2.1.5　蓝牙技术

蓝牙（Bluetooth）技术是一种无线数据传输和语音通信的开放性全球规范，它基于低成本的短距离无线连接，可为固定设备和移动设备建立通信环境。通过蓝牙技术，一些便携式移动设备和计算机无须电缆就能连接到互联网。

蓝牙技术由爱立信于1994年提出，最初用于在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本的无线通信连接。1997年，爱立信与移动设备制造商讨论蓝牙技术的合作发展，获得了移动设备制造商的支持。

1998年5月20日，爱立信联合IBM、英特尔、诺基亚、东芝成立了蓝牙特别兴趣小组（Special Interest Group，SIG），即蓝牙技术联盟的前身，其目标是开发一个低成本、高效率、可在短距离范围内进行无线连接的蓝牙技术标准。当年蓝牙推出了0.7版规范，支持Baseband与LMP（Link Manager Protocol）。

1999年SIG先后推出0.8版、0.9版、1.0Draft版，完成了SDP（Service Discovery Protocol）和TCS（Telephony Control Specification）。1999年7月26日SIG正式公布1.0A版，确定使用2.4 GHz频段。和当时流行的红外技术相比，蓝牙技术有着更高的数据传输速率，而且不需要像红外技术那样接口对准接口才能连接，在有效通信范围内的蓝牙设备可以随时进行连接。1999年下半年，微软、摩托罗拉、三星、朗讯与SIG的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股蓝牙技术热潮。到2000年4月，SIG的成员数已超过1500个。

蓝牙是一种用于短距离（一般在10 m内）的无线通信技术，能在移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等终端设备之间进行无线数据通信。利用蓝牙技术，既能简化终端设备之间的通信，也能简化终端设备与互联网之间的通信，从而使数据传输变得更加迅速、高效，为无线通信拓宽道路。

蓝牙作为一种小范围的无线连接技术，能在终端设备之间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此成为无线个域网的主流技术之一。蓝牙技术以低成本的短距离无线连接为基础，为固定设备与移动设备通信环境建立了一个特别的连接，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface），将通信技术与计算机技术进一步结合起来，在无须有线连接的情况下，能在短距离范围内实现相互通信或相互操作。简单地说，蓝牙是一种利用低功耗无线电在各种终端设备之间进行数据传输的技术。蓝牙技术工作在全球通用的2.4 GHz的ISM频段，符合IEEE 802.11标准协议。作为一种新兴的短距离无线通信技术，蓝牙技术正有力地推动着低速无线个域网的发展。

蓝牙设备是蓝牙技术应用的主要载体，必须在一定的范围内进行配对，这种配对称为短程临时网络模式，也称为微微网（Piconet），可最多容纳8个设备。蓝牙设备组网成功后，主设备只有1个，从设备可以有多个。蓝牙技术具备射频特性，采用了TDMA技术与网络多层次结构，应用了跳频技术、无线技术等，具有传输效率高、安全性高等优势，在各行各业得到了广泛的应用。

1. 蓝牙技术的特点

蓝牙技术的特点主要有：

（1）蓝牙技术的适用设备多，可通过无线通信的方式连接蓝牙设备。

（2）全球范围适用。蓝牙技术工作在2.4 GHz的ISM频段，全球大多数国家的ISM频段是2.4～2.4835 GHz，使用该频段无须向各国的无线电管理部门申请许可证。蓝牙技术使用方便，利用蓝牙技术可以在两个蓝牙设备之间迅速建立连接，在控制软件的作用下自动传输数据。

（3）利用蓝牙技术可同时传输语音和数据。蓝牙技术采用电路交换技术和分组交换技术，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。语音信道的数据传输速率为64 kbit/s，语音信号采用脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）或连续可变斜率增量（Continuously Variable Slope Delta，CVSD）调制。当采用非对称信道传输数据时，正向最大速率为721 kbit/s，反向最大速率为57.6 kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最大为342.6 kbit/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。

（4）利用蓝牙技术可建立临时性的对等连接。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）。主设备是指在组网时主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个微微网时，其中只有1个主设备，其余的均为从设备。微微网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的微微网是由1个主设备和1个从设备组成的点对点通信连接。通过时分复用技术，1个蓝牙设备可以同时与几个微微网保持同步，即该设备按照一定的时间顺序参与不同的微微网，在某一时刻参与某个微微网，在下一时刻参与另一个微微网。

（5）蓝牙技术的安全性和抗干扰能力较强。由于蓝牙技术具有跳频的功能，有效避免了ISM频段遇到干扰源。蓝牙技术的兼容性较好，目前，蓝牙技术已经发展为独立于操作系统的一项技术，在不同的操作系统中具有良好的兼容性能。工作在ISM频段的无线电设备有很多，如家用微波炉、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙技术采用跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将2.402～2.48 GHz的频段分成79个频点，相邻频点间隔1 MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据后，会跳到另一个频点发送数据，而频点的顺序是伪随机的，每秒可改变1600次频点，每个频点的持续时间为625 μs。

（6）蓝牙技术的通信距离较短。在现阶段，蓝牙技术的通信范围大约为10 m，增加射频功率后可达到100 m左右。

（7）低功耗。蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有激活（Active）、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）四种工作模式，Active模式是正常工作的模式，另外三种模式是为了节能而设置的低功耗模式。

（8）开放的接口标准。为了推广蓝牙技术，SIG公开了蓝牙技术的全部标准，任何单位和个人都可以开发蓝牙设备，只要通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。

（9）蓝牙模块的体积很小、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，爱立信的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8 mm×16.8 mm×2.95 mm。

（10）成本低。随着市场需求的扩大，各个提供商纷纷推出自己的蓝牙芯片，蓝牙产品的成本在飞速下降。

（11）采用跳频技术和扩频技术。

2. 蓝牙技术的应用

目前，蓝牙技术最主要的应用领域是消费电子领域，随着蓝牙5.x的普及以及移动互联网的崛起，使蓝牙技术的应用领域从手机、平板电脑等便携式设备向物联网、医疗等新领域拓展，许多基于移动平台的蓝牙应用为整个无线市场带来新的商业机遇。

1）蓝牙技术在日常生活中的应用

（1）可穿戴设备。可穿戴设备市场的快速增长与蓝牙技术息息相关，蓝牙模块具有体积小、成本低、功耗低等特性，为长期使用电池供电的可穿戴设备提供了完美的解决方案，支持蓝牙技术的可穿戴设备不仅能与智能手机通信，还能在可穿戴设备之间以及与互联网进行通信。蓝牙技术对可穿戴设备的智能化设计、开发和管理意义重大。

（2）智能门锁。智能门锁通常都内置了蓝牙模块，不仅可以通过智能手机遥控开门，还可以实时监控门锁的状态，随时随地掌控家里的进出情况。

（3）资产管理。蓝牙技术能够发射与接收2.4 GHz的无线信号，通信距离可达到100 m，在有效的范围内可以穿越障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求，可对实物状态、运行过程和服务进行综合管理，在资产管理方面的应用，有望成为蓝牙技术创新发展的新一轮浪潮。

（4）儿童定位。利用蓝牙技术进行定位的典型实例是iBeacon。iBeacon是苹果公司开发的一种基于BLE的定位系统，该系统在很多儿童定位产品中得到了应用，一旦孩子与家长超出安全距离，家长手机会立即发出警报提示，确保儿童处于安全范围内。

（5）移动支付。蓝牙技术与移动支付的结合体现了移动安全解决方案的安全性与便捷性，各类基于蓝牙技术的智能终端的新兴，为移动支付的发展注入了新的活力。例如，金融IC卡通过蓝牙技术和智能手机相连，成为金融IC卡接入互联网的重要数据入口。

2）蓝牙技术在汽车领域中的应用

（1）车载免提系统。将蓝牙技术应用到车载免提系统中，是最典型的汽车蓝牙应用。利用手机作为网关，打开手机蓝牙功能与车载免提系统，只要手机和车载免提系统的距离在10 m之内，都可以自动连接，从而控制车内的麦克风与音响系统，实现全双工免提通话。

（2）车载蓝牙娱乐系统。车载蓝牙娱乐系统主要包括USB技术、音频解码技术、蓝牙技术等，将上述技术相融合，利用汽车内部麦克风、音响等，可播放存储在U盘中的各种音频。

（3）蓝牙车载诊断系统。蓝牙车载诊断系统主要依靠蓝牙技术对车辆进行远程检修，尤其是可以对汽车的发动机进行实时监测，一旦发现汽车运行不正常，则可利用设定好的计算方法准确判断出现故障的原因与故障类型，并将故障诊断代码上传到车载运行系统的存储器中，使得车辆检修变得更加方便、快捷。

（4）汽车蓝牙防盗系统。随着蓝牙技术逐渐成熟，其在应用广泛性、使用安全性、传输准确性、传输高效性等方面得到了更进一步的改善。尤其是蓝牙防盗器的应用，当汽车处于设防状态时，蓝牙防盗器的感应功能会自动连接车主的手机，一旦车辆状态发生变化，则会自动报警。

3）蓝牙技术在工业生产中的应用

（1）利用蓝牙技术对数控机床进行无线监控。蓝牙技术在数控机床中的应用，主要体现在无线监控方面。利用蓝牙技术安装相应的监控设备，不仅可为技术人员的生产提供方便，也可为安全生产提供便利。技术人员可利用蓝牙监控设备，随时监控与管理数控机床的运行，可以及时发现并处理问题。尤其是在无线数据链路下实现的自动监控能力，可以适当干预数控机床的运行，如停止主轴或系统停机等。

（2）利用蓝牙技术对零部件的磨损程度进行检测。蓝牙技术还可用于检测零部件的磨损程度，并利用蓝牙无线传输将检测数据传输到相关的设备中进行智能分析。

（3）利用蓝牙技术调整设备的输出功率。利用蓝牙技术可检测设备的输出功率变化情况，将其与标准功率进行对比，如果存在异常，则及时进行调整，使设备的输出功率符合标准。

（4）利用蓝牙技术实时监测并记录数控系统的运行状态。蓝牙传输设备作为监控系统主要组成，随时记录数控系统运行状态，并且将数控系统运行期间的任何波动全部传输到存储设备中，利用通信端口上传信息，为数控生产管理人员提供更多参考资料。

4）蓝牙技术在医疗领域中的应用

医院监护系统和医疗会诊系统的出现，为现代医疗事业的发展做出突出贡献，但在实际应用中也存在一些问题，如对重症患者的监护设备通常都采用有线连接，当需要移动患者时，难免会影响监控仪器的正常运行。蓝牙技术不仅可以改善这种状况，还可以传输诊断结果。

（1）利用蓝牙技术传输诊断结果。利用蓝牙技术可以及时将诊断结果传输到存储器中，从而提高诊断效率，确保诊断结果数据准确。

（2）利用蓝牙技术监控患者。在病床终端设备与病房控制器中应用蓝牙技术，可有效地对患者进行监护。利用蓝牙技术，可及时上传病床终端设备的编号以及患者的基本信息，一旦患者发生突发状况，则可利用病床终端设备发出信号，将信号通过无线传输的方式发送到病房控制器中，从而提高患者监护的效率。