蓝牙技术主要原理综述

当设备从等待状态进入连接状态前，设备需要进行一连串 的信号查询与呼叫程序。进行查询和呼叫的状态称为中间状 态。图４显示了三个状态ｌ＇日Ｊ的切换ｎ－。
等待状态
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中Ｊ．日Ｊ状态
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连接状态
图４蓝牙设备的３个工作状态
（１）连接状态 为了节省功率消耗以及减少对其他用户的干扰，从设备长 时间不传输数据．当希望与主从网络中的主设备连接时，从设 备可以选择进入不同状态的连接状态。 活动（Ａｃｔｉｖｅ）状态下，从设备基本上一直在监听来自主控 设备的发射信号。Ａｃｔｉｖｅ状态下从设备具有ＡＭ—ＡＤＤＲ地址 以及与主从网络相同的跳频序列。由于Ａｃｔｉｖｅ状态一直在接 收分组，并随时准备发送分组，因此这个状态能够提供最快的 响应。但是消耗的功率也是最多。 呼吸（Ｓｎｉｆｆ）状态下从设备是周期地被激活。主控设备以 一定的时Ｉ’日Ｊ间隔定期地给从设备发送分组，从设备只需要在这 些时间｜＇日Ｊ隔内接收主没备送来的信号，但是从设备仍然保有
休眠（Ｐａｒｋ）状态下，从设备保持与主控没备的跳频序列同 步，但不是活动的（处于Ａｃｔｉｖｅ、Ｓｎｉｆｆ和Ｈｏｌｄ模式的从设备被认 为是活动的）。Ｐａｒｋ模式下从设备将丢弃ＡＭ—ＡＤＤＲ地址并从 主设备得到ＰＭ—ＡＤＤＲ与ＡＲ～ＡＤＤＲ地址。在主从例络中 Ｐａｒｋ模式的从设备都有一个特定的ＰＭ—ＡＤＤＲ地址，但是 ＡＲ—ＡＤＤＲ可能与其他的从设备相同。当主设备希望唤醒某个 处于Ｐａｒｋ状态的从设备时．就在广播频道ＢＣ上发送从设备的 ＰＭ—ＡＤＤＲ地址，并Ｉ—Ｊ时指定从设备称为Ａｃｔｉｖｅ状态后的
微微网包含一个共享的信道，其成员通过这个信道进行通 信。这个信道由一个明确的跳频序列组成。微微网的成员以同 步的方式跟踪跳频序列，跳频序列由主设备来控制。图２”就是 —个微网的设备连接图。
图２一个主设备和多达７个活动态的从设备组成的微网 为了连接８个以上的活跃的没备，必须建立多个微刚，然后
连接每个微网的主设备，这个联合结构就是散射网。散射网在 空问和时间上交叠。一个微网中的从设备可以是多个微Ｍ的 从设备，也可以是另一个微网的主设备．这样就使微嘲之间通 信成为可能。因为只有７９个频点，所以一个散射网最多只有 １０个微网。图３是三个微网构成的一个散射网的示意图。
ＳＣＯ链略面向连接的同步传输（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｎｅｃ— ｔｉｏｎ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ，ＳＣＯ）链路属于电路交换的同步传输类型。电路 交换是指，当主设备与从设备一旦建立连接后，不管有无数据 发送，系统都会给主设备与从设备预留固定｜＇日Ｊ隔的时隙，其他 从设备则不能利用此连接Ｅ的时隙来发送数据，ＳＣＯ属于点 对点的对称连接，即连接建立在一个主设备和一个从设备之 间。ＳＣＯ比较适合语音的传输。
（下转第１０Ｉ）
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身而言，它的算法机制相当简单，但是对大整数运算，ｃ＋＋并不 提供默认支持。大整数的运算是通过调用的公共类ＢｉｇＩｎｔ来 实现的。ＲＳＡ对象被实例化以后，它将１０２４位为块的数据视 作一个整体，并对其进行乘方求模运算。幂和模的值从密钥中 取得。然后所得的结果作为输出。如果输入大于１０２４位，ＲＳＡ 应进行分段处理。最后需要实现的是签名功能。签名算法函 数主要是下面两个方法：
２技术原理
２．１设备结构 原理是把一块小且功耗低的无线电收发芯片嵌入到传统电
子设备中。蓝牙芯片包括无线电收发器和链路控制器（Ｌｃ）。无 线收发器是蓝牙没备的核心，使用的无线电频段在ＩＳＭ２．４ＧＨＺ 到２．４８ＧＨＺ之问。控制连接包括两部分：软件连接——链路管 理器（ＬＭ）和硬件——链路控制器（Ｌｃ）。ＬＭ执行链路设置、监 权、配置；负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制。ＬＣ实现 数据发送和接受。逻辑ＬＣ和适应协议具有完成数据拆装、控制 服务质量和复用协议的功能．该层协议是其它各层协议实现的 基础。图ｌ显示了无线收发器的主要操作和功能。蓝牙链路控 制器执行基带通信协议和相关的处理过程。图１也概括了基带 的主要功能，负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。 ２．２基带层协议体系 ２．２．１跳频
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蓝牙技术主要原理综述
盛红梅。李旭伟 （四川大学计算机学院，四川成都６１００６５） 摘要：蓝牙技术是一种短距离无线通信技术．它基于蓝牙基带协议，采用跳频技术，使用２．４ＧＨｚ ＩＳＭ全球通用频段． 结合了电路交换与分组交换的特点，能同时传送语音和数据。文章对蓝牙技术的主要原理进行了介绍。 关键词：蓝牙技术；跳频；电路交换；包交换；微网；散射网
４结束语
本文提出的安全构件，是完全面向嵌入式环境的构件式操 作系统的。我们采用了基于摘要一非对称加密算法设计了数 字签名应用构件。可以参考此构件，开发出其它的应用构件。 因此，所述技术在实际系统开发中有很重要的实用价值。 参考文献： １１】陈榕．中间件技术在嵌入式操作系统中的应用ＩＣｌ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ
ＡＣＬ链路无连接的异步传输（Ａｓｙｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｎｅｃ－ ｔｉｏｎ—Ｌｅｓｓ，ＡＣＬ）链路属于包交换的异步传输类型：包交换是将 高层的数据切割成一段段包进行交换。ＡＣＬ链路可以占用任
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计算机时代２００９年第３期
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意时隙来传输数据，但它只能在ＳＣＯ链路不使用的时隙上传 输。ＡＣＬ链路适合传输突发性的数据信息，其主设备可以同时 和多个从设备建立ＡＣＬ链路，属于点对多点的非对称连接。 ２．２．４微微网和散射网
Ｓｉｇｎ方法：该方法先对输入生成ＭＤ５消息摘要，然后用输 入的密钥字节串对其加密，以加密后的摘要值作为输出。其代 码如下：
ＥＳＣＳｉｇｎａｔｕｒｅ：：Ｓｉｇｎ（ＢＹＴＥ。ｉｎ，ＢＹＴＥ．ｏｕｔ．ｉｎｔ ｌｅｎｇｔｈ） ｆ ＢＹＴＥ ｔｅｍｐｉｌ ６】：
ＥＳＣＳｅｃｕｒｉｔｙ＋ｐＳｅｃｕｒｉｔｙ＝ｐＦａｃｔｏｒｙ－＞ＧｅｔＳｅｃｕｄｔｙｌｎｓｔａｎｃｅ０； ｐＳｅｃｕｒｉｔｙ－＞Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（”Ｍｏｄｕｌｅ Ｔｅｓｔ”）： ｐＳｅｃｕｒｉｔｙ－＞ＬｏａｄＰｒｏｖｉｄｅｒ（”ＥｌａｓｔｏｓＰｒｏｖｉｄｅｒ．ｄｌｌ”）： ＭｅｓｓａｇｅＤｉｇｅｓｔ ｐＭｄ＝ｐＦａｃｔｏｒｙ一＞ＧｅｔＭｅｓｓａｇｅＤｉｇｅｓｔｌｎｓｔａｎｃｅ
设备涉及的地址尚有，ＡＭ—ＡＤＤＲ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｍｂｅｒ Ａｄｄｒｅｓｓ） 活动成员地址，ＰＭ—ＡＤＤＲ（Ｐａｒｋｅｄ Ｍｅｍｂｅｒ Ａｄｄｒｅｓｓ）守候成员 地址，ＡＲ—ＡＤＤＲ（Ａｃｃｅｓｓ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ａｄｄｒｅｓｓ）访问请求地址。 ２．２．３教据传输妻型
蓝牙技术可同时发送语音和数据，凶为蓝牙技术支持电路 交换和包交换两种数据传输方式。在蓝牙技术标准中电路交 换的传输称为ＳＣＯ链路、包交换的传输称为ＡＣＬ链路。
跳频技术是物理信道内的每个时隙上所发送的数据，不断 地从一个频道跳到另一个频道。主设备与从设备会根据彼此
问相同的跳频序列，从当前频道跳到下一个频道。跳频序列决 定于主设备内４８位的ＢＤ－ＡＤＤＲ（蓝牙没备地址）地址。
图１蓝牙模块高级功能组件 ２，２，２设套地址
蓝牙设备内有一个惟一的４８位ＢＤ—ＡＤＤＲ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｄｅ— ｖｉｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ蓝牙设备地址）地址。这个地址可以ｉ兑是蓝牙技 术的运算核心．几乎所有负责蓝牙系统正常工作的控制参数， 如跳频序列、频道访Ｍ码、加密密钥部由此地址求得。
图３多个微网构成的散射网。主设备桥接网络 ２，２．５设备的工作状态
蓝牙设备在不同的场合下，有不同的工作状态。工作状态 主要有两种：连接状态（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｔａｔｅ）和等待状态（Ｓｔａｎｄ—
ｂｙ Ｓｔａｔｅ）。当与其他设备互相连接时，称为连接状态，此时主 设备和从设备使用相同的通道｝方问码与相同的跳频序列．能够 互相通信。当不与其他的设备互相作用时，称等待状态，此时 设备以内定的系统时序ＣＬＫＮ运行，消耗的功率非常低。
Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ：Ｔｈｅ Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒ．． ｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｙｏｕｎｇ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ，２００１．１０：２２—２３
｛２１ Ｂｒｕｃｅ Ｓｃｈｎｅｉｅｒ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ－－一ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，
ＡＭ—ＡＤＤＲ及与主从网络相同的跳频序列。与Ａｃｔｉｖｅ相比，
Ｓｎｉｆｆ模式消耗功率较低，响应较慢。 保持（Ｈｏｌｄ）状态下，从设备在一个规定的时间间隔内彻底
停止监听分组，这个时间间隔由主设备与从设备内的应用程序 共同协议决定，当超过该持续时１１日Ｊ后从设备将恢复原来的模 式。Ｈｏｌｄ模式下，从设备将暂时停止支持ＡＣＬ链路，但是仍支 持ＳＣＯ链路，所以从设备仍然保有ＡＭ—ＡＤＤＲ地址及与主从 网络有相同的跳频序列。Ｈｏｌｄ模式下的响应可能比Ｓｎｉｆｆ模式 更慢，但可以节省更多的功率。
１念
蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技术，实际上是一种短距离无线通信技 术。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔ｉ己本电脑 和移动电话手机等移动通信终端没备之间的通信，也能够成功 地简化这蝗设备与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的通信，使这些现代通信没备与因 特网的数据传输变得更』ＪⅡ迅速高效。
蓝牙技术具有以下明显的技术特性：能同时传送语音和数 据；使用全球通用的频段；低成本、低功耗和低辐射；能应用于 各种电子设备；具有网络特性等。
（”ＭＤ５”．”ＥｌａｓｔｏｓＰｒｏｖｉｄｅｒ＇’）： ｐＭｄ－＞Ｕｐｄａｔｅ（ｉｎ，ｌｅｎｇｔｈ）； ｐＭｄ－＞Ｄｉｇｅｓｔ（ｔｅｍｐ，ｌｅｎｇｔｈ）； ＲＳＡＥｎｃｒｙｐｔ（ｔｅｍｐ，ｏｕｔ．ＲＳＡＫｅｙ）； ）
Ｖｅｒｉｆｙ方法：Ｖｅｒｉｆｙ方法是Ｓｉｇｎ方法的逆，输入的签名被解 密，然后和生成的原文ＭＤ５摘要进行比较验证，最后返回验ｉ正 结果。
两个蓝牙设备建立连接后，形成了微微嘲的个人区域。每 个微微网有且只有一个主设备。同时有—个或多个从设备．它们 可以互相转换角色。每个微微嘲只能有７个活跃的从设备，岗为 在Ａｃｔｉｖｅ状态下，主设备分配给每个连接的从设备一个活动的 成员地址ＡＭ—ＡＤＤＲ，主设备通过这个地址来辨别微微网中不 Ｉ－Ｊ的从设备。ＡＭ—ＡＤＤＲ由３ｂｉｔｓ组成，所以在一个微微网中最 多只能有８个设备。换言之，最多有７个从设备处于活动态。每 个微微网最多有２５．５个休眠的从设备。因为从Ａｃｔｉｖｅ状态进入 Ｐａｒｋ状态的蓝牙没备将得到一个ＰＭ＿ＡＤＤＲ地址，ＰＭ—ＡＤＤＲ 由８ｂｉｔｓ组成，所以最多可容纳２５６个Ｐａｒｋ状态的蓝牙没备。