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附录A 译文
家居网络：蓝牙无线技术概述
Chatschik Bisdikian, IBM Corporation
摘要
蓝牙无线技术被设计为个人的，便携式和手持式电子设备的短程连接解决方案。自从1998年5月，Bluetooth SIG一直通过制定开放的行业规范（包括协议和应用场景）以及旨在确保最终用户为蓝牙产品带来价值的资格认证程序来指导技术的发展。本文重点介绍了蓝牙无线技术。
1 引言
在过去的几年里，无线世界每天都遭到有关新一代射频（RF）技术的信息的轰炸，这些信息将深刻地影响甚至改变我们的生活和与企业联系的方式。新一代技术涵盖了整个无线通信范围。正在开发第三代（3G）无线技术，以实现到广域网（WAN）的个人高速交互连接。IEEE 802.11b无线局域网（LAN）技术在企业和学术办公空间，建筑物和校园中的应用日益广泛。此外，随着802.11b技术的缓慢而稳定的增长，它正在侵入机场和咖啡馆等公共场所。
WAN和LAN技术使设备可以通过无线运营商，校园或企业链路内联网连接到基于基础架构的服务。覆盖范围的另一端被短程个人无线连接技术所占据，该技术允许个人设备直接相互通信，而无需建立基础结构。在覆盖范围的这一端，蓝牙无线技术为个人连接空间提供了全方位的好处，并且消除了基于RF的连接的视线要求。个人连通性空间就像是一个通讯泡沫，它跟随人们周围，使他们能够将自己的个人设备与其他进入该泡沫的设备连接起来。这种泡沫中的连接是自发的和短暂的，并且可能涉及具有多种计算能力的多个设备，这与无线局域网解决方案不同，无线局域网解决方案旨在为具有足够计算能力和电池能力的设备之间进行通信。
蓝牙无线技术将主要替代包括笔记本电脑，蜂窝电话，个人数字助理（PDA），数码相机等在内的各种个人设备之间的互连电缆。蓝牙无线技术旨在充当通用的低成本，方便用户的空中接口，将取代人们需要携带和使用的专用电缆来连接个人设备。虽然个人设备通常基于RS-232串行端口协议进行通信，但专有的连接器和插针布置使不可能使用同一组电缆来互连来自不同制造商（有时甚至来自同一制造商）的设备。蓝牙无线技术的主要重点是提供一种灵活的电缆连接器，该电缆连接器具有可重新配置的插针布置，允许多个个人设备相互互连。
该技术的另一个重点是为访问数据服务提供统一的接口。使用任何数量的具有数据功能的设备的用户将能够连接到一个局域网访问点，该访问点可提供对公司内联网基础结构和服务的访问。同样，用户将能够连接到其手机并访问广域网数据服务。然后可以编写可以为用户提供类似连接体验的应用程序，以两种方式连接到数据服务。通过蜂窝电话连接到数据服务引发了个人网关的概念。人们无论走到哪里，都会随身携带自己的网关。个人网关将充当访问远程数据服务的促进者，并具有额外的便利性，使其可以隐藏在其通信蓝牙合作伙伴的视线范围之外。蓝牙无线技术实现了连接到数据服务的功能与查看数据服务所提供的信息并与之交互的功能毫不干扰。因此，个人数字助理（PDA）可以用作输入和接收数据的更方便的I / O设备，而纯粹使用个人网关与无线数据载体进行通信。
蓝牙无线技术的另一个重点项目是实现个人设备之间的临时连接。这将使个人可以组成协作组，例如在会议期间，无需依赖基础结构来支持其通信即可交换数据。
在本文中，我们概述了蓝牙无线技术。这篇文章的结构安排如下。我们将介绍蓝牙无线技术的历史，然后讨论蓝牙规范，包括规范的核心和配置文件部分。我们以文章结论结尾。
2 蓝牙无线技术的历史
蓝牙行业标准的开发始于1998年冬季末，当时爱立信，IBM，英特尔，诺基亚和东芝组建了蓝牙特殊行业小组（SIG），以开发和推广在未经许可的2.4 GHz ISM（工业，科学，医学）频段领域中运营的短程无线通信的全球解决方案。
蓝牙的名称来自丹麦国王HaraldBlaring;tand（蓝牙）。蓝牙国王被公认为在10世纪团结了北欧人。同样，蓝牙无线技术旨在统一个人计算设备。临时选择该名称是为了描述尚未宣布的开发项目。但是，寻找新名称从未成功，临时名称成为永久名称。回想起来，对这个快乐名称的选择可以高度赞扬该技术迄今获得的认可和接受。
为了促进这项新技术的广泛接受，SIG决定向采用该技术的用户提供免税的蓝牙规范中明确包含的所有知识产权，以便将其引入市场。SIG于1998年5月向公众宣布了其存在和意图，当时有大约70个采用者加入。截至撰写本文时，大约有3000个采用者成员。一年多以后，在1999年夏天，超过1600页的蓝牙规范版本1.0A公开发布。根据Bluetooth SIG的许可协议，只有在Bluetooth SIG完成并批准后，该规范的开发才会向公众公开。采纳者有特权在规范公开之前查看该规范。
当前版本为1.1的蓝牙规范包括以下两个部分，我们将在本文稍后讨论：
bull;核心规范，定义了无线电特性和通过蓝牙无线电链路在设备之间交换数据的通信协议。
bull;配置文件规范，该规范定义了如何使用蓝牙协议来实现许多选定的应用程序。
为了免费使用Bluetooth规范中的知识产权，采用者成员需要对他们打算通过Bluetooth认证计划（BQP）推向市场的任何Bluetooth产品进行认证。BQP包括无线电和协议一致性测试，配置文件一致性测试（如果适用）以及互操作性测试。
1999年12月，发起人小组从5个增加到9个，并增加了3Com，Lucent，Microsoft和Motorola。截至2001年初，朗讯的子公司杰尔（Agere）由朗讯的前微电子部门组成，该公司已取代朗讯成为发起人。
在1999年3月，创建了IEEE 802.15标准工作组来开发无线个人区域网（WPAN）的通信标准系列。在1999年7月新工作组的第一次会议上，蓝牙SIG提交了刚刚创建的蓝牙规范。作为IEEE 802.15标准的候选者。选择了蓝牙提议作为802.15.1标准的基准。在撰写本文时，该标准草案的开发处于最后阶段，已经成功完成了两次提案人投票。除了IEEE 802.15.1活动之外，IEEE 802.15.2任务组还研究802无线技术之间的共存问题。802.15.3任务组正在制定高速率无线电（gt; 20 Mb / s）的标准。最后，802.15.4任务组正在制定低速率无线电（lt;200 kb / s）的标准。
3 蓝牙规格
蓝牙规范主要是作为实施手册而不是正式的通信标准文档编写的。规范的这一方面反映了一组工程师的开发过程，这些工程师实际上是在制定规范的同时开发了该技术。这些工程师以散文形式撰写，在规范中描述了他们在实现中获得的经验。这与正式制定的标准中通常使用的形式语言相反。这种方法有其优点和缺点。从好的方面来说，该规范比正式的标准文档更易于阅读。不利的一面是，由于使用了自然不精确的散文，因此该规范有时容易产生相互矛盾的解释。后一个问题正在通过勘误解决程序来解决。
图1.蓝牙协议栈
图1描绘了蓝牙协议栈，其中还显示了应用程序和配置文件的“层”以确保完整性。（我们将在本节后面讨论后者。）堆栈中的协议分为两类：传输协议和中间件协议。传输协议包括专门为蓝牙无线技术开发的协议。这些协议涉及两个蓝牙设备之间的所有数据通信。中间件协议包括特定于蓝牙的协议和其他采用的协议。这些协议有选择地用于使不同的应用程序（包括旧应用程序和新应用程序）能够使用蓝牙无线技术交换数据。只要需要，中间件协议就可以将这些应用程序与蓝牙传输协议的细节隔离开来。
蓝牙协议栈中的协议分组不是规范的一部分。相反，在这里，它被用作协议的自然分组，以便于演示。
3.1运输协议
3.1.1无线电
无线电层定义了蓝牙无线电的技术特征。蓝牙无线电在免许可的2.4 GHz ISM频段上运行，并且符合该频段中的专用辐射器的FCC第15部分规定。它采用快速（1600跳/秒），跳频，扩频（FHSS）技术。无线电以伪随机方式在79个1 MHz信道上跳跃。频率位于（2,402 k）MHz，k = 0、1，hellip;，78。
调制技术是二进制高斯频移键控（GFSK），波特率是1 Msymbol / s。因此，位时间为1 ms，原始传输速度为1 Mb / s。蓝牙无线电分为三种功率等级，具体取决于它们的发射功率。1类无线电的发射功率为20 dBm（100 mW）；2类无线电的发射功率为4 dBm（2.5 mW）；3类无线电的发射功率仅为0 dBm（1 mW）。由于使用蓝牙无线电的各种个人设备的功率和成本限制，预计3类和2类无线电将是这些设备中最常用的无线电。
3.1.2基带
基带定义了使设备能够使用蓝牙无线技术相互通信的关键过程。基带定义了蓝牙微微网及其创建方式，以及蓝牙链路。它还定义了如何在微微网中的多个设备之间共享传输资源，以及低级数据包类型。
3.1.3蓝牙地址和时钟
每个蓝牙设备都有两个参数，这些参数实际上涉及蓝牙通信的各个方面。第一个是在制造时分配给每个蓝牙无线电的唯一IEEE类型的48位地址。蓝牙设备地址（BD_ADDR）刻在蓝牙硬件上，无法修改。第二个参数是一个自由运行的28位时钟，该时钟每312.5mu;s滴答一次，相当于当无线电以1600跳/秒的标称速率跳变时，该频率中停留时间的一半。
蓝牙设备可以通过获取彼此的蓝牙地址和时钟来彼此通信，如稍后将进一步描述的。
3.1.4蓝牙微微网
微微网是可以相互通信的蓝牙设备的集合。微微网是在没有任何基础架构帮助的情况下以临时方式形成的，它的持续时间只要创建者需要并可以进行通信即可与其他设备。一个微微网包含至少一个被标识为微微网的主机的设备，以及至多七个其他被标识为从机的设备，主与该设备积极地参与通信。术语“主”和“从”相对于特定的现有微微网。这些术语在制造时未分配给无线电单元。蓝牙无线电可以在不同时间充当主设备或从设备。
图2.蓝牙微微网
为了识别每个从属服务器，微微网的主机向参与微微网中的主动通信的从机分配本地唯一的活动成员地址（AM_ADDR）。主机调节并控制谁传输以及何时传输。一次最多可以有七个从属设备在微微网中进行主动通信，而其他设备可以在主设备中注册，并在必要时被邀请变为活动状态。这些附加设备称为停放。未与任何微微网关联的蓝牙设备处于待机模式。图2显示了两个微微网，其中包含许多从属和与之关联的停放设备以及一些备用设备。蓝牙微微网可以在时间和空间上彼此独立地共存。此外，单个设备可能是几个微微网的成员，这种情况在蓝牙方面被称为分散网。
微微网中的通信信道定义为微微网成员以同步方式遵循的跳频序列。发送和接收时间轴按时隙划分，每个时隙持续625 micro;s的标称跳频持续时间。每个基带传输都完全位于时隙的边界内。但是，也可以使用占用三个或五个时隙的多时隙数据包。在多时隙分组的传输期间，传输频率不改变。当跳频恢复时，它将以该频率恢复，如果设备仅使用单时隙传输，该频率将变为原来的频率。
为了保持跳的时间同步，从设备利用主机的蓝牙时钟以及跳以625micro;s的倍数的事实。从站实际上保持其蓝牙时钟与主机时钟之间的偏移时间。根据主机的蓝牙时钟的第二个最低有效位的值，将微微网中的插槽标识为偶数或奇数；回想一下，蓝牙时钟的跳动速率是插槽速率的两倍。为了在微微网中重新创建跳频序列，从机会利用微微网主机的蓝牙地址。此外，蓝牙时钟主设备标识要在特定时隙使用的特定频率。因此，主机可以完全识别微微网中的通信通道。结果，在分散的情况下，一个设备只能用作一个微微网的主机，否则无法将两个微微网区分开。
主设备和从设备以时分双工（TDD）方式交替传输机会。尤其是，主设备在主设备的蓝牙时钟所定义的偶数编号的插槽上进行传输，而从设备在奇数编号的插槽上进行传输（请注意，每个插槽持续625micro;s）。仅当主机刚刚发送到该从站时，该从站才能发送。传输可以持续一个，三个或五个时隙。但是，该规范要求仅一时隙传输是强制性的。对于分散网，设备无法同时在两个或多个微微网中接收或传输数据。但是，这样的设备可以在不重叠的时间间隔内分时参与每个微微网。
为了在微微网中进行通信，微微网中的从机需要知道主机的BD_ADDR和蓝牙时钟。同样，主人也需要知道奴隶的身份。在两个阶段中获取此信息：用于确定设备位置的查询阶段和用于邀请特定设备加入微微网的寻呼阶段。在[1]中J. Haartsen的“蓝牙无线电系统”中对这些阶段进行了很好的概述。
查询过程是设备发现过程，在此过程中，将来的微微网的主机会发现其附近的其他设备。主机通过发送查询消息来告知其存在。执行查询扫描（即主动搜索查询消息）的设备将使用查询响应消息进行响应，其中，查询响应消息中包含设备的BD_ADDR。
知道了附近设备的身份后，微微网的主机可以显式寻呼设备以加入其微微网。具有设备身份的先验知识的主机可以跳过查询过程，而直接去寻呼该设备。如果设备没有响应，则可能意味着它不在寻呼设备的传输范围内。
利用寻呼设备发送给被寻呼设备的信息，被寻呼设备现在可以作为从设备加入其主叫寻呼设备的微微网。在加入微微网之后，主服务器和从属服务器可以协商角色转换，在这种情况下，（原始）主服务器成为微微网中的从机，其主机将成为（原始）从机。
接下来，我们介绍主机和从机如何交换数据。
3.1.5蓝牙链接和基带数据包
蓝牙微微网支持两种链接。在主机和从机之间，支持单个异步无连接（
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