物联网终端技术研究：蓝牙技术的发展与优势

1.蓝牙技术简介

蓝牙（Bluetooth）是一种低成本、低功率、近距离无线连接技术标准，其是实现数据与话音无线传输的开放性规范。

蓝牙技术在1994年由爱立信公司率先提出。1998年5月，世界著名的爱立信（Ericsson）、诺基亚（Nokia）、东芝（Toshiba）。国际商用机器公司（IBM）和英特尔（Intel）成立蓝牙特别兴趣小组，联手推出蓝牙计划，旨在推广蓝牙通信。这项计划被公布后，迅速得到包括摩托罗拉、朗讯、康柏、西门子、高通、3Com、TDK等大公司在内的许多厂商的支持和采纳。1999年底，第一批应用“蓝牙”技术装备的产品，包括手机、电话机和便携式计算机等纷纷进入市场。

蓝牙技术的目标在于开发一种全球统一的开放无线连接技术标准，使移动电话、笔记本电脑、掌上电脑、拨号网络、打印机、传真机、数码相机等各类数据和话音设备，均按此技术标准互联，形成一种个人区域无线通信网络，使其在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。

2.蓝牙的主要技术特点

蓝牙技术使用的工作频率为2.4～2.5G，属于免费的ISM（Industry Science Medicine）频段。ISM频段是工业、科学和医用频段。世界各国均保留了一些无线频段用于工业、科学研究，及微波医疗方面的应用。应用这些频段无须申请使用许可证，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其他频段造成干扰即可。2.4G频段在我国属于不需申请就可以免费使用的频段，国家对该频段内的无线收发设备，在不同环境下的使用功率做了相应的限制。如在城市环境下，发射功率不能超过100mW。

蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输，其最高的通信速率为1Mb/s，采用时分方式的全双工通信，通信距离为10米左右（如果配置功率放大器可以使通信距离达到100m）。

蓝牙产品采用跳频技术，能够抵抗信号衰落；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的连接对称。

蓝牙技术在标准上先后推出了Bluetooth 1.1、1.2、2.0、2.1等多个版本，在传输速度、抗干扰、安全性等方面都有很大的提髙。蓝牙采用时分双工传输方案，使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收信号，且在发送和接收信息中通过不断改变传输方向共用一个信道，实现全双工传输；蓝牙发射功率可分为3个级别：100mW、2.5mW和1mW。一般采用的发送功率为1mW，无线通信距离为10m，数据传输速率达1Mb/s。若采用新的蓝牙2.0标准，发送功率为100mW，可使蓝牙的通信距离达到100m，数据传输速率达到10Mb/s。

蓝牙3.0引入了WLAN，其传输速度提升了8倍，可达到25Mbps。2010年7月7日，蓝牙技术联盟SIG在北京正式推出蓝牙4.0标准，该标准具有低能耗、高传输速度等特征。蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术，它将三种规格合而为一，分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术，这三个规格可以组合或者单独使用。SIG首席技术总监（CTO）葛立曾表示，全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术，是一个“三融技术”，首先蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势，同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙的特点，尤其以低耗能技术为核心，大大拓展了蓝牙技术的市场潜能。低耗能蓝牙技术主要适用于以纽扣电池供电的小型无线产品及感测器，进一步开拓了医疗保健、运动与健身、保安及家庭娱乐等市场。蓝牙4.0与3.0拥有相同的速度，在蓝牙4.0低功耗的支持下，一个纽扣电池，使用时间可以长达一年。(www.xing528.com)

3.蓝牙组网方式

蓝牙系统主要采用无基站的灵活组网方式，支持点对点或点对多点的通信方式，在蓝牙2.0标准中一个蓝牙设备可同时与7个其他的蓝牙设备相连接。

基于蓝牙技术的无线接入简称为BLUEPACC（Bluetooth Public Access），蓝牙系统的网络拓扑结构有两种形式：微微网（Piconet）和分布式网络（Scatternet）。

微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络，一个微微网可以只是两台相连的设备，如1台便携式电脑和1部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。

在微微网中，所有设备的级别是相同的，其具有相同的权限，采用自组式组网方式（Ad-hoc）。微微网由主设备（Master）单元（发起链接的设备）和从设备（Slave）单元构成，包含一个主设备单元和最多7个从设备单元。蓝牙手机与蓝牙耳机是一个简单的微微网，手机作为主设备，而耳机充当从设备。同时在两个蓝牙手机间也可以直接应用蓝牙功能，进行无线的数据传输。

蓝牙分布式网络是自组网（Ad Hoc Networks）的一种特例，最大特点是无基站支持，每个移动终端的地位是平等的，并可独立进行分组转发决策。其建网的灵活性、多跳性、拓扑结构动态变化和分布式控制等特点是构建蓝牙分布式网络的基础。

4.蓝牙技术的主要应用设备

蓝牙无线接入技术具有小规模、低成本、短距离连接等特征，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。

蓝牙技术的主要缺点是传输距离短、传输速度慢。但由于蓝牙技术能耗低，在物联网中低功耗蓝牙主要应用于医疗和健康传感器网络等电源供给有限的场合，其应用领域主要包括：血氧计、血压计、体温计、体重秤、血糖仪、心血管活动监控仪、便携式心电图仪等等。蓝牙技术已经得到非常普遍的应用，全球大约80%以上的手机都安装了蓝牙技术，其中将近100%的智能手机都已经使用了蓝牙技术。利用每个人都拥有手机的优势，蓝牙技术可以用在更加广阔的领域，如车载网的应用、手机、电玩、电脑、手表、运动及健体、保健、汽车工业、家居电器、远程控制、自动化工业等。