蓝牙技术毕业论文

蓝牙技术毕业论文内容摘要：

、互操作的性能。 下一代高速蓝牙决定采用超宽带 (UWB)技术。 现有蓝牙规格在物理层中采用基于跳频方式的频谱扩散技术。 作为其传输技术，将来准备采用UWB 这一方针是由蓝牙标准化团体美国蓝牙兴趣小组 (Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth S IG)于 2020 年宣布的。 蓝牙规格对物理层与北京交通大学毕业设计（论文） 第 页 10 MAC 层以及 上层的应用层做了相应的规定。 蓝牙兴趣小组有关人士此前已经提到将来有可能将 UWB 用作物理层。 该小组表示， “蓝牙己被大量应用于手机，而且认证程序也己经完善。 假如再结合 UWB，就将能够实现面向便携终端高速无线通信的最佳接口 ”。 飞思卡尔的 XS110 DSUWB 解决方案己在 2020 年通过美国联邦通讯委员会 (FCC)认证，目前己可提供 110 Mbps 的通讯速率，通讯范围也已达 20 米。 XS110 支持 、 mini PCI、IE EE1394 及 Compact Fl ash 等接口及 TCP/IP 协议。 2020 年 11 月，蓝牙兴趣小组曾向业界介绍了今后的举措，比如，降低耗电量，以便用于传感器网络终端，以及长距离传输等。 客观地说 ，蓝牙采用的技术中有些并非是当前该领域最先进的技术。 蓝牙的目标是全球通用、价格低廉、结构紧凑，因此它并不强调技术的先进性。 蓝牙技术自提出以来，在短短 2 年里已风靡全球。 目前全球己有 2020多家企业推出了蓝牙芯片、蓝牙平台、应用程序、测试设备等产品。 蓝牙技术推出以来，经过不断的研发和改进，技术已经臻于成熟，并在移动通信、汽车、笔记本电脑、 的追捧。 蓝牙技 术的应用前景十分广阔，具权威的市场调研机构 InStat报告，蓝牙已确立了作为语音和数据传输的短距离无线解决方案的地位，据 InStat 统计， 2020 年蓝牙芯片出货量达到 亿片，比 2020 年增长%，而预计 2020 年蓝牙芯片出货量达到 亿片，到 2020 年将达到 亿。 2020 年 10 月蓝牙技术联盟 (Bluetooth Special Interest Group)宣布，蓝牙产品每周的发货量已达到 950 万，创下里程碑式的重要纪录。 这再一次证明蓝牙是架设个人局域网的最佳无线技术。 有关专家指出 ，移动电话是蓝牙普及的核心。 而这又帮助蓝牙渗透到其他产品，包括笔记本电脑、耳机、汽车和便携式数字音乐播放机。 InStat 的最新报告发现 :面对无线USB、无线 1394 和 WiFi 等的竞争，蓝牙需要不断适应。 InStat 的美国消费者家用技术调查表明，消费者对蓝牙的认识日益加深，对无绳立体声耳机的兴趣越来越大。 2020 年符合蓝牙 增强数据率 (EDR)的芯片开始进入市场，提供较高的带宽和较低的功耗。 虽然 ，由于蓝牙技术的发展速度一直未达到预计的要求而使一些业内人士对蓝牙技术产生了怀疑，但是作为一种前景光明 的连接技术，蓝牙仍以惊人的速度向前发展 . 本文主要内容 全文分为四 章，具体内容如下 : 第一章为绪论部分，介绍了蓝牙的基本情况、蓝牙的由来、蓝牙国内外的研究动态以及蓝牙技术及产品的现状。 第二章对蓝牙技术进行了详细北京交通大学毕业设计（论文） 第 页 11 的介绍。 对蓝牙的关键技术进行了分析，给出了蓝牙的技术指标和系统参数，研究了蓝牙通信协议栈，阐述了蓝牙的技术特点及应用。 第三章对蓝牙的安全系统进行了分析，讲述了蓝牙的低层安全机制和高层安全机制，分析了蓝牙的系统风险与威胁，给出了蓝牙的安全性分析与建议。 第四 章 主 要是基于 DES 的蓝牙数据加密的实 现，本章对适用于蓝牙技术的 DES算法进行了描述，并试图将 E0 加密算法的接口改为 DES 算法接口，并列出 Linux 下蓝牙链路级加密部分源码。 最后是结论 和参考文献。 2 蓝牙技术简介 蓝牙技术概况 蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准 ，它是基于 WPAN (Wireless Personal Area Network) 的无线网络连接技术，是以短程无线电收发技术为固定与移动设备通信环境建立了一个短程无线电的特别连接。 它建立一个通用的无线电空中接口以及控制软件的公开标准，使无线通信技术和计 算机技术紧密结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下在近距离范围内具有互用、互操作的性能，代替固定与移动通讯设备之间的电缆。 在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。 作为 一 种 短距离的无线通信技术，蓝牙技术并不是唯一的。 但是与其他相应的无线通信技术比较起来，蓝牙技术的优势在于它是全球统一的、开放的的技术标准，技术先进与成本低廉的折衷统一考虑，以及世界蓝牙组织 SIG 知识产权共享的巨大诱惑力。 近年来，世界上一些权威的标准化组织，也都在关注蓝牙技术标准的制定和发 展。 例如， IEEE 的标准化机构，也已经成立了 工作组，专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。 TG1 就是讨论建立与蓝牙技术 版本相一致的标准； TG2 是探讨蓝牙如何与 无线局域网技术共存的问题。 而 TG3 则是要研究未来蓝牙技术向更高速率 (如 10~20Mbit/s) 发展的问题。 关于无线局域网 与蓝牙技术可以共存、相互补充的问题，许多专家己有共识，并且已经提出一些可行的技 术方案进行深入的研究；例如蓝牙采用自适应跳频的方式避开无线局域网的 22MHz 的频段，或者对蓝牙及无线局域网的发射功率加以控制，从而使其相互之间的干扰减至最小等。 与此同时，世界蓝牙组织 SIG 的各个技术工作组也在积极开展工作，加快制定各种实用的纵向应用规范 Profiles。 例如，网络打印、静态图象的传输、汽车应用平台、电子商务、工业自动化及信息安全等。 蓝牙使用 全球通用的 ISM 频段，由于这个频段对所有无线电系统都开放，因此使用北京交通大学毕业设计（论文） 第 页 12 其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。 为保证蓝牙设备在这种噪杂的无线环境中能可靠地工 作，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。 跳频技术是把频带分为若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断的从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的设备干扰源不可能按同样的规律进行千扰。 跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍的扩展成宽带宽，使干扰可能的影响变得很小。 与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙系统比其他系统都稳定。 理论上讲，这种跳频每秒为 1600 次，系统有 78 个可能的信道。 在短短的十几年时间 里，蓝牙技术风靡全球，什么原因使得它有如此大的影响力 ?本节将就蓝牙关键技术、蓝牙技术特点、主要技术指标和系统参数、蓝牙网络、蓝牙协议体系结构、蓝牙技术的特点等方面对蓝牙技术进行了比较全面的介绍和分析。 蓝牙关键技术分析介绍 蓝牙技术的初衷是取代现有的 PC、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口，因而可以用无线接口来代替有线电缆连接，有很强的移植性。 客观地说，蓝牙所采用的技术有些并不是当前该领域最先进的技术。 蓝牙技术的目标是全球通用、价格低廉、结构紧凑和功耗低，它不强调技术的先进性。 选择 频段、地址码、速率 蓝牙使用全球通用的 Hz ISM (Industrial, Scientific and Medical) 频段，它是一个无需申请许可就可以使用的频段，因此，它消除了蓝牙技术“国界”的障碍。 任何一个蓝牙设备都可根据 IEEE802 标准得到一个唯一的 48 比特的蓝牙地址码 (BD_ADDR)，它是一个公开的地址码，可以通过人工或自动进行检查。 在 BD_ADDR 基础上，使用一些性能良好的算法可获得各种保密和安全码，从而保证了设备识别码 (ID) 在全球的唯一性，以及通信过程中设备的鉴权和通 信的安全保密。 蓝牙的数据速率为 1Mbit/s 以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。 跳频扩频与纠错的方案 因为 ISM 频段是开放的，所以运行在这一频段的无线系统会面临许多难以预测的干扰，比如某种监视器、无绳电话和微波炉都有可能是干扰源。 这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用的水平。 为此，蓝牙特别设计了快跳频和短分组的技术，有强的抗信号衰落和低的同频干扰性，既北京交通大学毕业设计（论文） 第 页 13 保证了蓝牙系统比其他类似的系统更为稳定，又保证语音和数据传输的可靠性。 蓝牙技术采用 1/3 比例前向纠错编码 ( FEC)， 2/ 3 比例前向纠错编码(FEC)和自动重发请求 (ARQ)等三种纠错方案。 前向纠错的目的是为了减少数据重发的次数。 但在无误码环境下， FEC 产生的无用检验位降低了数据的吞吐量，因此，是否采用 FEC 可视需要而定。 分组报头含有重要的连接信息和纠错信息，始终采用 1/3FEC 方式进行保护性传输。 在无编号的 ARQ方案中，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到收到确认。 只有数据在收端通过了报头错误检测和循环冗余检测认为无误后，才向发端确认消息，否则，返回一个错误消息。 此外 ，话音信道采用连续可变斜率增量调制 (Continuous Variable Slope Delta, CVSD) 或脉冲编码调制 (Pulse Code Modulation, PCM) ，可以处理丢失和被破坏的语音采样，即使比特错误率达到 4%，用 CVSD 或PCM 的编码还是可听的。 射频特性 射频是介于声音频率与红外线频率之间的电磁波频率。 对于无线通信系统而言，射频部分就是通信系统的 “空中接口 ”，不同厂商生产的设备要实现兼容或者互操作的基本要求就是射频规范的统一，而且通信质量也是由射频来决定的。 蓝牙射频规定了蓝牙射频频段、调制 方式、跳频频率、发射功率、接收机灵敏度等参数。 蓝牙 天 线 发射功率按标称的 0dBm 设计，遵循 FCC(美国联邦通信委员会 )有关电平为 0dBm 的 ISM 频段的标准。 理想的连接范围为 10 厘米到 10 米 .采用了扩频技术后，发射功率达到 100mw 以上，通信距离延长至 100 米。 发射功率具有自适应性。 链路类型 蓝牙系统中有两种物理链路：异步无连接链路 ACL(Asynchronous Connectionless)和同步面向连接链路 SCO( Synchronous Connection Oriented)。 ACL 链路是微微网主设备和所有从设备之间的同步或异步数据分组交换链路，主要用于对时间要求不敏感的数据通信，如文件数据或控制信令等。 SCO 链路是一条微微网中由主设备维护的点对点、对称的同步数据交换链路，主要用于对时间要求很高的数据通信，如语音等。 它们有着各自的特点、性能与收发规律。 安全机制 北京交通大学毕业设计（论文） 第 页 14 蓝牙网络的安全性是蓝牙系统的关键技术，将是影响蓝牙网络能否得到广泛应用的关键因素。 蓝牙网络中的安全模式分为以下三类 : 安全模式 1:又称无安全模式，运行在该模式下 ,蓝牙设备可以屏蔽所有的安全机制。 安全模式 2:称服 务级安全模式，该模式为应用程序提供多种灵活的访问策略 . 安全模式 3:称链路级安全模式，该模式要求设备在建立链路连接前要启动链路级安全措施。 安全模式 2 与安全模式 3 本质区别在于 :模式 2 下的蓝牙设备在信道建立以后启动安全性过程，其安全性过程在较高协议进行。 模式 3下的蓝牙设备在信道建立以前启动安全性过程，安全性过程在低层协议进行。 蓝牙系统采用流密码方式对信息进行加密，适合硬件实现，密钥由高层软件管理。 在蓝牙系统中认证是一个非常重要的部分 ,它采用 “询问一应答 ”机制进行认 证。 主要技术指标和系统参数 蓝牙 技 术 目前主要以满足美国 FCC 的要求为目标，对具体国度的应用可能需要做一些适应性调整。 蓝牙规范 (Bluetooth Specification ) 所公布的主要技术指标和系统参数 1101 如表 所示 表 2 .1 蓝牙主要技术指标和系统参数 Main technical specification and system parameter of Bluetooth 技术指标与系统参数 说明 工作频率 ISM 频段： 2402MHz~2480MHz 双工方式 全双工， TDD 时分双工 业务类型 支持电路交换和分组交换 数据速率 1Mbit/s 异步信道速率 非对称连接： 721kb/s， ，对称连接：同步信道 速率。