xié)議模塊是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與其他操作系統(tǒng)捆綁。藍(lán)牙協(xié)議符合已經(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范，主要為各種應(yīng)用(如語音和數(shù)據(jù)等)提供所需的通信協(xié)議和應(yīng)用程序接口等；鏈路管理模塊主要負(fù)責(zé)基帶連接的設(shè)定及管理、基帶數(shù)據(jù)的分段及重組、多路復(fù)用和確定服務(wù)質(zhì)量等；鏈路控制模塊負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其他一些低層常規(guī)協(xié)議；無線射頻模塊是藍(lán)牙空中接口，建立在lmW的基礎(chǔ)上，最大可達(dá)100mW。遵循美國聯(lián)邦通信委員會(huì)ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。

藍(lán)牙系統(tǒng)設(shè)備有兩個(gè)主要工作狀態(tài)和7個(gè)中間臨時(shí)狀態(tài)。兩個(gè)主要工作狀態(tài)：等待狀態(tài)和連接狀態(tài)；7個(gè)中間臨時(shí)狀態(tài)：尋呼、尋呼掃描、查詢、查詢掃描、主設(shè)備回應(yīng)、從設(shè)備回應(yīng)和查詢回應(yīng)。不同狀態(tài)產(chǎn)生不同的跳頻序列。

基于藍(lán)牙技術(shù)的個(gè)人局域網(wǎng)及安全模式。這里有必要介紹一個(gè)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議(BNEP)。因?yàn)锽NEP規(guī)范了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層分組格式，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)有效載荷直接在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間傳輸。藍(lán)牙個(gè)人局域網(wǎng)就是利用BNEP為藍(lán)牙設(shè)備提供組網(wǎng)能力，使兩個(gè)或者多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備組成一個(gè)臨時(shí)自組織網(wǎng)(GN)，或通過網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(NAP)訪問遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)。臨時(shí)自組織網(wǎng)(GN)是一些藍(lán)牙設(shè)備在無需額外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，相互協(xié)作而組成的一個(gè)臨時(shí)的小范圍無線網(wǎng)絡(luò)。這種無線網(wǎng)絡(luò)又稱為微微網(wǎng)。

藍(lán)牙技術(shù)的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機(jī)制在藍(lán)牙技術(shù)中顯得尤為重要。雖然藍(lán)牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了一定的安全保障，但是藍(lán)牙系統(tǒng)仍然需要鏈路層和應(yīng)用層的安全管理。藍(lán)牙技術(shù)有三種安全管理模式：無安全模式、服務(wù)級(jí)安全模式和鏈路級(jí)安全模式。無安全模式狀態(tài)下的設(shè)備不發(fā)起任何安全進(jìn)程。這就意味著GN／NAP服務(wù)對(duì)所有的設(shè)備都是開放的，GN／NAP設(shè)備不進(jìn)行任何藍(lán)牙安全設(shè)置的初始化。但這并不影響GN／NAP的高層安全機(jī)制。服務(wù)級(jí)安全模式狀態(tài)下的設(shè)備在邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)級(jí)連接建立之前不進(jìn)行任何安全設(shè)置。當(dāng)通過GN或NAP訪問個(gè)人局域網(wǎng)服務(wù)時(shí)，在初始化的時(shí)候就要進(jìn)行安全設(shè)置操作。服務(wù)級(jí)安全模式有個(gè)人局域網(wǎng)授權(quán)模式、個(gè)人局域網(wǎng)保密模式兩種。個(gè)人局域網(wǎng)授權(quán)模式規(guī)定了訪問個(gè)人局域網(wǎng)所需的授權(quán)級(jí)別。個(gè)人局域網(wǎng)授權(quán)模式由GN／NAP設(shè)置并分別在各自的服務(wù)記錄中存儲(chǔ)。GN／NAP有三種運(yùn)行狀態(tài)：第一種是打開個(gè)人局域網(wǎng)。這意味著沒有授權(quán)與認(rèn)證就可以加入個(gè)人局域網(wǎng)。第二種是要求認(rèn)證。在藍(lán)牙設(shè)備注冊(cè)為個(gè)人局域網(wǎng)成員之前，GN／NAP需要進(jìn)行認(rèn)證。如果使用藍(lán)牙認(rèn)證，一個(gè)結(jié)果字段為“連接正在進(jìn)行”、狀態(tài)字段為“認(rèn)證正在進(jìn)行”就會(huì)返回。還可以使用BNEP或者IP層的認(rèn)證機(jī)制。第三種是要求授權(quán)與認(rèn)證。在與個(gè)人局域網(wǎng)的連接建

立完成之前要求授權(quán)與認(rèn)證。也可以在藍(lán)牙級(jí)、以太網(wǎng)級(jí)或者IP級(jí)進(jìn)行授權(quán)與認(rèn)證。新的L2CAP信道建立的授權(quán)由GN／NAP執(zhí)行。BNEP或lP級(jí)使用相應(yīng)級(jí)別的授權(quán)與認(rèn)證，這在BNEP的L2CAP信道建立之后進(jìn)行。如果藍(lán)牙設(shè)備的認(rèn)證請(qǐng)求沒有成功，或者沒有通過GN／NAP的授權(quán)，那么GN／NAP就必須終止BNEP的2CAP信道。當(dāng)使用藍(lán)牙級(jí)認(rèn)證時(shí)，返回一個(gè)L2CAP消息(結(jié)果字段為“連接拒絕”)，表示使用安全阻塞。如果藍(lán)牙設(shè)備在藍(lán)牙級(jí)成功通過認(rèn)證，并且它被GN／NAP授權(quán)加入個(gè)人局域網(wǎng)，就會(huì)返回一個(gè)L2CAP消息(結(jié)果字段為“連接成功”)。個(gè)人局域網(wǎng)保密模式則規(guī)定了兩種個(gè)人局域網(wǎng)內(nèi)的通信保護(hù)等級(jí)(清除模式等級(jí)、加密模式等級(jí))。保密等級(jí)由GN／NAP設(shè)定。如果個(gè)人局域網(wǎng)工作在清除模式，則沒有加密應(yīng)用程序的需要。如果個(gè)人局域同工作在加密模式，那么在個(gè)人局域網(wǎng)內(nèi)部所有通信都必須加密。這可以是基帶級(jí)的或BNEP／1P級(jí)的加密。若藍(lán)牙設(shè)備加密請(qǐng)求失敗，則GN／NAP必須終止L2CAP鏈路，使用藍(lán)牙級(jí)認(rèn)證時(shí)，將使用一個(gè)結(jié)果字段為“連接拒絕”的L2CAP消息。若藍(lán)牙設(shè)備使用藍(lán)牙級(jí)加密，并且成功獲得密鑰，將返回一個(gè)結(jié)果字段為“連接成功”的L2CAP消息；鏈路級(jí)安全模式狀態(tài)下的設(shè)備在鏈路管理器協(xié)議(LMP)級(jí)連接建立之前不進(jìn)行任何安全設(shè)置。處于此模式的GN／NAP設(shè)備可以只請(qǐng)求認(rèn)證，或者請(qǐng)求認(rèn)證與加密。高層安全機(jī)制可以在藍(lán)牙個(gè)人局域網(wǎng)安全機(jī)制之上進(jìn)行。

開發(fā)藍(lán)牙技術(shù)，是為了用一種全球統(tǒng)一的無線通信技術(shù)，來取代各種數(shù)字化設(shè)備之間相互連接的電纜。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和不斷進(jìn)步，藍(lán)牙技術(shù)不僅應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)及消費(fèi)電子領(lǐng)域中的各種小型設(shè)備及移動(dòng)設(shè)備，而且已逐步擴(kuò)展到更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，藍(lán)牙技術(shù)在其發(fā)展過程中也遇到一些棘手的問題，如藍(lán)牙協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)不一致，使硬件、軟件以及硬件與軟件之間的互操作性不佳；軟件開發(fā)還難為藍(lán)牙應(yīng)用提供完整的解決方案，跨平臺(tái)移植難以實(shí)現(xiàn)等。而對(duì)藍(lán)牙技術(shù)存在的諸多問題，藍(lán)牙SIG選擇了逐步解決問題并在困難中發(fā)展與創(chuàng)新的道路。2007年7月，藍(lán)牙SIG推出了藍(lán)牙2.1+EDR新版本。新版本不但簡化了用戶的配對(duì)流程，增強(qiáng)安全性，而且還大大降低藍(lán)牙產(chǎn)品的功耗。藍(lán)牙SIG表示他們正在與WiMedia聯(lián)盟合作，計(jì)劃將超寬帶技術(shù)UWB融入到下一代藍(lán)牙版本中，以創(chuàng)建高速藍(lán)牙通道。毫無疑問，藍(lán)牙技術(shù)未來的應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。