一、概述

1、藍牙技術的概念

所謂藍牙（Bluetooth）技術，它是指一種短距離、低功耗的無線通信技術，只是借用了“藍牙”這一術語來命名了該技術。在藍牙特殊興趣小組（SIG）的相關規范中對于“藍牙無線技術”的定義是：它是用于描述由藍牙特殊興趣小組（SIG）開發的技術的通用術語。該技術定義了一種無線通信鏈路，運行在免許可的工業、科學和醫療（ISM）的2.4 GHz頻段，使用跳頻收發器，和基于時隙的鏈路協議。

發明藍牙技術的是瑞典愛立信公司。開發藍牙技術的初衷，是利用藍牙技術能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，而省去之間的線纜的連接，從而使這些現代通信設備之間及與因特網之間的數據傳輸變得更加迅速高效，可以實現語音和數據的無線傳輸。其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，目前也已成為實現物聯網（IoT）中的一種熱門的無線通信技術。

“藍牙”技術本質上屬于無線個域網（WPAN）的范疇，同樣是一種短距離、低功耗、低成本的無線連接技術，用以實現在個人操作空間（POS，Personal Operating Space）內的小范圍連接。

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2、“藍牙”的由來

“藍牙”這個名字可以追溯到一千多年前的哈拉爾國王戈爾姆松（Gormsson），他以兩件事聞名于世：一是在958年統一丹麥和挪威；二是他的死牙為深藍色/灰色，為他贏得了“藍牙”的綽號。在該短程無線技術發明初期，有人提出借用“藍牙”這個術語來命名該技術，將有著特殊的意義。于是，該短距離無線通信技術因此而得名，稱為“藍牙”技術。

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二、藍牙技術的標準化

1、關于SIG

在1998年5月，由五家世界頂級通信/計算機公司經過磋商，聯合成立了藍牙共同利益集團（SIG，Bluetooth Special Interest Group），即藍牙特別興趣組，目的是加速“藍牙”技術的開發、推廣和應用，特別是該技術的標準化。

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2、關于空中接口規范

SIG成立后有力的推動了藍牙技術的標準化過程，在1999年就推出了第一個正式藍牙技術規范的V1.0版本。由于V1.0版本的技術性不是很成熟，使SIG與IEEE 802.15工作組協商決定，合作共同研究開發其標準。于是在2002年SIG發布了V1.1版本的核心規范；IEEE標準發布的標準是：IEEE 802.15.1-2002《系統之間電信和信息交換的IEEE標準-LAN/MAN-特定要求-第15部分：無線個人區域網（WPAN）的無線媒體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）規范》，正式形成了藍牙技術的空中接口（MAC和PHY層）規范。2003年，SIG對V1.1版本進行了修訂，形成了V1.2版本。IEEE 802.15工作組與2005年發布了修訂版IEEE 802.15.1-2005版（或稱IEEE 802.15.1a）標準。因此，藍牙技術的空中接口規范已成型，在SIG的后續規范版本中，其空中接口的規范內容都是基于V1.2版本（即IEEE 802.15.1-2005標準）的內容，基本上沒有大的變化。

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3、關于核心（Core）規范

藍牙技術的后續版本規范都是由SIG負責，主要的稱之為藍牙核心（Core）規范，IEEE 802.15工作組不再參與。由SIG繼續開發的核心（Core）規范，目前已經歷了第二代（包括V2.0和V2.1版本，主要是推出增強數據率（EDR）功能）、第三代（V3.0版本，主要是推出高速（High Speed）數據功能）、第四代（包括V4.0、V4.1和V4.2版本，主要是推出低功耗藍牙（BLE）功能）和第五代（包括V5.0、V5.1和V5.2版本，主要是推出與物聯網應用的相關功能）。

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當然，由SIG開發的藍牙技術的標準規范除核心（Core）規范外，還有其它配套的標準規范，包括應用框架（Profiles）協議、配置協議族、網絡規范、碼號分配規范、測試規范等等。

三、藍牙技術的組網型式

1、微微網（piconet）

微微網（piconet）是藍牙技術的最基本的網絡型式，也是藍牙技術常用的主要的組網技術。微微網（piconet）是指一組占據共享物理信道的藍牙設備，其中一個設備是piconet的主設備（master），其余的設備都連接到它，稱為從設備（Slave）；在piconet中最多可以有7個從設備處于活動狀態。鑒于此，微微網（piconet）可以實現藍牙設備的點對點和點對多點的連接，具體詳見下圖3-1中的a和b。在點對點連接中，物理通道在兩個藍牙設備之間共享。在點對多點連接中，物理通道在幾個設備之間共享。共享同一物理通道的兩個或多個設備構成一個微微網（piconet）。微微網（piconet）不能進行頻率同步，而且每個piconet都有自己的跳頻序列。

圖3-1：藍牙設備的組網形式

2、散射網（scatternet）

散射網（scatternet）是指兩個或多個微微網（piconet），也包括參與多個微微網的一個或多個設備。也即具有公用設備的微微網組成散射網，具體詳見圖3-1中的c。在散射網（scatternet）中，每個微微網只有單個主設備，然而，從設備可以在時分復用的基礎上參與不同的微微網。此外，一個微微網的主設備可以是其他微微網的從設備。目前藍牙的相關規范對散射網（scatternet）的支持還是相對較弱的。

3、網狀網（Mesh）

藍牙網狀網（Mesh）是一種可互操作的多點對多點（M:M）網狀網的網絡解決方案，該網絡的規范是2017年7月才被SIG推出的，適用于藍牙低能耗（BLE）技術。非常適合于控制、監控和自動化系統，其中需要數十、數百或數千臺設備相互可靠、安全地通信。它將與藍牙技術相關聯的經過驗證的、全球互操作性和成熟的、可信的生態系統帶到工業級設備網絡的創建中。

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四、藍牙的相關技術要求

1、藍牙的射頻（RF）要求

藍牙技術運行在不需申請許可的ISM 2.4GHz頻段，該頻段的頻率范圍為2400~2483.5 MHz。在全雙工傳輸時采用TDD方案。采用跳頻擴頻（FHSS）技術，跳頻是藍牙射頻使用的關鍵技術。我們知道，無線局域網（WLAN）等網絡也工作在2.4GHz頻段，為了解決藍牙技術與相關網絡的共存性，在SIG的V1.2版本中推出了自適應跳頻（AFH）技術。藍牙技術采用的調制方式是高斯頻移鍵控（GFSK）調制。

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2、藍牙的基帶（BB）要求

藍牙技術的基帶（BB，Baseband）指定或實現媒介訪問控制（MAC）層和物理層（PHY）過程，以支持藍牙設備之間實時語音、數據信息流和特設網絡的交換。主要內容包括基帶數據的分組傳輸格式、藍牙設備的編址方式、時鐘、跳頻選擇等等。

欲詳細了藍牙的基帶（BB）相關技術要求的請進入。

3、藍牙的主機控制器接口（HCI）要求

藍牙的主機控制器接口（HCI）是基帶（BB）控制器和鏈路管理器（LM）的命令接口，提供對硬件狀態和控制寄存器的訪問，并提供訪問BB功能的統一方法。它提供了控制基帶與鏈路控制器、鏈路管理器、狀態寄存器等硬件功能的指令分組格式以及進行數據通信的數據分組格式。等。

欲詳細了藍牙主機控制器接口（HCI）相關技術要求的請進入。

四、藍牙的安全

藍牙網絡與任何一種通信網絡（尤其是無線通信）一樣會面臨這安全性問題（假冒、竊聽、未授權訪問、拒絕服務等）。因此藍牙規范提供了一系列的安全機制以提高藍牙無線網絡的安全性，主要體現在藍牙規范的各個協議層。藍牙安全機制中有幾個基本概念，包括：從安全角度出發，將藍牙設備分為3類（這些設備信息存儲在設備數據庫當中并由安全管理器維護）、藍牙設備提供的3種安全服務（這些服務信息由安全管理器保存在服務數據庫當中）、藍牙設備工作的3種工作模式；藍牙基帶安全性4要素；以及藍牙無線網絡安全管理的3方面的任務和安全管理器（藍牙安全體系結構的關鍵部件）5項關鍵任務等，詳見下表4。

表4：藍牙安全機制中相關基本概念

五、藍牙的相關解決方案

隨著藍牙技術的開發與發展，目前SIG推出了兩種主要的藍牙技術解決方案，它們是：低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）和經典藍牙（也被稱為藍牙基本速率/增強數據速率（BR/EDR，Basic Rate/Enhanced Data Rate）藍牙）。

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在SIG的大力推動下，藍牙（Bluetooth）技術在無線個域網（WPAN）的相關的技術中（ZigBee技術和UWB技術）是相對發展比較快速、比較成熟，且應用較廣的技術。

欲進一步了解其他WPAN中相關技術介紹的請進入：ZigBee技術；UWB技術