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藍(lán)牙傳輸

時(shí)間:2023-05-29 18:01:32

開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇藍(lán)牙傳輸,希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進(jìn)步。

藍(lán)牙傳輸

第1篇

關(guān)鍵詞:藍(lán)牙基帶數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備連接

藍(lán)牙(Bluetooth)是一種新型、開放、低成本、短距離的無線連接接技術(shù),可取代短距離的電纜,實(shí)現(xiàn)話音和數(shù)據(jù)的無線傳輸。這種有效、廉價(jià)的無線連接技術(shù)可以方便地將計(jì)算機(jī)及外設(shè)、移動(dòng)電話、掌上電腦、信息家電等設(shè)備連接起來,在它可達(dá)到的范圍內(nèi)使各種信息化移動(dòng)便攜設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)無縫資源共享,還可通過無線局域網(wǎng)(WirelessLAN)與Internet連接,實(shí)現(xiàn)多媒體信息的無線傳輸。

藍(lán)牙系統(tǒng)采用分散式(Scatter)結(jié)構(gòu),設(shè)備間以及從方式構(gòu)成微微網(wǎng)(Piconet),支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。它采用GFSK調(diào)制,抗干擾性能好,通過快速跳頻和短包技術(shù)來減少同頻干擾,保證傳輸?shù)目煽啃?。使用的頻段為無需申請(qǐng)?jiān)S可的2.4GHz的ISM頻段。

藍(lán)牙協(xié)議從協(xié)議來源大致分為四部分:核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議(RECOMM)、電路控制協(xié)議和選用協(xié)議。其中核心協(xié)議是藍(lán)牙專利協(xié)議,完全由藍(lán)牙SIG開發(fā),包括基帶協(xié)議(BB)、連接管理協(xié)議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)。藍(lán)牙協(xié)議從體系結(jié)構(gòu)又可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三大部分,其中鏈路管理層(LM)、基帶(BB)和射頻層(RF)構(gòu)成藍(lán)牙的底層模塊。由此可見,基帶層是藍(lán)牙協(xié)議的重要組成部分。本文主要對(duì)藍(lán)牙技術(shù)中最重要的基帶數(shù)據(jù)傳輸機(jī)理進(jìn)行分析。

1基帶協(xié)議概述

圖1給出藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。在藍(lán)牙系統(tǒng)中,使用藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備連接起來的網(wǎng)絡(luò)稱作微微網(wǎng)(Piconet),它由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)(MasterUnit)和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)(SlaveUnit)構(gòu)成。主節(jié)點(diǎn)是微微網(wǎng)中用來同步其他節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備,是連接過程的發(fā)起者,最多可與7個(gè)從節(jié)點(diǎn)同時(shí)維持連接。從節(jié)點(diǎn)是微微網(wǎng)中除主節(jié)點(diǎn)外的設(shè)備。兩個(gè)或多個(gè)微微網(wǎng)可以連接組成散射網(wǎng)(Scatternet)。

圖2給出藍(lán)牙協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖?;鶐游挥谒{(lán)牙協(xié)議棧的藍(lán)牙射頻之上,并與射頻層一起構(gòu)成藍(lán)牙的物理層。從本質(zhì)上說,它作為一個(gè)鏈接控制器,描述了基帶鏈路控制器的數(shù)字信號(hào)處理規(guī)范,并與鏈路管理器協(xié)同工作,負(fù)責(zé)執(zhí)行象連接建立和功率控制等鏈路層的,如圖3所示?;鶐瞻l(fā)器在跳頻(頻分)的同時(shí)將時(shí)間劃分(時(shí)分),采用時(shí)分雙工(TDD)工作方式(交替發(fā)送和接收),基帶負(fù)責(zé)把數(shù)字信號(hào)寫入并從收發(fā)器中讀入數(shù)據(jù)。主要管理物理信道和鏈接,負(fù)責(zé)跳頻選擇和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸、象誤碼糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)白化、藍(lán)牙安全等?;鶐б补芾硗胶彤惒芥溄樱幚矸纸M包,執(zhí)行尋呼、查詢來訪及獲取藍(lán)牙設(shè)備等。

在藍(lán)牙基帶協(xié)議中規(guī)定,藍(lán)牙設(shè)備可以使用4種類型的地址用于同場合和狀態(tài)。其中,48位的藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR(IEEE802標(biāo)準(zhǔn)),是藍(lán)牙設(shè)備連接過程的唯一標(biāo)準(zhǔn);3位的微微網(wǎng)激活節(jié)點(diǎn)地址AM_ADDR,用以標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中激活成員,該地址3位全用作廣播信息;8位的微微網(wǎng)休眠節(jié)點(diǎn)地址PM_ADDR,用以標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中休眠的從節(jié)點(diǎn)。微微網(wǎng)接入地址AR_ADDR,分配給微微網(wǎng)中要啟動(dòng)喚醒過程的從節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)微微網(wǎng)主從節(jié)點(diǎn)通信時(shí),彼此必須保持同步。同步所采用的時(shí)鐘包括自身不調(diào)整也不關(guān)閉的本地設(shè)備時(shí)鐘CLKN,微微網(wǎng)中主節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)鐘CLK以及為主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘對(duì)從節(jié)點(diǎn)本地設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行周期更新以保持主從同步的補(bǔ)償時(shí)鐘CLKE。

與其它無線技術(shù)一樣,藍(lán)牙技術(shù)中微微網(wǎng)通過使用各種信道來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。其中,物理信道表示在79個(gè)或者23個(gè)射頻信道上跳變的偽隨機(jī)跳頻序列,每個(gè)微微網(wǎng)的跳頻序列是唯一的,并且由主節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備地址決定;此外,藍(lán)牙有5種傳送不同類型信息的邏輯信道,它們分別為:

(1)LC信道:控制信道,用來傳送鏈路層控制信息;

(2)LMC信道:鏈接管理信道,用在鏈路層傳送鏈接管理信息;

(3)UA信道:用戶信道,用來傳送異步的用戶信息;

(4)UI信道:用戶信道,用來傳送等時(shí)的用戶信息;

(5)US信道:用戶信道,用來傳送同步的用戶信息。

在藍(lán)牙系統(tǒng)中,主從節(jié)點(diǎn)以時(shí)分雙工(TDD)機(jī)制輪流進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此,在信道上又可劃分為長度為625μs的時(shí)隙(TimeSlot),并以微微網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘進(jìn)行編號(hào)(0-227-1),主從節(jié)點(diǎn)分別在奇、偶時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

2藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸

藍(lán)牙支持電路和分組交換,數(shù)據(jù)以分組形式在信道中傳輸,并使用流控制來避免分組丟失和擁塞。為確保分組包數(shù)據(jù)正確傳輸,還進(jìn)行數(shù)據(jù)的白化和糾錯(cuò),下面分別對(duì)這些傳輸機(jī)制進(jìn)行分析。

2.1藍(lán)牙分組

分組包數(shù)據(jù)可以包含話音、數(shù)據(jù)或兩者兼有。分組包可以占用多個(gè)時(shí)隙(多時(shí)隙分組)并且可以在下一個(gè)時(shí)隙繼續(xù)發(fā)送,凈荷(Payload)也帶有16位的錯(cuò)誤校驗(yàn)識(shí)別和校驗(yàn)(CRC)。有5種普通的分組類型,4個(gè)SCO分組包和7個(gè)ACL分組包。一般分組包格式如圖4。

圖3基帶層抽象

其中,接入碼(Accesscode)用來定時(shí)同步、偏移補(bǔ)償、尋呼和查詢。藍(lán)牙中有三種不同類型的接入碼:

(1)信道接入碼(CAC):用來標(biāo)識(shí)一個(gè)微微網(wǎng);

(2)設(shè)備接入碼(DAC):用作設(shè)備尋呼和它的響應(yīng);

(3)查詢接入碼(IAC):用作設(shè)備查詢目的。

分組頭(Header)包含6個(gè)字段,用于鏈路控制。其中AM_ADDR是激活成員地址,TYPE指明分組類型,F(xiàn)LOW用于ACL流量控制位,ARQN是分組包確認(rèn)標(biāo)識(shí),SEQN用于分組重排的分組編號(hào),HEC對(duì)分組頭進(jìn)行驗(yàn)。藍(lán)牙使用快速、不編號(hào)的分組包確認(rèn)方式,通過設(shè)置合適的ARQN值來區(qū)別確定是否接收到數(shù)據(jù)分組包。如果超時(shí),則忽略這個(gè)分組包,繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)。

2.2鏈接及流控制

藍(lán)牙定義了兩種鏈路類型,即面向連接的同步鏈路(SCO)和面向無連接的異步鏈路(ACL)。SCO鏈接是一個(gè)對(duì)稱的主從節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的同步鏈接,在預(yù)留的時(shí)間里發(fā)送SCO分組,屬于電路交換,主要攜帶話音信息。主節(jié)點(diǎn)可同時(shí)支持3個(gè)SCO鏈接,從節(jié)點(diǎn)可同時(shí)支持2~3個(gè)鏈接SCO,SCO分組包不支持重傳。SCO鏈路通過主節(jié)點(diǎn)LMP發(fā)送一個(gè)SCO建立消息來建立,該消息包含定時(shí)參數(shù)(Tsco和Dsco)。

ACL鏈接是為匹克網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)在沒有為SCO鏈接保留的時(shí)隙中,提供可以與任何從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行異步或同步數(shù)據(jù)交換的機(jī)制。一對(duì)主從節(jié)點(diǎn)只可以維持一個(gè)ACL鏈接。使用多個(gè)ACL分組時(shí),藍(lán)牙采用分組包重發(fā)機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的完整性。ACL分組不指定確定從節(jié)點(diǎn)時(shí),被認(rèn)為是廣播分組,每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都接收這個(gè)分組。

藍(lán)牙建議使用FIFO(先進(jìn)先出)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)ACL和SCO鏈接的發(fā)送和接收,鏈接管理器負(fù)責(zé)填充這些隊(duì)列,而鏈接控制器負(fù)責(zé)自動(dòng)清空隊(duì)列。接收FIFO隊(duì)列已滿時(shí)則使用流控制來避免分組丟失和擁塞。如果不能接收到數(shù)據(jù),接收者的鏈接控制器發(fā)送一個(gè)STOP指令,并插入到返回的分組頭(Header)中,并且FLOW位置1。當(dāng)發(fā)送者接收到STOP指示,就凍結(jié)它的FIFO隊(duì)列停止發(fā)送。如果接收器已準(zhǔn)備好,發(fā)送一個(gè)GO分組給發(fā)送方重新恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸,F(xiàn)LOW位置0。

2.3數(shù)據(jù)同步、擾碼和糾錯(cuò)

由于藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送器采用時(shí)分雙工(TDD)工作機(jī)制,它必須以一種同步的方式來交替發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。微微網(wǎng)通過主節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步,并決定其跳頻序列中的相位。在微微網(wǎng)建立時(shí),主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘傳送給從節(jié)點(diǎn),每個(gè)從點(diǎn)節(jié)給自己的本地時(shí)鐘加上一個(gè)偏移量,實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步。在微微同生存期內(nèi),主節(jié)點(diǎn)不會(huì)調(diào)整自己的系統(tǒng)時(shí)鐘。為了與主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘匹配,從節(jié)點(diǎn)會(huì)偏移量進(jìn)行周期的更新。藍(lán)牙時(shí)鐘應(yīng)該至少具有312μs的分首辨率。主節(jié)點(diǎn)分組發(fā)送的平均定時(shí)與理想的625ms時(shí)隙相比,偏移不不能超過20ppm,抖動(dòng)(Jitter)應(yīng)該少于1ms。

在分組數(shù)據(jù)送出去并且在FEC編碼之前,分組頭和凈荷要進(jìn)行擾碼,使分組包隨機(jī)化。接收數(shù)據(jù)分組包時(shí),使用盯同的白化字進(jìn)行去擾處理。

為了提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性及系統(tǒng)抗干擾性,藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制采用三種糾錯(cuò)方式:1/3率FEC編碼方式(即每一數(shù)據(jù)位重復(fù)3次)、冗余2/3率FEC編碼方式(即用一個(gè)多項(xiàng)式發(fā)生器把10位碼編碼成15位碼)以及數(shù)據(jù)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式(即發(fā)送方在收到接收方確認(rèn)消息之前一直重發(fā)數(shù)據(jù)包,直到超時(shí))。

圖4藍(lán)牙分組包格式

3藍(lán)牙設(shè)備連接

藍(lán)牙鏈接控制器工作在兩種主要狀態(tài):待令(Standby)和連接(Connection)。在藍(lán)牙設(shè)備中,Standby是缺省的低功率狀態(tài),只運(yùn)行本地時(shí)鐘且不與任何其他設(shè)備交互。在連接狀態(tài),主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)能交換分組包進(jìn)行通信,所以要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間的互相,彼此必須先建立連接。由于藍(lán)牙使用的ISM頻帶是對(duì)所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶,會(huì)遇到各種各樣的干擾源,所以藍(lán)牙采用分組包快速確認(rèn)技術(shù)和跳頻方案來確保鏈路和信道的穩(wěn)定。在建立連接和通信過程中使用跳頻序列作為物理信道,跳頻選擇就是選擇通信的信道。

3.1跳頻選擇

跳頻技術(shù)把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道(HopChannel)。無線電收發(fā)器按一定的碼序列(以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方式)不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道,并且收發(fā)雙方都按這個(gè)規(guī)律才能通信并同步。跳頻的瞬時(shí)帶寬很窄,通過擴(kuò)頻技術(shù)展成寬頻帶,使干擾的影響最小。當(dāng)一個(gè)設(shè)備被激活時(shí),該設(shè)備被分配32個(gè)跳頻頻點(diǎn),以后該設(shè)備就在這些跳頻點(diǎn)上接收和發(fā)送信息。通用跳頻選擇方案由兩部分組成,即選擇一個(gè)序列并在跳頻頻點(diǎn)上映射該序列。對(duì)于每一情況,都需要從-主和主-從兩種跳頻序列。藍(lán)牙系統(tǒng)中使用的跳頻序列有如下幾種:

(1)呼叫跳頻序列:在呼叫(Page)狀態(tài)使用;

(2)呼叫應(yīng)答序列:在呼叫應(yīng)答(PageResponse)狀態(tài)使用;

(3)查詢序列:在查詢(Inquiry)狀態(tài)使用;

(4)查詢應(yīng)答序列:在查詢應(yīng)答(InquiryResponse)狀態(tài)使用;

(5)信道跳頻序列:在連接(Connection)狀態(tài)使用。

3.2藍(lán)牙連接建立

從待令狀態(tài)到連接狀態(tài)的過程就是連接建立過程。通常來講,兩個(gè)設(shè)備的連接建立過程如下:

首先,主節(jié)點(diǎn)使用GIAC和DIAC來查詢范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備(查詢狀態(tài))。如果任何附近的藍(lán)牙設(shè)備正在監(jiān)聽這些查詢(查詢掃描狀態(tài)),就發(fā)送它的地址和時(shí)鐘信息后,從節(jié)點(diǎn)可以開始監(jiān)聽來自主節(jié)點(diǎn)的尋呼消息(尋呼掃描),主節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)附近的設(shè)備之間可以尋呼這些設(shè)備(尋呼狀態(tài)),建立鏈接。在尋呼掃描的從設(shè)備被這個(gè)主節(jié)點(diǎn)尋呼后,就會(huì)以DAC(設(shè)備訪問碼)來響應(yīng)(Slaveresponsesubstate)。主節(jié)點(diǎn)在接收到從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)后,便可以以送主節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、BD_ADDR、BCH奇偶位和設(shè)備類(FHS分組包),最后在從節(jié)點(diǎn)已經(jīng)接收到這個(gè)FHS分組之后,進(jìn)入連接狀態(tài)。具體過程如圖5。

由圖5可見,在藍(lán)牙連接建立的呼個(gè)不同階段,主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)分別處于不同的狀態(tài),這些狀態(tài)包括:

查詢(Inquiry):查詢是主節(jié)點(diǎn)用來查找可監(jiān)視區(qū)域中的藍(lán)牙設(shè)備,以便通過收集來自從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)查詢消息中得到該節(jié)點(diǎn)的設(shè)備地址和時(shí)鐘,查詢過程使用IAC;

查詢掃描(InquiryScan):藍(lán)牙設(shè)備周期地監(jiān)聽來自其他設(shè)備的查詢消息,以便自己能被發(fā)現(xiàn)。掃描過程中,設(shè)備可以監(jiān)聽普通查詢接入碼(GIAC)和特定查詢接入碼(DIAC);

查詢響應(yīng)(Inquiryresponse):從節(jié)點(diǎn)以FHS分組響應(yīng)查詢消息,它攜帶從節(jié)點(diǎn)的DAC、本地時(shí)鐘等信息;

尋呼(Page):主節(jié)點(diǎn)通過在不同的跳頻序列發(fā)送消息,來激活一個(gè)從節(jié)點(diǎn)并建立連接,尋呼過程使用DAC;

尋呼掃描(PageScan):從節(jié)點(diǎn)周期性地在掃描窗間隔時(shí)間內(nèi)喚醒自己,并監(jiān)聽自己的DAC,從節(jié)點(diǎn)每隔1.28s在這個(gè)掃描窗上根據(jù)尋呼跳頻序列選擇一個(gè)掃描頻率;

從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)(SlaveResponse):從節(jié)點(diǎn)在尋呼掃描狀態(tài)收到主節(jié)點(diǎn)對(duì)自己的尋呼消息即進(jìn)入響應(yīng)狀態(tài),響應(yīng)主設(shè)備的尋呼消息;

主節(jié)點(diǎn)響應(yīng)(MasterResponse):主節(jié)點(diǎn)在接收到從節(jié)點(diǎn)對(duì)它的尋呼消息的響應(yīng)后,主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)FHS分組給從節(jié)點(diǎn),如果從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)回答,主節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入連接狀態(tài)。

3.3連接狀態(tài)

連接(connection)狀態(tài)以主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)POLL分組開始,表示連接已經(jīng)建立,此時(shí)分組包可以在主從節(jié)點(diǎn)之間來回發(fā)送。連接兩端即主從節(jié)點(diǎn)都使用主節(jié)點(diǎn)的接入碼和時(shí)鐘,并且使用的跳頻為信道跳頻序列。即在連接建立后,主節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備地址(BD_ADDR)決定跳頻序列和信道接入碼。在連接狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備,可以有以下幾個(gè)子狀態(tài):

Active:在這個(gè)模式下,主從節(jié)點(diǎn)都分別在信道通過監(jiān)聽,發(fā)送和接收分組包,并彼此保持同步;

Sniff:在這個(gè)模式下,從節(jié)點(diǎn)可以暫時(shí)不支持ACL分組,也就是ACL鏈路進(jìn)入低能源sleep模式,空出資源,使得象尋呼、掃描等活動(dòng)、信道仍可用;

Park:當(dāng)從節(jié)點(diǎn)不必介入微微網(wǎng)信道,但仍想與信道維持同步,它能進(jìn)入park(休眠)模式,此時(shí)具有很少的活動(dòng)而處于低耗模式,從節(jié)點(diǎn)放棄AM_ADDR,而使用PM_ADDR。

4藍(lán)牙完全機(jī)制

第2篇

今年的CES上,在愛立信CEO衛(wèi)翰思主題演講的最后,公司移動(dòng)接入平臺(tái)的工程師Anders Stenkvist拿著一部“特殊”的手機(jī)走上了舞臺(tái),他將與衛(wèi)翰思一起為現(xiàn)場的觀眾帶來一份驚喜。

“這項(xiàng)技術(shù)真的非常、非常新,剛剛從實(shí)驗(yàn)室里出來,還很原始。不過,它的確已經(jīng)能夠正常工作了?!盨tenkvist強(qiáng)調(diào)著,言語中透著激動(dòng)和緊張,接著他話鋒一轉(zhuǎn),調(diào)侃道“當(dāng)然,只是在有些時(shí)候?!迸_(tái)下立刻爆發(fā)出一陣笑聲。

Stenkvist用這部特殊的手機(jī)拍攝了一張現(xiàn)場的照片,他想讓臺(tái)下的觀眾都能夠立刻看到,但僅靠小小的手機(jī)屏幕顯然不行,他需要把這張圖片傳到大一些的顯示設(shè)備上。于是,他請(qǐng)衛(wèi)翰思先把一只手輕輕放在手機(jī)上,再用另一只手去摸一臺(tái)與電視連接的接收器。就在衛(wèi)翰思的右手觸到接收器的瞬間,手機(jī)上的照片也出現(xiàn)在了電視的屏幕上――衛(wèi)翰思“化身”成為一根人肉數(shù)據(jù)線,將照片傳到了電視上。現(xiàn)場的觀眾愣了愣神,旋即報(bào)以熱烈的掌聲。

人體傳輸

衛(wèi)翰思所演示的是愛立信開發(fā)的一種名叫Connected Me的人體傳輸技術(shù)。

Stenkvist手中拿著的智能手機(jī)中裝有一個(gè)特殊的數(shù)字回路,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該回路連接一塊金屬板,金屬板能夠?qū)⑿盘?hào)發(fā)送至人體內(nèi),而在連接電視的接收器上同樣裝有相應(yīng)的回路和金屬板,可以檢測(cè)到流經(jīng)人體的微弱信號(hào)。

通過調(diào)整發(fā)射機(jī)電極的電壓并監(jiān)測(cè)接收機(jī)電極上的電位差,信號(hào)得以發(fā)送,這時(shí)在人體中除了存在電位差,還流過一個(gè)小電流。這一物理現(xiàn)象被稱為“電容耦合”,人體傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)正是基于這一原理。

根據(jù)愛立信官方公布的數(shù)據(jù),目前Connected Me技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)6-10Mbps的傳輸速率。與現(xiàn)有的傳輸技術(shù)相比,人體傳輸更加便捷,并且能夠大大提升用戶體驗(yàn)。

人體傳輸技術(shù)并非愛立信所獨(dú)有。早在1996年的計(jì)算機(jī)經(jīng)銷商博覽會(huì)上,IBM就已經(jīng)展示過這項(xiàng)技術(shù)的雛形。日本電信電話公司(NTT)最近10年也一直在持續(xù)開發(fā)這一技術(shù)。2005年,NTT曾宣布成功開發(fā)出能夠投入實(shí)際應(yīng)用的人體傳輸技術(shù),并將之命名為RedTaction,當(dāng)時(shí)所能達(dá)到的傳輸速度為2Mbps。此外,松下、索尼和微軟也都曾開發(fā)類似的技術(shù),不過由于過于超前,一直沒有真正推向市場。

衛(wèi)翰思此前接受其他媒體采訪時(shí)曾表示,歷史上每一次偉大的技術(shù)變革都要經(jīng)歷兩個(gè)階段,技術(shù)誕生至少需要20年的導(dǎo)入期,在那之后,才會(huì)快速發(fā)展并被市場認(rèn)可。

掐指算來,人體傳輸技術(shù)至今已經(jīng)有近20年的歷史,這也解釋了為什么愛立信會(huì)在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上隆重推出Connected Me。

從年初拉斯維加斯的CES到巴塞羅那的MWC大會(huì),再到最近新奧爾良的CTIA美國無線通信展,衛(wèi)翰思每次出場都會(huì)不遺余力地向外界介紹Connected Me。如此賣力宣傳,愛立信顯然是認(rèn)為人體傳輸技術(shù)的引爆點(diǎn)即將到來。

14年前,為了推廣自己發(fā)明的藍(lán)牙技術(shù),愛立信聯(lián)合諾基亞、東芝、IBM和英特爾成立了藍(lán)牙共同利益集團(tuán)(Bluetooth SIG),最終使得藍(lán)牙技術(shù)得以普及。如今,愛立信正在嘗試復(fù)制當(dāng)年的成功,將Connected Me打造成下一個(gè)藍(lán)牙。

雖然不是最早開發(fā)出人體傳輸技術(shù)的公司,但是種種跡象都表明,愛立信希望依靠這個(gè)階段的突然發(fā)力,一舉奠定其在人體傳輸領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,以便在將來的市場競爭中占得先機(jī)。

不過,對(duì)于這樣一項(xiàng)新奇又涉及人體的技術(shù),安全性自然是人們頗為關(guān)心的問題,對(duì)此,愛立信方面稱:“愛立信所做的一系列測(cè)試表明,實(shí)驗(yàn)用的設(shè)備完全符合對(duì)商用設(shè)備的要求,而且還留有寬裕量。”

不只是人肉數(shù)據(jù)線

Connected Me現(xiàn)在已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)傳送照片、音樂和高清視頻,但是愛立信所“兜售”的絕不是“人體數(shù)據(jù)線”的概念那么簡單。作為一種新奇的技術(shù),人體傳輸可以帶來許多全新的應(yīng)用場景。

NFC無疑是業(yè)內(nèi)這兩年最為熱門的技術(shù)之一,NFC支付的產(chǎn)生將過去的“刷卡”變成了“刷手機(jī)”,很酷吧?但是與人體傳輸?shù)闹苯印八⑹帧毕啾?,NFC就要遜色多了。

正在舉行的倫敦奧運(yùn)會(huì)上,NFC已經(jīng)驚艷亮相。據(jù)悉,全倫敦有超過6萬家商戶支持NFC支付。不過,就在奧運(yùn)會(huì)開幕之前,安全軟件廠商McAfee卻給它潑了一盆冷水。McAfee發(fā)出警告稱,搭載NFC的設(shè)備存在嚴(yán)重的安全隱患。

相比之下,用人體傳輸技術(shù)完成支付則會(huì)更加安全和便捷。“NFC需要在安全設(shè)置上花很大一部分精力,而如果使用以人為中心的網(wǎng)絡(luò)的話,只要在手機(jī)里預(yù)存銀行卡信息和密碼,點(diǎn)擊一下觸摸屏,整個(gè)安全認(rèn)證就能傳過去了,這就降低了安全認(rèn)證的難度?!睈哿⑿胖袊袌雠c戰(zhàn)略部市場經(jīng)理田清鶴介紹說,“而且你不通過我本人,是無法進(jìn)行安全驗(yàn)證的,所以支付也會(huì)變得更加安全?!?/p>

在醫(yī)療領(lǐng)域,人體傳輸技術(shù)同樣大有可為。田清鶴向記者描繪了這樣一幅圖景:目前的胃鏡檢查需要將裝有攝像頭的光導(dǎo)纖維通過食道插入患者的胃中,整個(gè)過程十分難受。但是未來隨著人體傳輸技術(shù)的進(jìn)步,只需在一片藥片中植入微型的攝像頭,再讓患者吞咽下去就可以獲取體內(nèi)的影像。

“我們提出來(Connected Me),是為了給業(yè)界提供一些思考?!碧锴妃Q說,而更多創(chuàng)新的應(yīng)用場景還需要愛立信在產(chǎn)業(yè)鏈上的伙伴共同推動(dòng)。

對(duì)于愛立信而言,當(dāng)務(wù)之急是讓市場進(jìn)一步接受這種技術(shù),雖然人體傳輸技術(shù)已經(jīng)有近20年的歷史,但是它究竟會(huì)在未來什么時(shí)候爆發(fā),誰也說不好,而在這之前,所有押寶這項(xiàng)技術(shù)的廠商們還需要繼續(xù)苦苦等待。

Connected Me這個(gè)名字背后其實(shí)也蘊(yùn)含著愛立信的產(chǎn)品邏輯,那就是要打造以人為中心的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)。

隨著移動(dòng)終端的普及和家用電器的智能化,設(shè)備間的連接需求正變得愈來愈多,比如在家中正在PC上閱讀資料,但是突然需要外出,此時(shí)PC與手機(jī)的同步就變得格外重要,云計(jì)算的應(yīng)運(yùn)而生解決了部分問題,但是將個(gè)人信息上傳至企業(yè)的云端,這意味著用戶在享受便利的同時(shí)也將個(gè)人的部分隱私權(quán)利讓渡給了企業(yè),用戶不得不承擔(dān)隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

而以Connected Me為代表的人體傳輸技術(shù)則體現(xiàn)出了與云計(jì)算完全不同的技術(shù)邏輯:個(gè)人依舊是信息的主宰,設(shè)備間的互聯(lián)由用戶自己主導(dǎo),自始至終,信息傳輸?shù)闹鲃?dòng)權(quán)都牢牢掌握在用戶自己的手中。

雖然業(yè)內(nèi)的IT廠商都在主推云計(jì)算的概念,但是隨著隱私問題的不斷凸顯,人體傳輸技術(shù)能夠后來居上也未可知。將來的某一天,人體傳輸或許能夠發(fā)展成為與云計(jì)算并行不悖的另一條道路,正如今天蘋果與谷歌在封閉和開放路線上的選擇一樣。

雖然目前的Connected Me還只是demo版本,但是愛立信已經(jīng)為它的大規(guī)模普及做好了準(zhǔn)備。

田清鶴告訴記者,Connected Me的部署成本很低,所有的電子元件都可以在市場上輕松獲得,而且,其傳輸速率已經(jīng)與wifi相差無幾,能夠應(yīng)對(duì)用戶的各種需求。所以,目前萬事俱備,只欠東風(fēng)。

第3篇

科幻電影情節(jié)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

在007系列電影中,邦德多次遙控他那經(jīng)過改裝的汽車幫他脫險(xiǎn)。曾經(jīng),這種電影中的科幻情景讓我們贊嘆不已,如今這種技術(shù)已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),實(shí)現(xiàn)它的就是“藍(lán)牙”。用手機(jī)給身旁好友的手機(jī)傳送音樂,通過藍(lán)牙無線耳機(jī)暢聽高品質(zhì)的音樂,擺脫束縛懶在床上使用無線鍵盤和鼠標(biāo)上網(wǎng)看電影,LG公司甚至還推出了基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭影院,“有車一族”現(xiàn)在普遍使用的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)使用的也有藍(lán)牙技術(shù)。Windows Vista給藍(lán)牙的應(yīng)用也提供了一方新天地,你可以使用藍(lán)牙遙控器在房間的各個(gè)角落操作電腦……

藍(lán)牙,沒你想的那么復(fù)雜

藍(lán)牙(Bluetooth)是一種近距離無線電通信技術(shù),由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝等公司于1998年聯(lián)合推出。它可以擺脫錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜,將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)甚至家用電器等在一定距離范圍內(nèi)采用無線方式連接起來,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送和語音通信。藍(lán)牙技術(shù)功能強(qiáng)大、耗電量低、成本低廉,難怪很快就風(fēng)靡全球。

藍(lán)牙技術(shù)連連看

藍(lán)牙相關(guān)產(chǎn)品上標(biāo)注的字母和數(shù)字代表什么意思呢?

目前,藍(lán)牙主要分為1.1、1.2和2.0三個(gè)版本,前兩個(gè)版本的數(shù)據(jù)傳輸速率較低(約為748~810kbps),而2.0版則大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸速率(約為1.8Mbps~2.1Mbps)。近兩年的手機(jī)上很多也標(biāo)注支持EDR和A2DP。EDR(增強(qiáng)速率)大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率,還可充分利用帶寬優(yōu)勢(shì)同時(shí)連接多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。A2DP(增強(qiáng)語音傳輸協(xié)議)能夠讓兩個(gè)支持藍(lán)牙音效傳輸?shù)难b置互相連接,輸出高質(zhì)量的立體聲音樂。

藍(lán)牙按傳輸距離又分為Class 1、Class 2和Class 3。Class 1多用在商業(yè)用途,傳輸距離大約在100米左右,后兩者則多用于個(gè)人產(chǎn)品,Class 2傳輸距離大約在8-30米之間,Class 3則僅為2-3米。目前,常見的藍(lán)牙設(shè)備的傳輸距離一般在10米以內(nèi)。

為了方便用戶識(shí)別和購買,SIG(藍(lán)牙特別興趣組織)推出了全球統(tǒng)一的藍(lán)牙設(shè)備標(biāo)示(國內(nèi)很多設(shè)備還沒有標(biāo)注,見下表)。

自己動(dòng)手

享受快樂無線生活

免費(fèi)的藍(lán)牙音箱

無需購買昂貴的藍(lán)牙音箱,你只需要一個(gè)基于BROADCOM芯片的藍(lán)牙適配器,并在電腦上安裝和設(shè)置好WIDCOM的藍(lán)牙軟件,就可以使用手機(jī)上的音樂播放軟件的“經(jīng)藍(lán)牙播放”功能,通過音箱來享受音樂了。

手機(jī)也能遙控電腦

一款名為“Bluetooth Remote Control”的小軟件(下載地址:)讓你輕松把藍(lán)牙手機(jī)變成電腦遙控器。軟件分為電腦服務(wù)器端和手機(jī)Java客戶端,可以適用于支持Java的大部分手機(jī)。

還有很多有趣的藍(lán)牙應(yīng)用軟件,帶給你更多的無線生活樂趣,自己去多多挖掘吧。

小知識(shí):藍(lán)牙和紅外線傳輸技術(shù)的區(qū)別

采用紅外線傳輸(IrDA)時(shí)發(fā)送和接收設(shè)備必須互相對(duì)準(zhǔn),傳輸距離一般為1米以內(nèi)。而藍(lán)牙傳輸則打破了這種局限,發(fā)送和接收設(shè)備無須互相對(duì)準(zhǔn),只要在10米的無障礙范圍內(nèi)數(shù)據(jù)都可以正常傳送。

第4篇

藍(lán)牙是一種短程無線鏈路技術(shù)。作為一種纜線替代技術(shù),藍(lán)牙在消費(fèi)電子設(shè)備之間傳輸語音和數(shù)據(jù),如移動(dòng)電話、PC和PDA設(shè)備等。由于藍(lán)牙應(yīng)用于電池驅(qū)動(dòng)的小型設(shè)備,并且具有短程無線鏈路的特點(diǎn),因此功耗一直是該技術(shù)關(guān)注的問題。

藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙運(yùn)行的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶范圍為2.4~2.4835GHz。由于這個(gè)頻帶是開放的,因此有許多其它的無線鏈路標(biāo)準(zhǔn)也使用這個(gè)頻帶,如802.11Wi-Fi和DECT無繩電話。因?yàn)榉浅n愃疲@些設(shè)備之間可能造成相互的干擾,從而影響藍(lán)牙鏈路的質(zhì)量。

藍(lán)牙鏈路的范圍取決于無線設(shè)備的功率。一級(jí)設(shè)備的連接范圍是100米,二級(jí)設(shè)備為10米,三級(jí)設(shè)備為1米以內(nèi)。

藍(lán)牙技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)每秒1Mbit/s,真正吞吐量為每秒723千比特。數(shù)據(jù)被藍(lán)牙堆棧劃分為數(shù)據(jù)包,并通過兩個(gè)鏈路中的其中一個(gè)進(jìn)行發(fā)送。此鏈路是通過SCO(SynchronousConnectionOrientedChannels)利用預(yù)留帶寬進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸(包括語音包)的;或通過ACL(AsynchronousConnectionlessChannels)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和再傳輸。一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備由硬件、固件和軟件三部分組成。

圖1顯示的是一個(gè)典型的分層藍(lán)牙規(guī)格協(xié)議棧。除了主機(jī)控制接口(HCI)、邏輯鏈路控制及適配協(xié)議(L2CAP)、RFCOMM和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)之外,該藍(lán)牙規(guī)格協(xié)議棧還具有無線電、基帶和鏈路管理協(xié)議。

干擾:挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)

由于藍(lán)牙使用的ISM射頻是開放的,因此許多其它的無線標(biāo)準(zhǔn)也利用ISM頻帶,其中比較有影響力的標(biāo)準(zhǔn)包括802.11b/gWi-Fi。除了因?yàn)榕c其它無線標(biāo)準(zhǔn)共存而產(chǎn)生的挑戰(zhàn)之外,藍(lán)牙通訊鏈路還可能受到其它家用設(shè)備的影響,如微波爐。這些家用設(shè)備在運(yùn)行的同時(shí)輻射出射頻能量,由于成本和技術(shù)上的限制,不可避免地這些設(shè)備會(huì)散發(fā)出相當(dāng)程度的幅射。

盡管受到環(huán)境射頻的干擾,藍(lán)牙在頻率沖突方面的主要挑戰(zhàn)還是來自于802.11b/gWi-Fi。這兩種技術(shù)都在ISM頻帶范圍內(nèi)運(yùn)行,以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送數(shù)據(jù)。在過去五年中,WiFi和藍(lán)牙都廣泛受到消費(fèi)者的歡迎,越來越多的家庭開始使用藍(lán)牙產(chǎn)品和無線LAN網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)檫@兩種技術(shù)非常類似,所以共存是一個(gè)首先需要考慮的問題。實(shí)際上,許多機(jī)制已經(jīng)被采用,以便解決相互間的干擾問題。

為了降低某個(gè)ISM頻帶區(qū)域內(nèi)傳輸?shù)墓β士偭浚{(lán)牙和Wi-Fi不得不采用各種數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)頻技術(shù)。藍(lán)牙采用跳頻技術(shù)(FHSS),在相對(duì)較窄的1MHz帶寬范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)包。這樣,在該帶寬提供的79個(gè)信道范圍內(nèi),窄帶信號(hào)的頻率變?yōu)槊棵?,600跳。通過圍繞頻譜頻繁跳動(dòng),使信號(hào)功率充滿了整個(gè)頻帶。

發(fā)生一般性干擾時(shí),數(shù)據(jù)包的接收可能被中斷,因?yàn)樗{(lán)牙和802.11b/g信號(hào)發(fā)生疊加,造成記錄錯(cuò)誤。附近的天線可能對(duì)第二個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成前端過荷干擾。但是,這種干擾要求具備較強(qiáng)的干擾信號(hào),所以較一般性干擾來說是一種不常見的干擾。

自適應(yīng)跳頻技術(shù)(AFH)

自適應(yīng)跳頻技術(shù)(AFH)是解決一般性干擾的有效途徑。AFH可以識(shí)別“壞”信道。在這些信道上,要么有其它無線設(shè)備干擾藍(lán)牙信號(hào),要么藍(lán)牙信號(hào)干擾了其它的設(shè)備。具備AFH技術(shù)的藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙微網(wǎng)(Piconet)內(nèi)的其它設(shè)備進(jìn)行通訊,分享有關(guān)壞信道的詳細(xì)信息。這樣,這些設(shè)備就可以轉(zhuǎn)換到可用的“好”信道,遠(yuǎn)離干擾區(qū),不影響帶寬的使用。使用AFH技術(shù)時(shí),壞信道的分類必須準(zhǔn)確,并且“一般性”干擾應(yīng)是唯一的干擾形式。圖2展示了有效使用AFH技術(shù)的情形。

BlueCore的默認(rèn)設(shè)置通常能在大約四秒鐘的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)新的來源方面的干擾。

信道跳轉(zhuǎn)使v1.1設(shè)備獲得了AFH技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),但不得不犧牲藍(lán)牙帶寬以盡量減少對(duì)Wi-Fi信號(hào)的影響。即使802.11b/g此時(shí)閑置,也有高達(dá)50%的非優(yōu)先藍(lán)牙通訊被終止。然而,盡管這個(gè)數(shù)字看起來很大,用戶卻常常覺察不到帶寬的變化,除非他們?cè)噲D實(shí)施某些對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用,如立體音頻隨選隨播。

時(shí)分多路復(fù)用(TDM)

時(shí)分多路復(fù)用(TDM)是一種應(yīng)對(duì)前端過荷型干擾的手段,AFH技術(shù)無法應(yīng)對(duì)這種干擾。TDM最初用于保護(hù)802.11b/g傳輸不受藍(lán)牙干擾,而不是相反的情形。其工作原理是:當(dāng)ISM頻帶內(nèi)運(yùn)行802.11b/g時(shí),所有藍(lán)牙傳輸都要關(guān)閉,但那些高優(yōu)先級(jí)的藍(lán)牙傳輸除外。與信道跳轉(zhuǎn)一樣,這種方法犧牲了部分藍(lán)牙帶寬,這部分犧牲的帶寬與802.11b/g工作周期成比例。因此,如果802.11b/g閑置,則鏈路維護(hù)通訊可能造成帶寬下降2-3%,用戶不可能察覺到這個(gè)細(xì)微的變化。

要增強(qiáng)TDM的效果,就需要具備有關(guān)802.11b/g無線設(shè)備活動(dòng)的準(zhǔn)確信息。為此,CSR公司定義了WLAN_Active硬件信號(hào),以保證當(dāng)無線設(shè)備運(yùn)行時(shí),b/g信號(hào)得到保護(hù)。當(dāng)需要保護(hù)藍(lán)牙信號(hào)不因802.11b/g干擾而衰退時(shí),CSR公司開發(fā)出了BT_Priority,這是一種可選的信號(hào),它可以指出何時(shí)正在發(fā)送或接收重要的藍(lán)牙數(shù)據(jù)包。這種信號(hào)可用于保護(hù)采用HV3數(shù)據(jù)包的SCO音頻,這種格式在單聲道耳機(jī)隨選隨播音頻數(shù)據(jù)時(shí)最為常見。Wi-Fi干擾可能阻止耳機(jī)與電話連接,還可能造成音頻質(zhì)量下降,因?yàn)椴糠諷CO數(shù)據(jù)包的傳輸被終止,并且不重新傳輸。

根據(jù)信道質(zhì)量確定數(shù)據(jù)速率(CQDDR)

這個(gè)方案針對(duì)的是極端的范圍和干擾問題,其建立的基礎(chǔ)包括跳頻、數(shù)據(jù)包標(biāo)題和有效載荷的檢錯(cuò)碼、以及數(shù)據(jù)包確認(rèn)收悉或再傳輸。有兩種格式的數(shù)據(jù)包,即DH和DM,分別利用高帶寬和中帶寬。DH數(shù)據(jù)包可以傳輸更多的數(shù)據(jù),但是如果部分?jǐn)?shù)據(jù)包遭到破壞,整個(gè)數(shù)據(jù)包必須重新傳輸以恢復(fù)數(shù)據(jù)。DM數(shù)據(jù)包包含前向糾錯(cuò)(FER)碼,占有效載荷的三分之一:每10比特的數(shù)據(jù)就增加5比特的前向糾錯(cuò)碼,每15比特的數(shù)據(jù)/FEC數(shù)據(jù)塊中可以糾正2比特的錯(cuò)誤。這種數(shù)據(jù)包格式可能降低最大的數(shù)據(jù)速率,但比不包含糾錯(cuò)功能的DH數(shù)據(jù)包更強(qiáng)大。它允許接收設(shè)備與傳輸設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào),按照環(huán)境干擾情況來確定采用何種數(shù)據(jù)包格式。例如,如果某個(gè)設(shè)備確定正在接收的數(shù)據(jù)存在諸多錯(cuò)誤,它就會(huì)通知傳輸設(shè)備以DM數(shù)據(jù)包的方式傳輸數(shù)據(jù)。如果鏈路恢復(fù)暢通了,它就會(huì)允許傳輸設(shè)備回轉(zhuǎn)到DH數(shù)據(jù)包。見圖4。

CQDDR只是藍(lán)牙鏈路的一個(gè)可選項(xiàng),并不包括在藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范內(nèi)。因此,對(duì)于配置BlueCore的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給沒有配置CQDDR的設(shè)備的情況,CSR公司發(fā)明出了一種算法來評(píng)估鏈路的表現(xiàn),并且按照確認(rèn)收悉的數(shù)據(jù)包(ACKs)和沒有確認(rèn)收悉的數(shù)據(jù)包(NACKs)之間的比率來修改數(shù)據(jù)包的類型。但是,對(duì)于從一個(gè)沒有配置CQDDR的設(shè)備接受信息的情況,如果數(shù)據(jù)包受損,則BlueCore無法提供應(yīng)對(duì)措施。

擴(kuò)展型同步定向連接信道(eSCO)

eSCO是允許受損語音數(shù)據(jù)進(jìn)行再傳輸?shù)臋z錯(cuò)語音信道。每一個(gè)數(shù)據(jù)包都有一個(gè)CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn)),這樣接收設(shè)備就可以檢查數(shù)據(jù)包是否正確接收。在接收過程中存在錯(cuò)誤和丟失的數(shù)據(jù)包將得到否認(rèn)。再傳輸窗口允許未經(jīng)確認(rèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再傳輸。

1.1版SCO只能使用單槽數(shù)據(jù)包。擴(kuò)展型SCO允許對(duì)同步語音或數(shù)據(jù)使用三槽數(shù)據(jù)包。這意味著擴(kuò)展型SCO可以達(dá)到100kbps以上的連接速度,而1.1版的連接速度為固定的64kbps。這是因?yàn)樵谑褂脝尾蹟?shù)據(jù)包時(shí)鏈路容量丟失,而當(dāng)無線設(shè)備改變頻率時(shí)數(shù)據(jù)包之間產(chǎn)生間隙。

在每個(gè)eSCO傳輸過程中,主設(shè)備傳輸一個(gè)eSCO數(shù)據(jù)包,從設(shè)備會(huì)按照SCO常規(guī)進(jìn)行響應(yīng)(即使沒有接收到主設(shè)備的數(shù)據(jù)包,從設(shè)備也可以進(jìn)行響應(yīng))。eSCO與SCO的不同之處在于SCO存在一個(gè)再傳輸窗口。在這個(gè)窗口中,可以對(duì)未經(jīng)確認(rèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再傳輸,直至確認(rèn)收悉。eSCO傳輸?shù)拈g隔是可以調(diào)整的。1.1版SCO有三種數(shù)據(jù)包間隔可供選擇,傳輸速度都是64kb/s。擴(kuò)展型SCO的數(shù)據(jù)包長度和間隔在鏈路的兩個(gè)方向都是可以調(diào)整的,因此可以實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱傳輸。

盡管eSCO信道不主動(dòng)處理或避免干擾,受損數(shù)據(jù)包的再傳輸仍保證了其音頻質(zhì)量受到其它無線設(shè)備的影響相對(duì)較小。

功耗對(duì)于藍(lán)牙技術(shù)的重要性

功耗是一個(gè)關(guān)鍵性的問題,在無線開發(fā)的競爭方面有著特別重要的作用。作為一種短程無線功耗是一個(gè)關(guān)鍵性的問題,在無線開發(fā)的競爭方面有著特別重要的作用。作為一種短程無線鏈路技術(shù),藍(lán)牙的功耗可以降到最低水平,特別是在電腦設(shè)備這樣的應(yīng)用中,藍(lán)牙設(shè)備的范圍實(shí)際上不足50cm。

藍(lán)牙較低的功耗水平使其成為移動(dòng)電話和PDA這樣的小型手持設(shè)備首選的無線連接技術(shù),這些設(shè)備依賴于電池電量,消費(fèi)者也看重其電池壽命。

低功耗模式與內(nèi)部時(shí)鐘

在藍(lán)牙堆棧的范圍內(nèi),最大的功耗水平源自于無線單元的活動(dòng),在僅以藍(lán)牙堆棧數(shù)字單元要求的10mA電流水平傳輸和接收數(shù)據(jù)時(shí),無線單元的活動(dòng)卻需要50mA的電流。因此,減少藍(lán)牙無線單元的活動(dòng)對(duì)于降低整體的功耗水平最為有效。此外,靈活使用低功耗模式也可以進(jìn)一步降低藍(lán)牙設(shè)備的功耗水平。

BlueCore芯片內(nèi)的硬件時(shí)鐘可以將數(shù)字單元與無線單元隔離,這樣可以關(guān)閉無線單元,從而將芯片送入淺度或深度睡眠模式。

在淺度睡眠模式下,時(shí)鐘頻率從16MHz、10mA降低到0.125MHz、2mA(圖6)。

在深度睡眠模式下,除了1kHz自激弛張振蕩器之外,時(shí)鐘的主晶體和所有其它部分都停止工作(圖7)。

要進(jìn)入深度睡眠模式,BlueCore需要有20ms時(shí)間的靜止?fàn)顟B(tài)。要從深度睡眠模式下蘇醒過來,時(shí)鐘晶體需要5ms時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)起來,而設(shè)備需要大約20ms時(shí)間的無活動(dòng)狀態(tài)。BlueCore可以通過兩種方式退出深度睡眠模式,一是通過定時(shí)鬧鐘,在下一次定時(shí)活動(dòng)之前叫醒設(shè)備;二是通過PIO、UART或USB串口傳輸設(shè)備來中斷深度睡眠模式。

功耗控制方法對(duì)于降低干擾和電源耗竭的風(fēng)險(xiǎn)也很重要。如果一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備需要與幾厘米之外的另外一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊,這個(gè)設(shè)備就不需要消耗與100m之外的一個(gè)設(shè)備鏈接所需要的那么多功率。BlueCore具備了這方面智能,因此,通過利用最少的電流來建立和維持無線鏈接,BlueCore可以減少功率損耗。

芯片結(jié)構(gòu)

BlueCore芯片結(jié)構(gòu)在保證功耗效率和低功耗方面起著關(guān)鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設(shè)計(jì)的一個(gè)例子,展示了BlueCore芯片的典型設(shè)計(jì)。自最初就設(shè)計(jì)成一個(gè)單芯片產(chǎn)品的BlueCore,其芯片組件特別少,減少了功率消耗,更為重要的是,BlueCore包含一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器基帶去取代常規(guī)的ARM處理器。藍(lán)牙的短程連接和協(xié)議堆棧意味著這個(gè)復(fù)雜而消耗功率的處理器無法執(zhí)行日常的藍(lán)牙任務(wù)。此外,協(xié)議堆棧的結(jié)構(gòu)使所有數(shù)據(jù)不用通過微處理器。芯片內(nèi)存集線器存儲(chǔ)包括信息包在內(nèi)的數(shù)據(jù),而微處理器確定數(shù)據(jù)包的類型和結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個(gè)組件的參與,因此降低了數(shù)據(jù)傳輸和處理過程的功率耗損量。

效率和低功耗方面起著關(guān)鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設(shè)計(jì)的一個(gè)例子,展示了BlueCore芯片的典型設(shè)計(jì)。自最初就設(shè)計(jì)成一個(gè)單芯片產(chǎn)品的BlueCore,其芯片組件特別少,減少了功率消耗,更為重要的是,BlueCore包含一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器基帶去取代常規(guī)的ARM處理器。藍(lán)牙的短程連接和協(xié)議堆棧意味著這個(gè)復(fù)雜而消耗功率的處理器無法執(zhí)行日常的藍(lán)牙任務(wù)。此外,協(xié)議堆棧的結(jié)構(gòu)使所有數(shù)據(jù)不用通過微處理器。芯片內(nèi)存集線器存儲(chǔ)包括信息包在內(nèi)的數(shù)據(jù),而微處理器確定數(shù)據(jù)包的類型和結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個(gè)組件的參與,因此降低了數(shù)據(jù)傳輸和處理過程的功率耗損量。

EDR藍(lán)牙

EDR藍(lán)牙的增強(qiáng)型數(shù)據(jù)傳輸速率也有助于降低藍(lán)牙功耗,EDR芯片被越來越多的消費(fèi)產(chǎn)品所采用。數(shù)據(jù)傳輸速率最大增加三倍,這意味著數(shù)據(jù)包的傳輸速度快三倍,而無線單元最多在三分之一的時(shí)間內(nèi)是激活的,另外設(shè)備可以利用數(shù)據(jù)包之間增加的空間進(jìn)入低功耗模式,如淺度睡眠或深度睡眠。EDR藍(lán)牙的效果目前還是有限的,因?yàn)镋DR產(chǎn)品必須采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率與不具備EDR的v1.1或v1.2設(shè)備進(jìn)行通訊。

目前所有干擾和功耗問題都已克服了嗎?

藍(lán)牙技術(shù)自推出以來,在干擾和功耗方面取得了令人難以置信的進(jìn)展。我們的設(shè)計(jì)工程師們努力將BlueCore打造成最強(qiáng)大的、功率最高的藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品,并不斷研發(fā)芯片結(jié)構(gòu)、低功耗模式和軟件應(yīng)用的新方法,以提供最好的干擾和功耗解決方案。包括自適應(yīng)跳頻(AFH)、分時(shí)多路復(fù)用(TDM)、電源控制以及信道質(zhì)量確定數(shù)據(jù)速率(CQDDR)在內(nèi)的共存系統(tǒng),使藍(lán)牙鏈路更為強(qiáng)大,并作為其它流行標(biāo)準(zhǔn)(如802.11b/gWi-Fi)的補(bǔ)充技術(shù),改善了藍(lán)牙用戶的體驗(yàn)。

效率和低功耗方面起著關(guān)鍵作用。圖8顯示的是BlueCore3-ROMCSP芯片封裝設(shè)計(jì)的一個(gè)例子,展示了BlueCore芯片的典型設(shè)計(jì)。自最初就設(shè)計(jì)成一個(gè)單芯片產(chǎn)品的BlueCore,其芯片組件特別少,減少了功率消耗,更為重要的是,BlueCore包含一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器基帶去取代常規(guī)的ARM處理器。藍(lán)牙的短程連接和協(xié)議堆棧意味著這個(gè)復(fù)雜而消耗功率的處理器無法執(zhí)行日常的藍(lán)牙任務(wù)。此外,協(xié)議堆棧的結(jié)構(gòu)使所有數(shù)據(jù)不用通過微處理器。芯片內(nèi)存集線器存儲(chǔ)包括信息包在內(nèi)的數(shù)據(jù),而微處理器確定數(shù)據(jù)包的類型和結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)包通過DSP傳輸。這種方法限制了單個(gè)組件的參與,因此降低了數(shù)據(jù)傳輸和處理過程的功率耗損量。

EDR藍(lán)牙

EDR藍(lán)牙的增強(qiáng)型數(shù)據(jù)傳輸速率也有助于降低藍(lán)牙功耗,EDR芯片被越來越多的消費(fèi)產(chǎn)品所采用。數(shù)據(jù)傳輸速率最大增加三倍,這意味著數(shù)據(jù)包的傳輸速度快三倍,而無線單元最多在三分之一的時(shí)間內(nèi)是激活的,另外設(shè)備可以利用數(shù)據(jù)包之間增加的空間進(jìn)入低功耗模式,如淺度睡眠或深度睡眠。EDR藍(lán)牙的效果目前還是有限的,因?yàn)镋DR產(chǎn)品必須采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率與不具備EDR的v1.1或v1.2設(shè)備進(jìn)行通訊。

第5篇

就利潤型便攜設(shè)備市場而言,UWB本身的某些因素使它無法普及和被廣泛采用。缺乏信令技術(shù)、可靠的安全性、強(qiáng)大的匹配能力以及功率等問題,使得UWB不適用于以電池供電的便攜式設(shè)備,面臨作為小市場技術(shù)而落后的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面,像藍(lán)牙這樣成熟的技術(shù)可靠而且高效,能夠?qū)WB帶離其僅有的應(yīng)用而引入便攜式設(shè)備大眾市場。正因?yàn)槿绱?,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)宣布將來頒布的藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范將支持WiMedia(UWB)。本文著重討論整合這兩種無線技術(shù)所存在的各種挑戰(zhàn)。

盡管有所不同,藍(lán)牙和UWB是兩種非?;パa(bǔ)的技術(shù)。藍(lán)牙一直以來提供低速率的數(shù)據(jù)傳輸,不過其成本和功耗很低。藍(lán)牙V2.0+EDR(增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率)當(dāng)前最大的應(yīng)用速率為3Mbit/s,同時(shí)在激活狀態(tài)下的功耗為25mA、在閑置狀態(tài)下的功耗僅為幾個(gè)微安。UWB在激活狀態(tài)下功耗達(dá)到藍(lán)牙的20倍,但提供的數(shù)據(jù)速率高達(dá)480Mbit/s,能夠滿足日益增長的大量數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。相對(duì)于藍(lán)牙來說,UWB的每比特功耗較低,使數(shù)據(jù)能夠迅速傳輸。但是,UWB僅在3米范圍內(nèi)有效,而藍(lán)牙的有效范圍超過100米。

至此我們知道,這兩種技術(shù)有著非常不同的特點(diǎn):UWB有效范圍較小,但數(shù)據(jù)傳輸速率高,功率要求也高;而藍(lán)牙有效范圍較大,功率要求非常低,但數(shù)據(jù)傳輸速率差強(qiáng)人意。于是,通過整合藍(lán)牙和UWB,設(shè)備制造商便能夠通過“單一”的無線解決方案,實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本和高數(shù)據(jù)速率傳輸,這些是通過一種技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。

藍(lán)牙技術(shù):促進(jìn)者

藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今各種便攜式設(shè)備的重要通訊連接,最初用于包括移動(dòng)電話耳機(jī)在內(nèi)的各種音頻應(yīng)用,在這方面藍(lán)牙因其固有的低功耗性能而勝人一籌。不過,通訊協(xié)議包含的應(yīng)用更為廣泛。圖1顯示的是藍(lán)牙堆棧與ISO OSI堆棧的比較。盡管在分層和結(jié)構(gòu)方面有著重大的差異,藍(lán)牙技術(shù)的較低層和ISO的實(shí)例是相似的。這個(gè)實(shí)例顯示,WiMedia UWB技術(shù)目前還沒有超越最低層。

按照如今的標(biāo)準(zhǔn)來衡量的話,藍(lán)牙技術(shù)的速率也很低。Wi-Fi和802.11的標(biāo)準(zhǔn)正在開發(fā)中,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將使藍(lán)牙技術(shù)的速率超越120Mbit/s。目前,藍(lán)牙設(shè)備的最高速率為3Mbit/s。這個(gè)速率對(duì)于音頻流來說已算不錯(cuò),但對(duì)于視頻等數(shù)據(jù)型應(yīng)用還是不夠的。

藍(lán)牙與WiMedia的聯(lián)合

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟沒有放棄現(xiàn)有的藍(lán)牙技術(shù)以及近十億部配有藍(lán)牙裝置的設(shè)備,相反,目前它正在采用WiMedia(UWB)作為附加界面。這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)比從前單獨(dú)使用時(shí)更好的儲(chǔ)能效果,同時(shí)也為WiMedia提供了一個(gè)應(yīng)用基礎(chǔ)。

目前正在開發(fā)的方法是:藍(lán)牙技術(shù)作為控制信道,利用其低功率的關(guān)聯(lián)機(jī)制建立應(yīng)用連接,只有當(dāng)設(shè)備需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)時(shí)才開啟UWB,待傳輸完成后再將其關(guān)閉。有關(guān)這兩種技術(shù)之間如何配合的細(xì)節(jié)問題仍在研究中??偟膩碚f,藍(lán)牙將在物理層建立連接。然后,確定并向上層報(bào)告普通UWB設(shè)備的性能。當(dāng)同時(shí)建立低速和高速信道,藍(lán)牙的業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)功能將決定是否執(zhí)行所要求的終端用戶功能(或應(yīng)用)。藍(lán)牙應(yīng)用框架還將定義應(yīng)用的數(shù)據(jù)路徑,或者由一種獨(dú)立于應(yīng)用之外的機(jī)制來確定最佳數(shù)據(jù)路徑。此時(shí),UWB作為一個(gè)高速通道,在需要的時(shí)候打開,不用時(shí)關(guān)閉。這是最具成本效益的執(zhí)行方法,使低速藍(lán)牙鏈路能夠盡可能長時(shí)間地保持設(shè)備之間的連接。

圖2的協(xié)議堆棧顯示,數(shù)據(jù)路徑因應(yīng)用需求不同而略有區(qū)別。目前包括移動(dòng)電話耳機(jī)在內(nèi)的音頻應(yīng)用不需要UWB的速率,這些應(yīng)用還將繼續(xù)采用功耗很低的V2.0+EDR甚至更早的藍(lán)牙版本。數(shù)據(jù)路徑用兩個(gè)箭頭表示:細(xì)箭頭表示低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用,而粗箭頭表示新型大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用。不管怎樣,提供命令和控制信息的數(shù)據(jù)包總是通過藍(lán)牙連接來傳輸。

藍(lán)牙+UWB架構(gòu)

UWB的最大不同之處在于它傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)水平比“噪聲層”(即正常背景噪聲)低得多。在無法覺察的信號(hào)層中傳輸數(shù)據(jù)比較便捷,而在這樣的層中正確接收信息卻很困難。這就需要UWB中先進(jìn)的接收器在這樣低的信號(hào)水平來探測(cè)信號(hào)。

在傳輸過程中,UWB技術(shù)提供令人難以置信的低功耗和高速率,支持?jǐn)?shù)百個(gè)同步信道,并有全球?qū)嵤┑臐摿?。這是因?yàn)閁WB信號(hào)不與傳統(tǒng)的RF載波相互干擾,因此不存在共存的問題。盡管UWB信號(hào)在技術(shù)有效范圍之外難于探測(cè),但是當(dāng)UWB技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)整合之后,卻能有所增值。消費(fèi)品制造商將能夠充分利用藍(lán)牙的互操作性,這是無線技術(shù)獲得成功的基礎(chǔ)。

UWB技術(shù)如何移植到藍(lán)牙架構(gòu)上。藍(lán)色箭頭顯示的是當(dāng)前提供給用戶的數(shù)據(jù)路徑。標(biāo)注“藍(lán)牙v1.2”的箭頭是原始的1Mbit/s鏈路,而標(biāo)注“藍(lán)牙v2.0”的箭頭表示增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率(EDR)3Mbit/s。綠色箭頭顯示的是UWB鏈路中的建議數(shù)據(jù)路徑。大多數(shù)藍(lán)牙堆棧都被利用,只有現(xiàn)有2.4GHz專用的部分被設(shè)為旁路。

中間層一如OBEX(對(duì)象交換協(xié)議)、BNEP(藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議――TCP/IP適配層)和A/V(音頻視頻支持)一無須知道可以提供480Mbit/s的鏈路。他們只知道服務(wù)質(zhì)量(QOS)請(qǐng)求中可提供更好的效能。

這些QoS請(qǐng)求是藍(lán)牙UWB系統(tǒng)如何確定使用哪個(gè)鏈路的關(guān)鍵。UWB技術(shù)的每比特功耗極低,但待機(jī)功耗相對(duì)較高。這就意味著必須做出選擇。如果需要大量的數(shù)據(jù),如直播視頻,那么UWB鏈路就能夠充分利用便攜式設(shè)備有限的電池使用時(shí)間。而如果需要交換的數(shù)據(jù)只是某次會(huì)議的一組商務(wù)名片,那么Qos參數(shù)將表示只有少量對(duì)時(shí)間要求不高的數(shù)據(jù)需要交換:在這種情況下,UWB甚至無須打開。

這個(gè)過程中的上部還有一個(gè)標(biāo)為SDP的方框――服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用架構(gòu)。藍(lán)牙技術(shù)的本地設(shè)備使便攜式藍(lán)牙設(shè)備能夠明確知道它與其他藍(lán)牙設(shè)備間實(shí)現(xiàn)怎樣的功能和通訊。當(dāng)各設(shè)備間完成連接后,正是這個(gè)設(shè)備用來確定UWB的可用性。

當(dāng)省電性能變得不太重要時(shí),這個(gè)藍(lán)牙架構(gòu)還支持被用來認(rèn)證無線USB、無線1394或WiMedia WiNet協(xié)議的UWB。開關(guān)該功能在藍(lán)牙控制范圍之外進(jìn)行,并且必須在UWB執(zhí)行過程中進(jìn)行。

整合了UWB技術(shù)的新版藍(lán)牙將使用戶能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)同速進(jìn)行和傳輸,并使便攜式設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)更多先進(jìn)的視頻和音頻應(yīng)用。在藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范下,UWB技術(shù)在10米的有效范圍內(nèi)速率可達(dá)到480Mbit/s,行業(yè)研究顯示該效能超過了許多應(yīng)用中最高要求的200Mbit/s。將MP3播放器或高畫質(zhì)數(shù)碼相機(jī)的同速進(jìn)行即是此技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。這就為擴(kuò)展各種應(yīng)用保留了很大的空間。

第6篇

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般10m內(nèi))的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等之間進(jìn)行無線信息交換。藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)可歸納為如下幾點(diǎn): 全球范圍適用、同時(shí)可傳輸語音和數(shù)據(jù)、可以建立臨時(shí)性的對(duì)等連接(Ad-hoc Connection)、具有很好的抗干擾能力、藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成、低功耗、開放的接口標(biāo)準(zhǔn)、成本低。

最近在智能家居領(lǐng)域我們看到不少藍(lán)牙的身影。相對(duì)于WiFi近年如火如荼覆蓋大江南北的勢(shì)頭,藍(lán)牙似乎顯得有些落寞。其實(shí)大概在四五年前,WiFi 遠(yuǎn)沒現(xiàn)在普及,藍(lán)牙依舊是手機(jī)之間文件傳輸?shù)闹饕绞?。記得?dāng)年在諾基亞S60時(shí)代,用藍(lán)牙跟朋友之間傳輸一張照片、一首音樂是非常常見的事,而且藍(lán)牙本身傳輸速度也很快,使用起來也比較方便,基本上不受環(huán)境影響,只要兩部設(shè)備具有藍(lán)牙功能即可連接,所以被人們廣泛使用。

如今,支持藍(lán)牙的設(shè)備隨處可見。事實(shí)上,藍(lán)牙是生活中常見的一種重要通訊方式,相對(duì)于ZigBee、Z-wave、WiFi等技術(shù)在智能家居中“露面”較少而言,藍(lán)牙也是無線智能家居的一種主流通訊技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,集成該技術(shù)的產(chǎn)品包括手機(jī)、電腦、耳機(jī)、音箱、汽車、醫(yī)療設(shè)備等等。

眾所周知,藍(lán)牙是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式,支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù),能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù),能夠有效地簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化設(shè)備與 Internet之間的通信,從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家居的設(shè)計(jì)方案,利用該解決方案可以使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便,擺脫了布線系統(tǒng)的束縛,同時(shí)藍(lán)牙的跳頻技術(shù)在一定程度上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

除此之外,藍(lán)牙設(shè)備體積小、易于攜帶,所以,在智能家居領(lǐng)域,藍(lán)牙技術(shù)比較適合一些近距離私人使用的設(shè)備,如智能手環(huán)、智能手表、智能秤等。

與物聯(lián)傳感等主流智能家居企業(yè)與采用的ZigBee等技術(shù)不同,藍(lán)牙技術(shù)明顯更擅長于“單打獨(dú)斗”的小設(shè)備。藍(lán)牙技術(shù)可直接置入體積較小的智能家居設(shè)備,特別是在安全性、能耗等方面提升之后,它也被用于不少智能家居單品。

另外,對(duì)于智能家居來說,藍(lán)牙技術(shù)與其他無線充電方案最大的不同就是它能夠進(jìn)行身份識(shí)別。舉個(gè)例子,當(dāng)你走進(jìn)一家咖啡館,將手機(jī)放在桌子上的無線充電設(shè)備充電時(shí),咖啡館的系統(tǒng)能夠通過你的藍(lán)牙ID判別這是誰的手機(jī)、在哪個(gè)座位上。這意味著,無需離開座位,你就能用手機(jī)完成點(diǎn)單和支付。

當(dāng)然,Bluetooth smart也并非是完美無缺的――雖然它的傳輸距離可以達(dá)到60米,但前提是芯片廠商提供了足夠的支持,例如,對(duì)手手機(jī)設(shè)備而言,其距離基本被限制在10 米~30米以內(nèi)。此外,如果數(shù)據(jù)量較大,Bluetooth Smart的傳輸效率就顯得有些拖沓,需要耗費(fèi)較長的時(shí)間。其他還有比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺,泄密事件非常普遍,無法實(shí)現(xiàn)真正的“漫游”,沒有網(wǎng)絡(luò)自愈功能,對(duì)于以無線網(wǎng)絡(luò)為基本的智能家居來說會(huì)大大降低設(shè)備運(yùn)作效率,并且藍(lán)牙抗干擾能力差。另外,由于其傳輸距離較短,所網(wǎng)絡(luò)承載能力相對(duì)低,新標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)規(guī)模一般不能超過300個(gè),所以并不適合組建龐大的家庭網(wǎng)絡(luò)。這都是接下來需要解決的問題。

第7篇

關(guān)鍵詞:藍(lán)牙 室內(nèi)無線定位 定位技術(shù)

中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2015)12-0000-00

目前,世界范圍內(nèi)主要的定位方式就是無線定位技術(shù),其多用于導(dǎo)航及交通和工程或是搶險(xiǎn)救災(zāi)中。利用衛(wèi)星進(jìn)行精確定位已發(fā)展成熟,不過無線通信系統(tǒng)定位也發(fā)展飛速,其價(jià)廉且靈活,近年被廣泛應(yīng)用于各大場合。藍(lán)牙是無線技術(shù)中的一種,其功耗低且應(yīng)用便捷,藍(lán)牙2.0協(xié)議的提出,充分提升了該技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率及功耗和誤碼率等。本文就藍(lán)牙技術(shù)于室內(nèi)無線定位系統(tǒng)中的技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深層分析,并提出實(shí)用性技術(shù)實(shí)現(xiàn)策略。

1室內(nèi)定位技術(shù)

1.1室內(nèi)定位技術(shù)概論

室內(nèi)定位,即于室內(nèi)環(huán)境中來實(shí)現(xiàn)位置定位,多使用無線通訊及基站定位和慣導(dǎo)定位等技術(shù),將多種技術(shù)集為一體以實(shí)現(xiàn)整套室內(nèi)位置定位系統(tǒng),達(dá)到人員及物體等室內(nèi)空間位置的嚴(yán)密監(jiān)控。

1.2無線定位原理

通常兩條及兩條以上的直線/曲線能夠確定二維平面中的點(diǎn),同時(shí)應(yīng)確定點(diǎn)坐標(biāo)與已知坐標(biāo)空間距離關(guān)系,這則主要是到達(dá)時(shí)間法及到達(dá)時(shí)間差法和到達(dá)角度發(fā)與信號(hào)強(qiáng)度法,具體來講,其間到達(dá)時(shí)間法定位主要是測(cè)定待定位節(jié)點(diǎn)及已知不少于3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)到達(dá)時(shí)間,將其乘以信號(hào)速度而得到待定位節(jié)點(diǎn)及各個(gè)信標(biāo)點(diǎn)距離,再將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為圓心,所得距離值作為半徑做圓,圓交點(diǎn)則為待定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo);到達(dá)時(shí)間差法是使用到達(dá)時(shí)間法中對(duì)應(yīng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)及其待定位節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步務(wù)必嚴(yán)格要求,這時(shí)應(yīng)增加硬件而使成本提升,所以使用達(dá)到時(shí)間差法,此類方式對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)及待定位節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步要求并不嚴(yán)格,因其定位系統(tǒng)較為簡單而被廣泛應(yīng)用;到達(dá)角度法定位原理主要是待定位節(jié)點(diǎn)發(fā)射無線信號(hào)給信標(biāo)節(jié)點(diǎn),利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)天線來測(cè)定信號(hào)到達(dá)的角度,從而確定待定位節(jié)點(diǎn)及信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的夾角,再利用幾何原理算出待定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),二維空間中則應(yīng)測(cè)定不少于兩個(gè)的信號(hào)以至信號(hào)到達(dá)角度,取其直線方向交點(diǎn),這時(shí)則可獲得待定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。該方式定位精確度偏低,主要改善方式是利用天線陣列且按照已知陣元的排列關(guān)系,再利用諸多AOA信息進(jìn)行定位,以此提升定位精確度;信號(hào)強(qiáng)度法主要是利用信號(hào)接收端測(cè)量所接受到的功率,再利用傳播損耗模型公式計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的距離,測(cè)量待定位節(jié)點(diǎn)及不少于3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離解算信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。

2藍(lán)牙室內(nèi)無線定位系統(tǒng)

藍(lán)牙技術(shù)屬于短距離無線通信技術(shù),是利用無線連接把固定及移動(dòng)的信息設(shè)備構(gòu)成個(gè)人局域網(wǎng),從而使得設(shè)備之間低成本無線互連通信的實(shí)現(xiàn)。本文分析了基于藍(lán)牙技術(shù)的室內(nèi)無線定位,用Blue Core4芯片作為主要研究對(duì)象,設(shè)計(jì)構(gòu)建藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng),應(yīng)用協(xié)議為藍(lán)牙串口。如圖1所示,Blue Core4芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡視圖。

圖1 Blue Core4芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡視圖

2.1藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)屬于低功耗無線技術(shù),2.0協(xié)議使得藍(lán)牙技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率及功耗和誤碼率均有所提升。藍(lán)牙技術(shù)可于任何地方隨時(shí)利用無線接口替代有線電纜實(shí)現(xiàn)鏈接,其具備極強(qiáng)的移植性,多用于各類通訊場景下,并且藍(lán)牙技術(shù)功耗低。藍(lán)牙設(shè)備所搜尋到的另一藍(lán)牙設(shè)備,則即刻可進(jìn)行連接,并不需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)設(shè)置,往往無線電環(huán)境越復(fù)雜則藍(lán)牙技術(shù)優(yōu)勢(shì)更為顯著。

2.2藍(lán)牙Core4芯片技術(shù)分析

藍(lán)牙Core4芯片屬于第四代藍(lán)牙芯片,此芯片滿足SIG最新加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸率的各項(xiàng)規(guī)范。藍(lán)牙Core4芯片數(shù)據(jù)傳輸率快,是現(xiàn)有藍(lán)牙裝置的3倍,利用藍(lán)牙移動(dòng)電話及手機(jī)耗電量小,很快就實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。傳輸率的提高則表明該技術(shù)對(duì)特定量數(shù)據(jù)快速展開工作,這樣也可有效降低耗電量。再者是信息包有效負(fù)荷可傳輸更多比特,藍(lán)牙Core4芯片可充分與各類藍(lán)牙裝置兼容,其對(duì)應(yīng)信息包定時(shí)及結(jié)構(gòu)均是統(tǒng)一的,傳輸頻譜特征并未有所改變。藍(lán)牙Core4芯片具體提供方式為外部內(nèi)存及掩模ROM。

3藍(lán)牙室內(nèi)無線定位系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1藍(lán)牙串口應(yīng)用特征

藍(lán)牙串口應(yīng)用時(shí)對(duì)應(yīng)使用授權(quán)及鑒權(quán)與加密等均可自選擇,這些均屬安全性特征的支持,鑒權(quán)及加密為關(guān)鍵支持。應(yīng)用安全特征連接建立階段可執(zhí)行設(shè)備匹配,建立模擬串行電纜連接應(yīng)執(zhí)行各項(xiàng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程。采用RFCOMM傳輸數(shù)據(jù),解調(diào)器控制信號(hào)調(diào)制,同時(shí)有效配置各方面命令。

3.2接入點(diǎn)程序?qū)崿F(xiàn)

藍(lán)牙串口應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn)主要是:第一步,完成PIO初始化,配置控制PIO的對(duì)應(yīng)任務(wù)函數(shù);第二步,配置藍(lán)牙串口應(yīng)用任務(wù)處理函數(shù),初始化藍(lán)牙串口應(yīng)用類設(shè)備,同時(shí)初始化RFCOMM通道編號(hào),設(shè)置藍(lán)牙串口應(yīng)用優(yōu)先級(jí),設(shè)置藍(lán)牙串口應(yīng)用狀態(tài),初始化藍(lán)牙串口應(yīng)用儲(chǔ)存空間,設(shè)置藍(lán)牙串口應(yīng)用協(xié)議返回客服端任務(wù);第三步,藍(lán)牙協(xié)議堆棧,配置處理連接任務(wù),合理初始化多點(diǎn)傳輸管理;第四步,注冊(cè)此設(shè)備安全模式,記錄此設(shè)備屬性,改變此設(shè)備狀態(tài)以進(jìn)入查詢模式狀態(tài);第五步,建立連接,搜尋到設(shè)備之后就得到另一藍(lán)牙地址,各個(gè)設(shè)備藍(lán)牙地址均是唯一獨(dú)立的;第六步,讀取RSSI值,構(gòu)建連接之后則利用函數(shù)調(diào)用讀取RSSI值,同時(shí)估計(jì)發(fā)射設(shè)備及接收設(shè)備的距離,通常返回值應(yīng)是8位整型,-128~127范圍之內(nèi)的某個(gè)值。如圖2所示,接入點(diǎn)程序?qū)崿F(xiàn)簡視圖。

圖2 接入點(diǎn)程序?qū)崿F(xiàn)簡視圖

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升,室內(nèi)無線定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類大型場合,不過此項(xiàng)技術(shù)于國內(nèi)發(fā)展并不是十分快速,這也使得諸多研究方案未能真正發(fā)揮其價(jià)值,所以關(guān)于室內(nèi)無線定位方面的知識(shí)普及,對(duì)室內(nèi)無線定位技術(shù)發(fā)展及其研究空間的擴(kuò)大有著極大現(xiàn)實(shí)意義,以便將其服務(wù)于社會(huì)大眾。本文基于藍(lán)牙Core4芯片對(duì)藍(lán)牙室內(nèi)無線定位系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深層分析,詳細(xì)分析藍(lán)牙串口應(yīng)用服務(wù)程序編寫及調(diào)試,分析其接入點(diǎn)程序?qū)崿F(xiàn),以期提升人們生活便捷度,促進(jìn)國內(nèi)藍(lán)牙室內(nèi)無線定位系統(tǒng)技術(shù)水平提升。

參考文獻(xiàn)

[1]陳國平,馬耀輝,張百珂.基于指紋技術(shù)的藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013(3).

[2]趙娜,李丹.淺談藍(lán)牙室內(nèi)無線定位系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊) ,2011(2).

[3]張浩,趙千川.藍(lán)牙手機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011(11).

[4]吳琳.室內(nèi)定位技術(shù)探討[J].江西測(cè)繪,2013(2).

第8篇

【關(guān)鍵詞】藍(lán)牙(Bluetooth);近距離無線通信

1.藍(lán)牙的起源與發(fā)展

藍(lán)牙是1998年5月由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞共同提出的一種近距離無線數(shù)據(jù)通訊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)。利用該技術(shù)可以有效地簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信,使數(shù)據(jù)的傳輸變得更加迅速、高效。

藍(lán)牙的支持者從最初的五家企業(yè)發(fā)起的藍(lán)牙特別興趣小組(SIG)發(fā)展到現(xiàn)在近3000個(gè)企業(yè)成員。藍(lán)牙從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入市場要經(jīng)過三個(gè)階段:

第一階段(2001年底到2002底):藍(lán)牙產(chǎn)品作為附件應(yīng)用于移動(dòng)性較大的高端產(chǎn)品(如移動(dòng)電話耳機(jī)、筆記本電腦插卡或PC卡等)中,或應(yīng)用于只要求性能和功能且對(duì)價(jià)格無要求的特殊場合。

第二階段(2002年到2005年):藍(lán)牙產(chǎn)品嵌入中高檔產(chǎn)品中,如PDA、移動(dòng)電話、PC、筆記本電腦等。藍(lán)牙的價(jià)格進(jìn)一步下降,估計(jì)其芯片價(jià)格在10美元左右,而有關(guān)的測(cè)試和認(rèn)證工作也初步完善。

第三階段(2005年以后):藍(lán)牙進(jìn)入家用電器、數(shù)碼相機(jī)及其他各種電子產(chǎn)品中,藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)隨處可見,藍(lán)牙應(yīng)用開始普及,藍(lán)牙產(chǎn)品的價(jià)格在2美元~5美元之間,每人都可能擁有2-3個(gè)藍(lán)牙產(chǎn)品。

2.藍(lán)牙技術(shù)的工作原理

2.1建立連接

在微微網(wǎng)建立之前,所有設(shè)備都處于就緒狀態(tài)。在該狀態(tài)下,未連接的設(shè)備每隔1.28s監(jiān)聽一次消息,設(shè)備一旦被喚醒,就在預(yù)先設(shè)定的32個(gè)跳頻頻率上監(jiān)聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異,但32個(gè)跳頻頻率為絕大多數(shù)國家所采用。連接進(jìn)程由主設(shè)備初始化。如果一個(gè)設(shè)備的地址已知,就采用頁信息(Page message)建立連接;如果地址未知,就采用緊隨頁信息的查詢信息(Inquiry message)建立連接。在微微網(wǎng)中,無數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備轉(zhuǎn)入節(jié)能工作狀態(tài)。主設(shè)備可將從設(shè)備設(shè)置為保持方式,此時(shí),只有內(nèi)部定時(shí)器工作;從設(shè)備也可以要求轉(zhuǎn)入保持方式。設(shè)備由保持方式轉(zhuǎn)出后,可以立即恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。連接幾個(gè)微微網(wǎng)或管理低功耗器件時(shí),常使用保持方式。監(jiān)聽方式和休眠方式是另外兩種低功耗工作基帶技術(shù)支持兩種連接方式:主要用于語音傳輸?shù)拿嫦蜻B接(SCO)方式;主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o連接(ACL)方式。

2.2差錯(cuò)控制

基帶控制器采用3種檢錯(cuò)糾錯(cuò)方式:1/3前向糾錯(cuò)編碼(FEC);2/3前向糾錯(cuò)編碼;自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)。

2.3認(rèn)證與加密

認(rèn)證與加密服務(wù)由物理層提供。認(rèn)證采用口令——應(yīng)答方式,在連接過程中,可能需要一次或兩次認(rèn)證,有時(shí)也無需認(rèn)證。認(rèn)證對(duì)任何一個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)都是重要的組成部分,它允許用戶自行添加可信任的藍(lán)牙設(shè)備,例如只有用戶自己的筆記本電腦才可以通過自己的手機(jī)進(jìn)行通信。設(shè)置藍(lán)牙安全機(jī)制的目的在于提供適當(dāng)級(jí)別的保護(hù)。

2.4軟件結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙設(shè)備具有互操作性。對(duì)于某些設(shè)備,從無線電兼容模塊、空中接口,直到應(yīng)用層協(xié)議、對(duì)象交換格式都要實(shí)現(xiàn)互操作性;對(duì)另外一些設(shè)備(如頭戴式設(shè)備等)的要求則要寬松得多。藍(lán)牙計(jì)劃的目標(biāo)就是要確保任何帶有藍(lán)牙標(biāo)記的設(shè)備都能進(jìn)行互換性操作。軟件的互操作性始于鏈路級(jí)協(xié)議的多路傳輸、設(shè)備和服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、以及分組的分段和重組。藍(lán)牙設(shè)備必須能夠彼此識(shí)別,并通過安裝合適的軟件識(shí)別出彼此支持的高層功能?;ゲ僮餍砸蟛捎孟嗤膽?yīng)用層協(xié)議棧。不同類型的藍(lán)牙設(shè)備對(duì)兼容性有不同的要求,用戶不能奢望頭戴式設(shè)備內(nèi)含有地址簿。藍(lán)牙的兼容性是指它具有無線電兼容性,有語音收發(fā)能力及發(fā)現(xiàn)其它藍(lán)牙設(shè)備的能力,更多的功能則要由手機(jī)、手持設(shè)備及筆記本電腦來完成。為實(shí)現(xiàn)這些功能,藍(lán)牙軟件構(gòu)架將利用現(xiàn)有的規(guī)范,如OBEX、HID(人性化接口設(shè)備)、vCard/vCalendar及TCP/IP等,而不是再去開發(fā)新的規(guī)范。設(shè)備的兼容性要求能夠適應(yīng)藍(lán)牙規(guī)范和現(xiàn)有的協(xié)議組成部分,它允許用戶自行添加可信任的藍(lán)牙設(shè)備,例如,只有用戶自己的筆記本電腦才可以通過用戶自己的手機(jī)進(jìn)行通信。藍(lán)牙安全機(jī)制的目的在于提供適當(dāng)級(jí)別的保護(hù),如果用戶有更高級(jí)別的保密要求,可以使用有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機(jī)制。

3.藍(lán)牙通訊技術(shù)的特點(diǎn)

4.藍(lán)牙技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用

通過以下藍(lán)牙連接,我們可以從家庭辦公的線路束縛中解脫出來:

(1)保持計(jì)算機(jī)、電話及PDA上的聯(lián)系人、日歷和信息同步。

(2)從計(jì)算機(jī)向打印機(jī)無線發(fā)送文件。

(3)將計(jì)算機(jī)無線連接至鼠標(biāo)和鍵盤,免去了桌上一堆的雜亂電線。

(4)通過連接手機(jī)至揚(yáng)聲器召開免提電話會(huì)議。

(5)從拍照手機(jī)向打印機(jī)發(fā)送圖片,并進(jìn)行打印。

(6)通過無線立體聲耳機(jī)收聽從家庭音響或其它類似音頻設(shè)備傳送的流音樂。

(7)通過藍(lán)牙連接從膝上型計(jì)算機(jī)或手機(jī)向媒體查看器發(fā)送圖片,在電視上查看數(shù)碼照片。

(8)在無線立體聲系統(tǒng)內(nèi),基站可以通過藍(lán)牙連接向無線揚(yáng)聲器流傳輸音頻。

(9)在進(jìn)行日?;顒?dòng)時(shí),使用連接至手機(jī)或固定電話的無線耳機(jī),就可以隨意接聽來電。

(10)在家時(shí),可以使用連接至陸線CTP電話的手機(jī),以節(jié)省話費(fèi)。

5.結(jié)束語

藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品與因特網(wǎng)Internet之間的通信,使得家庭和辦公室的設(shè)備不需要電纜也能夠?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián),大大提高辦公和通信效率。因此, “藍(lán)牙”將成為無線通信領(lǐng)域的新寵,將為廣大用戶提供極大的方便而受到青睞。藍(lán)牙技術(shù)對(duì)我國的信息化建設(shè)來說,既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。我們衷心希望具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的藍(lán)牙產(chǎn)品早日投入市場,也希望有更多有識(shí)之士關(guān)注和支持我國藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展,也許在不久的將來,人們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)我們的工作與生活都在逐漸變藍(lán)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]超低功耗(ULP)藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范解析[M].國防工業(yè)出版社,2010.

第9篇

    1   引言

    藍(lán)牙(Bluetooth )是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它是由愛立信(Ericsson ) ,國際商用機(jī)器(IBM ) ,英特爾( Intel ) ,諾基亞(Nokia )和東芝(Toshiba ) 5 家公司共同倡導(dǎo)的一種全球無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其目的就是將智能移動(dòng)電話與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數(shù)字信息的外部設(shè)備用無線方式連接起來。目前,無線連接飛速普及、大受歡迎,藍(lán)牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信將起到巨大的促進(jìn)作用。

    2 藍(lán)牙無線頻段的選擇和抗干擾

    藍(lán)牙技術(shù)采用2400~2483.5MHz 的ISM (工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段,這是因?yàn)椋?/p>

    ( l )該頻段內(nèi)沒有其它系統(tǒng)的信號(hào)干擾,同時(shí)頻段向公眾開放,無須特許;

    ( 2 )該頻段在全球范圍內(nèi)有效。

    此時(shí),抗干擾問題便變得非常重要。因?yàn)?400~2483.5MHz ISM 頻段為開放頻段,使用其中的任何頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源(如某些家用電器、無繩電話和汽車開門器等),此外,對(duì)外部干擾源和其它藍(lán)牙設(shè)備的干擾也應(yīng)作充分估計(jì)。

    抗干擾方法分為避免干擾和抑制干擾。避免干擾可通過降低各通信單元的信號(hào)發(fā)射電平來達(dá)到;抑制干擾則通過編碼或直接序列擴(kuò)頻來實(shí)現(xiàn)。然而,在不同的無線環(huán)境下,專用系統(tǒng)的干擾和有用信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍變化極大。在超過50dB 的遠(yuǎn)近比和不同環(huán)境功率差異的情況下,要達(dá)到1Mb/s 以上速率,僅靠編碼和處理增益是不夠的。相反,由于信號(hào)可在沒有干擾時(shí)(或干擾低時(shí))發(fā)送,故避免干擾更容易一些。若采用時(shí)間避免干擾法,當(dāng)遇到時(shí)域脈沖干擾時(shí),發(fā)送的信號(hào)將會(huì)中止。另一方面,大部分無線系統(tǒng)是帶寬受限的,而在2.45 GHZ 頻段上,系統(tǒng)帶寬為80MHz,可找到一段無明顯干擾的頻譜,同時(shí)利用頻域?yàn)V波器對(duì)無線頻帶其余頻譜進(jìn)行抑制,以達(dá)到理想效果。因此,以頻域避免干擾法更為可行。

    3 藍(lán)牙基帶協(xié)議中的可靠性措施

    藍(lán)牙基帶協(xié)議把保證藍(lán)牙無線連接的可靠性放在了至關(guān)重要的位置上,確保匹克網(wǎng)內(nèi)各藍(lán)牙設(shè)備之間由射頻構(gòu)成可靠的物理連接。實(shí)際上,為了提高藍(lán)牙無線連接的可靠性,以較小的開銷有效地降低誤碼率、切實(shí)提高藍(lán)牙無線連接的可靠性,藍(lán)牙基帶協(xié)議中定義了一系列提高藍(lán)牙無線連接可靠性的措施,主要包括:差錯(cuò)檢測(cè)和校正、進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)加噪等。下面,我們對(duì)這些可靠性措施一一進(jìn)行闡述:

    3.1    藍(lán)牙基帶協(xié)議中的差錯(cuò)控制方案

     在藍(lán)牙基帶協(xié)議中采用的差錯(cuò)控制方案有:1/3 比例前向糾錯(cuò)碼(FEC);2/3比例前向糾錯(cuò)碼(FEC);數(shù)據(jù)的自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ, Automatic Repeat Request)方案。

    其中,F(xiàn)EC(前向糾錯(cuò))的目的是為了減少數(shù)據(jù)載荷重發(fā)的次數(shù),使用FEC碼,檢錯(cuò)、糾錯(cuò)以及編解碼的過程變得簡單迅速,這對(duì)RX 和TX 間的有限處理時(shí)間非常重要。但是,采用FEC的缺點(diǎn)是還是會(huì)降低實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率。所以,在糾錯(cuò)要求不高的環(huán)境中,可以不采用FEC。藍(lán)牙規(guī)范基帶協(xié)議中的分組的定義對(duì)于在有效載荷中是否采用FEC 給出了相當(dāng)?shù)撵`活度,由此而定義了ACL鏈接中使用的DM 和DH分組以及SCO鏈接中使用的HV分組。分組頭通常采用1/3比例前向糾錯(cuò)碼保護(hù),它含有很重要的鏈接信息,能夠容忍多位錯(cuò)誤。

    3.1.1   1/3 比例前向糾錯(cuò)碼(FEC)

    在這種3位重復(fù)方案中,分組頭中的每一位都重復(fù)三次。主要用來屏蔽頭中的錯(cuò)誤,因?yàn)榉纸M頭中包含有重要的連接信息。實(shí)際上在整個(gè)分組頭里都采用了三位重復(fù)碼。在這種3 位重復(fù)方案中,重復(fù)碼大部分在接收端判決,既可用于數(shù)據(jù)包頭,也可用于SCO鏈接的分組。例如,在SCO鏈接中使用的HV1分組里的話音段中也采用了這種編碼格式。

    3.1.2  2/3比例前向糾錯(cuò)碼(FEC)

    在這一方案中,采用了一種(15, 10)精簡的(縮短的)漢明碼表示方式。每10個(gè)信息位被編碼為15位的碼字,生成多項(xiàng)式為:g(D)= (D+1) (D4+D+1)。此類錯(cuò)誤校正方法主要用來以最可靠的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)分組。該方案能夠在各代碼字中糾正所有奇數(shù)位錯(cuò)和檢測(cè)所有偶數(shù)位錯(cuò),誤碼檢測(cè)用于數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。它既可用于SCO鏈接的同步分組,也可用于ACL 鏈接的異步分組。具體而言,2/3比例前向糾錯(cuò)碼可用于DM分組、DV分組中的數(shù)據(jù)段、FHS 分組以及SCO鏈接中使用的HV2分組中。由于編碼器采用長度為10 的信息段,所以值為O的尾位可附加在CRC位之后。而所有需要編碼的位數(shù)(即:有效載荷頭、用戶數(shù)據(jù)、CRC和尾部數(shù)位)必須是10 的整倍數(shù)。通常是用線性反饋移位寄存器LFSR來生成2/3比例前向糾錯(cuò)碼。

    3.1.3   自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)

    在藍(lán)牙無線連接中,為了保證可靠傳送,常用做法是采用自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)方案,由接收方發(fā)回特殊的控制幀,作為對(duì)輸人肯定或否定性的確認(rèn)(ACK/NACK)。如果出現(xiàn)丟幀或丟掉確認(rèn)消息的情況,則計(jì)時(shí)器在超時(shí)后會(huì)發(fā)出超時(shí)信號(hào),提醒發(fā)送方可能出現(xiàn)了問題,必須重傳此幀。而且收方必須能夠辨別收到的是重復(fù)幀還是新幀。

在藍(lán)牙采用的ARQ方案中,藍(lán)牙的DM、DH和DV分組的數(shù)據(jù)段可以進(jìn)行傳輸或重發(fā),直到收端返回成功接收確認(rèn)信息(或超時(shí))為止。該確認(rèn)信息包含在返回分組頭里,即捎帶( Piggy  backing) 。為了確定有效載荷正確與否,循環(huán)冗余校驗(yàn)碼應(yīng)該加載于有效載荷中。ARQ方案只工作在分組的有效載荷上(僅針對(duì)具有CRC的有效載荷)。分組頭和話音有效載荷不受ARQ 保護(hù)。

    藍(lán)牙使用快速、無編號(hào)確認(rèn)方案。為了應(yīng)答前次接收分組,應(yīng)返回ACK (ARQN=1)或NAK (ARQN=0)。在返回分組的分組頭里,生成ACK / NACK 域,同時(shí),接收分組的分組頭中的ACK / NACK域可表明前面的負(fù)載是否正確接收,決定是否需要重發(fā)或發(fā)送下一個(gè)分組。從單元將在主-從時(shí)隙后緊跟在從-主時(shí)隙中進(jìn)行應(yīng)答。主單元?jiǎng)t將在下一個(gè)事件中應(yīng)答,該事件將給出同一從單元地址。由于處理時(shí)間短,當(dāng)分組接收時(shí),解碼選擇在空閑時(shí)間進(jìn)行,并要簡化FEC編碼結(jié)構(gòu),以加快處理速度??焖貯RQ方案與停止等待ARQ方案相似,但時(shí)延最小,實(shí)際上沒有由ARQ方案引起的附加時(shí)延。該結(jié)構(gòu)比退后n幀ARQ更有效,并與選擇重傳ARQ 效率相同,但由于只有失效的分組被重發(fā),可減少開銷。

    在快速ARQ方案中,收方為了辨別是重復(fù)幀還是新幀(即過濾重傳數(shù)據(jù)),頭部將附加SEQN位。通常,每次新的CRC數(shù)據(jù)有效載荷傳輸,SEQN位將交替變化。而在重傳中,SEQN位不發(fā)生變化。這樣,通過辨認(rèn)SEQN位是否發(fā)生變化,收方即可辨別出是重復(fù)幀還是新幀。

    3.2  藍(lán)牙基帶協(xié)議中的錯(cuò)誤校驗(yàn)

    在藍(lán)牙無線連接中,至少應(yīng)該對(duì)HEC進(jìn)行分組頭校驗(yàn)。另外,必要時(shí)其有效載荷也必須進(jìn)行CRC校驗(yàn)。使用分組頭HEC信息和有效載荷中的CRC信息,可以檢測(cè)分組錯(cuò)誤和傳輸錯(cuò)誤。

    3.2.1  分組頭HEC檢測(cè)

    為了檢測(cè)藍(lán)牙分組頭,每個(gè)分組頭的最高8位定義為HEC ( Header-Error-Check,頭部錯(cuò)誤檢測(cè))信息。HEC由多項(xiàng)式647(八進(jìn)制數(shù))生成,在生成HEC之前,HEC生成器用一個(gè)8 位值來初始化。在初始化后,對(duì)分組頭的其它10位進(jìn)行計(jì)算,得到8位的HEC值。另外,在接收方校驗(yàn)HEC之前,也必須先進(jìn)行適當(dāng)?shù)某跏蓟T诮邮辗纸M時(shí),首先校驗(yàn)的是訪問碼,由于在信道訪問碼中的64位同步字來源于24位主單元的低地址部分(LAP),這樣就可以校驗(yàn)LAP是否正確,并可以防止接收方接收來自其它匹克網(wǎng)的分組。

    3.2.2   有效載荷的CRC校驗(yàn)

    CRC校驗(yàn)即循環(huán)冗余碼校驗(yàn),是一種常用的檢錯(cuò)編碼,而且已經(jīng)有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn),如CRC-CCITT。在藍(lán)牙無線連接中,發(fā)送方按照國際標(biāo)準(zhǔn)CRC-CCITT ,即g (D) = ( D + 1 ) ( D7 +D4+D3+D2+D+1),并用線性反饋移位寄存器LFSR硬件電路生成有效載荷(數(shù)據(jù)信息)的CRC校驗(yàn)碼,附加在數(shù)據(jù)信息后面構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)幀,由接收方在接收時(shí)檢查。若出錯(cuò),返回NAK,發(fā)送方收到NAK 后重發(fā)該數(shù)據(jù)幀。

    3.3   藍(lán)牙基帶協(xié)議中的其它可靠性措施

    3.3.1   教據(jù)加噪

    所有的分組頭和載荷信息在發(fā)送前都要利用數(shù)據(jù)加噪字進(jìn)行加噪處理。這主要是為了避免在傳輸過程中出現(xiàn)過長的連續(xù)0或1的位流模式。基帶處理器需要從接收到的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)中判斷數(shù)據(jù)是0還是1,但過長的連續(xù)0或1位流會(huì)造成問題。因?yàn)樵诮邮盏降哪M數(shù)據(jù)信號(hào)中并不存在象直流信號(hào)中那樣的參考點(diǎn),因此必須依靠接收到的最后幾個(gè)傳輸信號(hào)進(jìn)行校正。任何連續(xù)的0或1的長序列位流串都可能導(dǎo)致校正失敗。因此需要采用數(shù)據(jù)加噪技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行擾碼處理,以大大降低出現(xiàn)長序列0或1位流串的可能性。

    在藍(lán)牙無線連接的發(fā)送方,這種加噪過程先于FEC編碼完成。在接收端,接收數(shù)據(jù)使用相同的數(shù)據(jù)加噪字進(jìn)行還原處理,該還原處理在FEC解碼后完成。

    3.3.2   鏈路監(jiān)測(cè)

    在無線連接中,有很多原因能夠引起連接中斷,比如,設(shè)備關(guān)閉、設(shè)備移出了藍(lán)牙通信范圍。而且在連接中斷發(fā)生時(shí),通常不會(huì)有任何提前報(bào)警,所以,在藍(lán)牙主、從單元兩端對(duì)鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常必要的。

    為此,在藍(lán)牙主、從單元均使用鏈路監(jiān)測(cè)定時(shí)器。一旦收到經(jīng)過HEC校驗(yàn)的分組和正確的藍(lán)牙活動(dòng)成員地址(AMADDR),定時(shí)器就復(fù)位。如果在連接狀態(tài)的任何時(shí)刻,定時(shí)器達(dá)到閾值(該閾值可協(xié)商),則連接復(fù)位。SCO和ACL 連接使用同一閾值。這樣,就能夠在藍(lán)牙主、從單元兩端對(duì)鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)了。

    4    藍(lán)牙鏈路管理層(LM)中的可靠性措施

    類似地,在藍(lán)牙鏈路管理層(LM )中,也定義有保證可靠的無線連接的措施。

    在藍(lán)牙接收和發(fā)送設(shè)備的鏈路管理層之間是通過協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)來相互通信的。PDU 由操作碼、事件ID和內(nèi)容參數(shù)組成,其中,7 位操作碼用來標(biāo)識(shí)不同類型的PDU。

    如果鏈路管理器收到不能識(shí)別操作碼的PDU,就用LMP no accepted協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)應(yīng)答,并且LMP no accepted PDU中含有原因碼unknown LMP PDU。而且返回的操作碼參數(shù)同樣也是不能夠識(shí)別的操作碼。如果鏈路管理器收到含有無效參數(shù)的PDU,就用LMP no accepted PDU應(yīng)答,并且LMP no accepted PDU中含有原因碼invalid LMP PDU(無效LMP 參數(shù)).

    某一方在等待對(duì)方響應(yīng)時(shí),如果發(fā)現(xiàn)超過了最大響應(yīng)時(shí)間或者檢測(cè)到鏈路丟失,等待應(yīng)答的一方就可以認(rèn)為該過程已經(jīng)終止。

    信道出錯(cuò)或發(fā)送方系統(tǒng)出錯(cuò)都會(huì)引起發(fā)送錯(cuò)誤的消息。為了檢測(cè)后一種情況,LM應(yīng)監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤消息數(shù)量,一旦超過閾值就將其斷開,該閾值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

    由于無法實(shí)時(shí)地截獲PDU,在鏈路兩端的LM都對(duì)同一過程進(jìn)行初始化而且都沒有成功時(shí),很可能會(huì)發(fā)生沖突。這時(shí),主單元將通過發(fā)送含有原因碼“LMP Error Transaction Collision ”的LMP no accepted PDU,中止從單元的初始化過程,從而保證主單元的初始化過程能夠順利進(jìn)行。

    5   藍(lán)牙應(yīng)用層中可采用的可靠性措施

    5.1   穩(wěn)定、可靠的藍(lán)牙文件傳輸協(xié)議:RBTFT

    藍(lán)牙的文件傳輸是通過RFCOMM協(xié)議建立一條端到端的連接。所以在藍(lán)牙RFCOMM協(xié)議的基礎(chǔ)之上建立了本文所描述的藍(lán)牙的文件傳輸協(xié)議,稱之為RBTFT(表示為Reliable Bluetooth  File  Transfer),其主要目標(biāo)是在藍(lán)牙設(shè)備之間建立一條可靠的無線連接通道,進(jìn)行可靠的文件傳輸。該協(xié)議目前的開發(fā)是采用VC+ +,應(yīng)用平臺(tái)為WIN98/2000/NT,但作為RBTFT 協(xié)議的本身不受具體編程語言及操作系統(tǒng)所限制。

    RBTFT 協(xié)議支持一次傳輸多個(gè)文件、斷點(diǎn)續(xù)傳和CRC校驗(yàn)。其設(shè)計(jì)思想是基于幀傳輸方式,即在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是一幀一幀地發(fā)送,為保證可靠的傳輸,RBTFT協(xié)議對(duì)RBTFT幀進(jìn)行了精心的定義,RBTFT 幀由報(bào)頭、數(shù)據(jù)子包組成,報(bào)頭指明幀類型(有些幀是不帶數(shù)據(jù)的命令幀、信息幀,如BTFNAK ) ,還攜帶CRC校驗(yàn)信息。而數(shù)據(jù)子包還有不同的子包結(jié)束符,指明后面是否有后續(xù)包等。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),采用發(fā)送/應(yīng)答/握手/失敗方式,即發(fā)送一幀數(shù)據(jù),一個(gè)應(yīng)答,若應(yīng)答沒收到,重新進(jìn)行協(xié)商握手,握手失敗則向應(yīng)用程序報(bào)告錯(cuò)誤。

    在利用RBTFT 協(xié)議進(jìn)行實(shí)際的文件傳輸時(shí),首先第一步是進(jìn)行串口初始化操作,在串口初始化成功時(shí),通過異步消息RBTFT C0NNECT向應(yīng)用程序報(bào)告,表示一條通信鏈路建立完畢。開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)用程序根據(jù)內(nèi)部緩沖區(qū)的大小決定每次真正可發(fā)送的數(shù)據(jù)量,數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在內(nèi)部緩沖區(qū)內(nèi),按照RBTFT協(xié)議,內(nèi)部緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)分割成一幀一幀并加人幀信息和CRC校驗(yàn)信息,每一幀將調(diào)用內(nèi)部線程發(fā)送數(shù)據(jù),當(dāng)內(nèi)部緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢(即內(nèi)部緩沖區(qū)為空)時(shí),則向應(yīng)用程序發(fā)送消息表示內(nèi)部緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢,應(yīng)用程序?qū)⒖衫^續(xù)發(fā)送其余的數(shù)據(jù)。在接收方,每到達(dá)一幀時(shí),接收方就判讀幀信息、對(duì)到達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并進(jìn)行CRC校驗(yàn),若發(fā)生錯(cuò)誤則通過RBTFT協(xié)議所定義的方式進(jìn)行重發(fā)或協(xié)商,當(dāng)通信能繼續(xù)則不向應(yīng)用程序發(fā)送任何消息,繼續(xù)保持鏈路,若通信不能繼續(xù),則放棄此鏈路,并且向應(yīng)用程序發(fā)送RBTFT ERROR的消息,應(yīng)用程序?qū)⒅匦聫?fù)位此鏈路或進(jìn)行其它相應(yīng)的處理。另外,當(dāng)有任何一方斷開鏈接,應(yīng)用程序?qū)⒔邮盏絉BTFT CLOSE消息,表示此鏈路已經(jīng)斷開。在接收端,所接收到的分幀的數(shù)據(jù)被去掉幀頭重新歸到接收緩沖區(qū)流,重新拼裝為所傳輸?shù)奈募?。然后,再進(jìn)行下一個(gè)文件的傳輸,直至傳輸完所有的文件。

    對(duì)于在應(yīng)用層提高藍(lán)牙無線連接的可靠性而言,最為可貴的是RBTFT協(xié)議支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳。我們目前所實(shí)現(xiàn)的也就是將RBTFT文件傳輸協(xié)議嵌人到藍(lán)牙無線文件傳輸?shù)膽?yīng)用中,這樣,即便出現(xiàn)文件傳輸中斷的情況,也可以進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)傳。這對(duì)于大文件無線傳輸尤為有意義。

    RBTFT協(xié)議支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳的原理在于RBTFT數(shù)據(jù)幀在報(bào)頭中攜帶有指明文件數(shù)據(jù)在文件具體某個(gè)位置開始的偏移量。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或連接中斷時(shí),接收方發(fā)送一個(gè)帶有偏移量的信息幀,說明它希望發(fā)送方從該位置重新開始傳輸。這樣就無需重傳整個(gè)文件,從而實(shí)現(xiàn)了斷點(diǎn)續(xù)傳。

    5.2   藍(lán)牙文件傳翰RBTFT協(xié)議發(fā)送文件的詳細(xì)過程

    以下是藍(lán)牙文件傳輸RBTFT 協(xié)議發(fā)送單個(gè)文件的詳細(xì)過程:

 n =0;             //初始化重試次數(shù)計(jì)數(shù)器,收發(fā)雙方建立連接;

file = fopen (filename,“rb ”);    設(shè)置并發(fā)送包含文件名、文件長度的報(bào)頭;

for ( ; ;) {

message =所讀取接收方發(fā)來的響應(yīng)報(bào)頭信息;

switch (message) {

case 接收方返回“已經(jīng)準(zhǔn)備接收”:

發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)子包,并以子包結(jié)束符指明后面有后續(xù)包;

Continue ;

case 接收方拒絕接收:

fclose (file);

return OK;

case 接收方返回確認(rèn)信息:

發(fā)下一個(gè)包;

Continue;

case 超時(shí):n=n+l;

if (n>20)//重試20 次,若還不能恢復(fù)連接,則放棄

{return ERROR;}

else if

{重新建立連接;

請(qǐng)求接收方發(fā)送帶有偏移量的信息幀;

接收該信息幀;

從指定偏移量處開始繼續(xù)傳送;

Continue;}

case 接收方放棄傳輸:

return ERROR;

case 文件傳輸完畢:

輸出“文件傳輸完畢”的屏幕提示信息;

return OK;

第10篇

關(guān)鍵詞:藍(lán)牙;無線網(wǎng)絡(luò);安全威脅;安全體系

中圖分類號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2016)10-00-03

0 引 言

在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,物聯(lián)網(wǎng)具有對(duì)物品多樣性、低成本、低速率、短距離等特征的泛在需求,這類需求主要通過藍(lán)牙等低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙是一種短距離通信開放標(biāo)準(zhǔn),利用嵌入式芯片實(shí)現(xiàn)通訊距離在10 m100 m之間的無線連接。藍(lán)牙的設(shè)計(jì)目標(biāo)在于通過統(tǒng)一的近距離無線連接標(biāo)準(zhǔn)使各生產(chǎn)商生產(chǎn)的個(gè)人設(shè)備都能通過該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更方便地實(shí)現(xiàn)低速率數(shù)據(jù)傳輸和交叉操作。藍(lán)牙技術(shù)具有低成本、低功耗、模塊體積小、易于集成等特點(diǎn),非常適合在新型物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用。

1 藍(lán)牙技術(shù)的安全體系

1.1 四級(jí)安全模式

1.1.1 安全模式1

安全模式1無任何安全機(jī)制,不發(fā)起安全程序,無驗(yàn)證、加密等安全功能,該模式下設(shè)備運(yùn)行較快且消耗更小,但數(shù)據(jù)在傳輸過程中極易被攻擊。藍(lán)牙V2.0及之前的版本支持該模式。

1.1.2 安全模式2

安全模式2是強(qiáng)制的服務(wù)層安全模式,只有在進(jìn)行信道的邏輯通道建立時(shí)才能發(fā)起安全程序。該模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)蔫b權(quán)要求、認(rèn)證要求和加密要求等安全策略決定了是否產(chǎn)生發(fā)起安全程序的指令。目前所有的藍(lán)牙版本都支持該模式,其主要目的在于使其可與V2.0之前的版本兼容[1]。

1.1.3 安全模式3

安全模式3為鏈路層安全機(jī)制。在該模式下藍(lán)牙設(shè)備必須在信道物理鏈路建立之前發(fā)起安全程序,此模式支持鑒權(quán)、加密等功能。只有V2.0以上的版本支持安全模式3,因此這種機(jī)制較之安全模式2缺乏兼容性和靈活度。

1.1.4 安全模式4

該模式類似于安全模式2,是一種服務(wù)級(jí)的安全機(jī)制,在鏈路密鑰產(chǎn)生環(huán)節(jié)采用ECDH算法,比之前三種模式的安全性高且設(shè)備配對(duì)過程有所簡化,可以在某種程度上防止中間人攻擊和被動(dòng)竊聽。在進(jìn)行設(shè)備連接時(shí),和安全模式3一樣先判定是否發(fā)起安全程序,如需要?jiǎng)t查看密鑰是否可用,密鑰若可用則使用SSP簡單的直接配對(duì)方式,通過鑒權(quán)和加密過程進(jìn)行連接[1]。

建立連接的安全模式機(jī)制流程圖如圖1所示。

1.2 密鑰管理

1.2.1 鏈路密鑰

鏈路密鑰是128 b的隨機(jī)數(shù),由偽隨機(jī)數(shù)RAND和個(gè)人識(shí)別碼PIN、設(shè)備地址通過E21或E22流密碼算法啟動(dòng)。其中初始密鑰及組合密鑰經(jīng)初始化過程生成后作為臨時(shí)鏈路密鑰在設(shè)備間完成鑒權(quán)后就被丟棄。主密鑰可以用于設(shè)備在微微網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行加密信息的廣播,在發(fā)送廣播信息時(shí)主密鑰會(huì)替代原來的鏈路密鑰。單元密鑰生成后在藍(lán)牙設(shè)備中會(huì)被保存且會(huì)一直應(yīng)用于鏈路通信。

1.2.2 加密密鑰

完成鑒權(quán)的藍(lán)牙設(shè)備可以在通信中使用加密密鑰來加密傳遞的數(shù)據(jù)。該密鑰由對(duì)稱加密算法E3算法產(chǎn)生,字長為128 b,由偽隨機(jī)數(shù)RAND、鑒權(quán)過程產(chǎn)生的加密偏移數(shù)COF和當(dāng)前鏈路密鑰K生成。藍(lán)牙采用分組加密的方式,加密密鑰和其他參數(shù)(主體設(shè)備的設(shè)備地址、隨機(jī)數(shù)、藍(lán)牙時(shí)鐘參數(shù))通過E0算法產(chǎn)生二進(jìn)制密鑰流從而對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密。密鑰的生成如圖2所示。

1.3 鑒權(quán)

鑒權(quán)的目的在于設(shè)備身份的認(rèn)證,同時(shí)對(duì)參數(shù)傳遞是否成功進(jìn)行反饋,它既可以是單向過程也可以是相互鑒權(quán),但都需要事先產(chǎn)生鏈路密鑰。被鑒權(quán)設(shè)備的設(shè)備地址、鑒權(quán)的主體設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)以及鏈路密鑰都參與其中,由此產(chǎn)生應(yīng)答信息和鑒權(quán)加密偏移值,前者被傳遞至主體設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證,若相同則鑒權(quán)成功。若鑒權(quán)失敗則需要經(jīng)過一定長度的等待時(shí)間才能再次進(jìn)行鑒權(quán)[2]。鑒權(quán)過程如圖3所示。

2 已知的藍(lán)牙安全漏洞

2.1 跳頻時(shí)鐘

藍(lán)牙傳輸使用自適應(yīng)跳頻技術(shù)作為擴(kuò)頻方式,因此在跳頻系統(tǒng)中運(yùn)行計(jì)數(shù)器包含28位頻率為3.2 kHz的跳頻時(shí)鐘,使控制指令嚴(yán)格按照時(shí)鐘同步、信息收發(fā)定時(shí)和跳頻控制從而減少傳輸干擾和錯(cuò)誤。但攻擊者往往通過攻擊跳頻時(shí)鐘對(duì)跳頻指令發(fā)生器和頻率合成器的工作產(chǎn)生干擾,使藍(lán)牙設(shè)備之間不能正常通信,并且利用電磁脈沖較強(qiáng)的電波穿透性和傳播廣度來竊聽通信內(nèi)容和跳頻的相關(guān)參數(shù)[3]。

2.2 PIN碼問題

密鑰控制圖中的個(gè)人識(shí)別碼(PIN)為四位,是加密密鑰和鏈路密鑰的唯一可信生成來源,兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備在連接時(shí)需要用戶在設(shè)備中分別輸入相同的PIN碼才能配對(duì)。由于PIN碼較短,使得加密密鑰和鏈路密鑰的密鑰空間的密鑰數(shù)限制在105數(shù)量級(jí)內(nèi),并且在使用過程中若用戶使用過于簡單的PIN碼(如連續(xù)同一字符)、長期不更換PIN碼或者使用固定內(nèi)置PIN碼的藍(lán)牙設(shè)備,則更容易受到攻擊[4]。因此在V2.1之后的版本中PIN碼的長度被增加至16位,在增大了密鑰空間,提高了藍(lán)牙設(shè)備建立連接鑒別過程的安全性的同時(shí),也不會(huì)因?yàn)槭褂锰L的數(shù)據(jù)串為通信帶來不便。

2.3 鏈路密鑰欺騙

通信過程中使用的鏈路密鑰基于設(shè)備中固定的單元密鑰,而加密過程中其他信息是公開的,因此有較大漏洞。如設(shè)備A和不同設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)均使用自身的單元密鑰作為鏈路密鑰,攻擊者利用和A進(jìn)行過通信的設(shè)備C獲取這個(gè)單元密鑰,便可以通過偽造另一個(gè)和A通信過的設(shè)備B的設(shè)備地址計(jì)算出鏈路密鑰,偽裝成B來通過A的鑒權(quán),B偽裝成C亦然[5]。

2.4 加密密鑰流重復(fù)

加密密鑰流由E0算法產(chǎn)生,生成來源包括主體設(shè)備時(shí)鐘、鏈路密鑰等。在一個(gè)特定的加密連接中,只有主設(shè)備時(shí)鐘會(huì)發(fā)生改變。如果設(shè)備持續(xù)使用時(shí)間超過23.3小時(shí),時(shí)鐘值將開始重復(fù),從而產(chǎn)生一個(gè)與之前連接中使用的相同的密鑰流[6]。密鑰流重復(fù)則易被攻擊者作為漏洞利用,從而得到傳輸內(nèi)容的初始明文。

2.5 鑒權(quán)過程/簡單安全配對(duì)中的口令

除使用個(gè)人識(shí)別碼PIN進(jìn)行配對(duì)以外,藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)從V2.1版本開始,增加了簡單安全配對(duì)SSP(Secure Simple Pairing,SSP)方式。SSP方式比之前的PIN碼配對(duì)更方便,不像PIN碼配對(duì)那樣需要兩個(gè)有輸入模塊的配對(duì)設(shè)備同時(shí)輸入配對(duì)密碼,而SSP只需要有輸出模塊的兩個(gè)配對(duì)設(shè)備確認(rèn)屏幕上顯示的是否是同一個(gè)隨機(jī)數(shù)即可。通過設(shè)備搜索建立藍(lán)牙物理連接,產(chǎn)生靜態(tài)SSP口令,鑒權(quán)這四步即可建立連接,但是這種關(guān)聯(lián)模型沒有提供中間人攻擊保護(hù),靜態(tài)SSP口令很容易被中間人攻擊攻破[7]。

3 藍(lán)牙技術(shù)的安全威脅

針對(duì)藍(lán)牙的攻擊威脅大體上可以分為兩種,一種是對(duì)不同無線網(wǎng)絡(luò)均適用的攻擊,一種是針對(duì)藍(lán)牙特定的攻擊。

3.1 拒絕服務(wù)攻擊

拒絕服務(wù)攻擊(DoS)的原理是在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)向被攻擊目標(biāo)發(fā)送連接請(qǐng)求,使被攻擊目標(biāo)無法與其他設(shè)備正常建立連接。藍(lán)牙的邏輯鏈路控制和適配協(xié)議規(guī)定了藍(lán)牙設(shè)備的更高層協(xié)議可以接收和發(fā)送64 KB的數(shù)據(jù)包,類似于ping數(shù)據(jù)包,針對(duì)這個(gè)特點(diǎn),攻擊者可以發(fā)送大量ping數(shù)據(jù)包占用藍(lán)牙接口,使藍(lán)牙接口不能正常使用,并且一直使藍(lán)牙處于高頻工作狀態(tài)從而耗盡設(shè)備電池[8]。DoS攻擊流程圖如圖4所示。

3.2 中間人攻擊

在兩個(gè)設(shè)備之間的攻擊者截獲數(shù)據(jù)一方發(fā)送的數(shù)據(jù)后再轉(zhuǎn)發(fā)給另一方,可在不影響雙方通信的情況下獲得雙方通信的內(nèi)容,是一種廣泛應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的攻擊方式。藍(lán)牙4.0版本的低功耗藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth Low Energy,BLE)在設(shè)計(jì)初始時(shí)有防范中間人攻擊的安全措施,但是在產(chǎn)品階段考慮到產(chǎn)品功耗成本等因素,這方面并沒有得到足夠的重視,依然容易受到攻擊[9]。最常見的是用軟硬件結(jié)合的藍(lán)牙攻擊設(shè)備偽造BLE通信進(jìn)行中間人攻擊。中間人攻擊示意圖如圖5所示。

3.3 漏洞竊聽

藍(lán)牙竊聽可以通過對(duì)藍(lán)牙漏洞的攻擊來實(shí)現(xiàn),藍(lán)牙中的OBEX (Object Exchange)協(xié)議,即對(duì)象交換協(xié)議在早期的藍(lán)牙產(chǎn)品規(guī)范中沒有強(qiáng)制要求使用權(quán)鑒,所以攻擊者可以利用此漏洞在被攻擊者手機(jī)沒有提示的情況下鏈接到被攻擊手機(jī),獲取對(duì)手機(jī)內(nèi)各種多媒體文件以及短信通話記錄等文件的增刪改權(quán)限,甚至可以通過手機(jī)命令撥打接聽電話。具有這些攻擊功能的指令代碼被黑客寫成了手機(jī)軟件,可在網(wǎng)絡(luò)上下載。普通人一般會(huì)使用圖形化界面去操作,某些山寨手機(jī)中甚至自帶這項(xiàng)功能,當(dāng)和別的手機(jī)配對(duì)成功后即可獲得對(duì)方手機(jī)的操作權(quán)限。不過隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷提升,針對(duì)早期藍(lán)牙漏洞的攻擊現(xiàn)在已經(jīng)越來越少見。

3.4 重放攻擊

重放攻擊的原理是監(jiān)聽或者偽造雙方通信的認(rèn)證憑證,經(jīng)過處理后再回發(fā)給被攻擊方進(jìn)行認(rèn)證。藍(lán)牙傳輸過程中有79個(gè)信道,攻擊者可以通過監(jiān)聽信道、計(jì)算跳頻時(shí)序、回放已授權(quán)設(shè)備的口令來進(jìn)行攻擊。V4.2的標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)增加了防止重放攻擊的協(xié)議。

3.5 配對(duì)竊聽

藍(lán)牙V2.0及之前更早版本默認(rèn)的4位PIN碼很容易被暴力破解,因?yàn)榈臀粩?shù)字排列組合的方式十分有限,藍(lán)牙V4.0的LE配對(duì)同理。攻擊者只要監(jiān)聽到足夠的數(shù)據(jù)幀,就可以通過暴力破解等方式確定密鑰,模擬通信方,實(shí)現(xiàn)攻擊目的。

3.6 位置攻擊

每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備都有唯一的6字節(jié)序列號(hào)作為設(shè)備地址,這種序列標(biāo)識(shí)由于在使用過程中不發(fā)生改變很容易泄露設(shè)備的位置信息。攻擊者可以根據(jù)藍(lán)牙的調(diào)頻連接機(jī)制和尋呼機(jī)制、設(shè)備標(biāo)識(shí)符和其他通信參數(shù)獲得被攻擊者設(shè)備的地理位置[7]。

3.7 簡單配對(duì)模式攻擊

藍(lán)牙V2.0規(guī)定的SSP安全簡單配對(duì)連接方式并不安全,是由于使用了靜態(tài)口令而無法防止中間人攻擊,并且一旦攻擊者取得了口令,在一段時(shí)間內(nèi)可以用此口令進(jìn)行持續(xù)性攻擊。

4 結(jié) 語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)以及家居設(shè)備等方面的快速推廣,藍(lán)牙的應(yīng)用前景不可小覷,但也面臨著較大的挑戰(zhàn)。因此我們期待在未來的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中可進(jìn)一步實(shí)施必要的安全策略,同時(shí)在使用藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行傳輸時(shí),也應(yīng)提高藍(lán)牙設(shè)備使用的安全意識(shí),盡量使用最強(qiáng)的安全模式。

參考文獻(xiàn)

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[3]唐婧壹.藍(lán)牙安全策略研究[J].山西電子技術(shù),2011(2):85-86.

[4]張俊.藍(lán)牙技術(shù)及其安全機(jī)制研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2008,3(27):1941-1942.

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[7]嚴(yán)霄鳳.藍(lán)牙安全研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2013(2):51-54.

第11篇

藍(lán)牙技術(shù)向著新型信息產(chǎn)業(yè)以及傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)的滲透,將會(huì)為藍(lán)牙技術(shù)拓展新的市場,尋求新的增值空間,同時(shí)也是滿足大眾個(gè)性化需求的未來之路。

隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷推進(jìn),高速、低功耗逐漸成為是藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì),藍(lán)牙作為一種無線傳輸功能,憑借這些優(yōu)勢(shì),藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用整逐步融入大眾生活。

藍(lán)牙技術(shù)最初僅被設(shè)想為用于耳機(jī)和手機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,然而消費(fèi)者不斷上升的使用需求讓藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用更加多元化,逐步滲透到電腦備件等領(lǐng)域。就目前的發(fā)展情況來看,藍(lán)牙技術(shù)在手機(jī)、耳機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等設(shè)備上都有應(yīng)用,同時(shí)又由于手機(jī)的普及率較高,因此藍(lán)牙手機(jī)成為目前藍(lán)牙技術(shù)的主要應(yīng)用,然而藍(lán)牙技術(shù)未來將在汽車產(chǎn)業(yè)、移動(dòng)辦公設(shè)備、家庭娛樂、運(yùn)動(dòng)健身、醫(yī)療保健等領(lǐng)域得到拓展與應(yīng)用,從而開辟藍(lán)牙技術(shù)的新的增值空間。

根據(jù)美國一家媒體報(bào)道,美國一家醫(yī)院給失去雙腿的病人安裝了一對(duì)內(nèi)置藍(lán)牙技術(shù)的假肢。假肢內(nèi)的芯片給關(guān)節(jié)處的馬達(dá)發(fā)送信號(hào)來控制動(dòng)作,同時(shí)兩個(gè)假肢的腳踝處裝有藍(lán)牙芯片,兩個(gè)假肢的藍(lán)牙芯片會(huì)彼此通報(bào)自己的狀況,比如如何在移動(dòng)、是否在走路、站立或者爬坡,并且讓兩個(gè)假肢模擬彼此的動(dòng)作。安裝假肢的人只需要用大腿肌肉施加壓力就可以控制假肢停下來。

2008年10月10日,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group,Bluetooth SIG)中國2008峰會(huì)在北京成功召開,作為藍(lán)牙技術(shù)誕生十周年環(huán)球慶典活動(dòng)之一。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟是由電信業(yè)、信息業(yè)、消費(fèi)性電子業(yè)、汽車業(yè)及網(wǎng)絡(luò)業(yè)的領(lǐng)補(bǔ)袖廠商組成,積極開發(fā)藍(lán)牙嶄新科技并導(dǎo)入市場。其創(chuàng)始公司包括愛立信、英特爾、聯(lián)想、微軟、摩托羅拉、諾基亞及東芝,目前超過11,000個(gè)加盟及應(yīng)用公司會(huì)員。在此次峰會(huì)上,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟成員展示了最新的藍(lán)牙產(chǎn)品和服務(wù),同時(shí)就藍(lán)牙相關(guān)熱點(diǎn)話題進(jìn)行了小組討論。推動(dòng)了藍(lán)牙技術(shù)在中國的發(fā)展和應(yīng)用。

峰會(huì)上,支持藍(lán)牙功能的手機(jī)、耳機(jī)、車載免提設(shè)備、藍(lán)牙技術(shù)測(cè)試裝置和認(rèn)證服務(wù)以及藍(lán)牙遙控游戲機(jī)等相繼亮相。展示了藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)及日本市場總監(jiān)蘇國良(Derek Soh)先生在會(huì)上指出:“未來,具有低功耗和高速傳輸特點(diǎn)的藍(lán)牙技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)個(gè)人無線通信領(lǐng)域,并打開新的市場?!绷硗?,他補(bǔ)充道:“目前,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟已經(jīng)在中國設(shè)立了3家藍(lán)牙認(rèn)證測(cè)試中心(BQTF,Bluetooth Qualification TestFacitify),他們將在藍(lán)牙認(rèn)證程序,尤其是藍(lán)牙技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域?yàn)橹袊{(lán)牙設(shè)備制造商提供專業(yè)的品質(zhì)服務(wù)?!边@也將推動(dòng)中國市場藍(lán)牙產(chǎn)品發(fā)展進(jìn)程。

今年七月,為提高藍(lán)牙技術(shù)在中國大陸的各個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟與北京天地互聯(lián)信息技術(shù)有限公司(BII)合作,在北京設(shè)立了辦事處,為近600名中國成員提供技術(shù)支持以及增值服務(wù)。這一系列舉措展現(xiàn)了藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟對(duì)中國市場的重視及在中國推動(dòng)藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用的堅(jiān)定信心。

藍(lán)牙無線技術(shù)作為一項(xiàng)全球通用的短距離個(gè)人無線連結(jié)技術(shù),適用于多種電子裝置。且此技術(shù)持續(xù)發(fā)展內(nèi)在的技術(shù)優(yōu)勢(shì),小型發(fā)射器、低功耗、低成本、內(nèi)建安全功能、耐用性、易用性及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)功能等。目前,每個(gè)工作日平均有超過9種全新的藍(lán)牙產(chǎn)品獲得認(rèn)證,而每周則有近2千萬件藍(lán)牙產(chǎn)品出貨。全球問世的藍(lán)牙裝置產(chǎn)品已超過20億件,數(shù)量并持續(xù)攀升中。

藍(lán)牙技術(shù)與新型信息產(chǎn)業(yè)以及傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)的融合,將會(huì)開拓藍(lán)牙技術(shù)的新市場,尋求新的增長點(diǎn),拓展產(chǎn)業(yè)鏈,使得各項(xiàng)服務(wù)更加個(gè)性化的滿足大眾的需求,只要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的較好融合,藍(lán)牙技術(shù)的未來中國之路應(yīng)該具有廣闊的發(fā)展前景。

第12篇

無線耳機(jī)選購的兩個(gè)疑惑

藍(lán)牙還是2.4G:當(dāng)前無線耳機(jī)使用的技術(shù)主要分為藍(lán)牙和2.4G兩種,前者更適合手機(jī)、平板等設(shè)備使用,尤其是藍(lán)牙模塊成為移動(dòng)設(shè)備標(biāo)配后,有效推動(dòng)了藍(lán)牙無線耳機(jī)的普及。此外,對(duì)于配備藍(lán)牙模塊的筆記本用戶來說,同樣建議選用藍(lán)牙無線耳機(jī)。而對(duì)于臺(tái)式機(jī)用戶來說,由于大多數(shù)臺(tái)式機(jī)沒有配備藍(lán)牙模塊,因而更適合使用2.4G無線耳機(jī)。

關(guān)于音質(zhì):藍(lán)牙和2.4G無線技術(shù)的傳輸損耗一定程度上的確大于有線耳機(jī),但對(duì)于192Kbps這樣主流碼率MP3來說,極少有人能聽出同價(jià)位有線和無線耳機(jī)的差異。因而,對(duì)于主流用戶來說,不必太過擔(dān)心無線耳機(jī)在音質(zhì)上的表現(xiàn)。此外,賽爾貝爾查爾德G15這樣將藍(lán)牙與降噪融為一體的產(chǎn)品,通過主動(dòng)降噪和動(dòng)圈喇叭,已經(jīng)能為用戶帶來優(yōu)秀音質(zhì)體驗(yàn)。

筆記本拍檔

雷柏S230

推薦理由:雷柏S230采用了經(jīng)典的超輕便式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),看起來十分美觀。耳機(jī)的頭梁內(nèi)側(cè)為鋼架結(jié)構(gòu),彈性好耐拉伸,其外側(cè)包裹有一層透明的塑料材質(zhì),很好的保證了美觀,也可有效提高佩戴的穩(wěn)定性。該耳機(jī)基于2.4G無線傳輸技術(shù),超小NANO無線發(fā)射器可輕松隱藏在筆記本USB接口上,有效傳輸距離為8米,內(nèi)置鋰電池一次充電可使用6個(gè)小時(shí)。

輕盈藍(lán)牙耳機(jī)

碩美科W601

推薦理由:碩美科W601在佩戴上創(chuàng)造性地使用了Free-adaption入耳角度修正技術(shù),通過入耳角度自由調(diào)節(jié),提升用戶佩戴舒適度與貼合度。該耳機(jī)符合Ver2.1+Edr標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,傳輸速率高達(dá)3Mbps,確保高保真音質(zhì)的傳輸。同時(shí)將多功能操作鍵集中在左邊耳殼,便于用戶操作,通話、聽歌一鍵切換。

簡約時(shí)尚

賓果i623

推薦理由:賓果i623耳機(jī)是一款專門為外出攜帶聆聽設(shè)計(jì)的便攜式頭戴藍(lán)牙耳機(jī),有黑、白兩種顏色可供選擇。折疊收納方式,外出攜帶聆聽起來非常便利,采用隱形麥克風(fēng)設(shè)計(jì),拾音效果清晰,方便手機(jī)用戶使用。賓果i623耳機(jī)內(nèi)置鋰電池供電,一次充電可使用4個(gè)小時(shí),待機(jī)則長達(dá)250小時(shí),續(xù)航效果符合當(dāng)前主流。

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