时间：2023-05-29 18:01:32
kindle作为娱乐设备，无法连接蓝牙，更不具备蓝牙传输功能。
kindle是由亚马逊设计和销售的电子书阅读器。第一代于2007年11月19日，用户可以通过无线网络使用Amazon Kindle购买、下载和阅读电子书、报纸、杂志、博客及其他电子媒体。
（来源：文章屋网 ）
1系统设计
本智能家居系统主要包括了主站（家庭网络，连接各个设备、终端）、GPRS通信模拟电路（系统扩展，3G控制）、智能家居控制器（远程操作系统）、CC2540蓝牙模块通信电路（同时与多个智能家居设备保持网络连接，实现数据兼容存储）、手机或PDA（通过蓝牙模块与智能家居控制系统相连实现随时随地的集中控制和管理）、宽带接入interne（t实现远程访问）以及连接的安防系统（报警装置）、智能家居系统（家电）几个部分。其总架构如图所示。
2智能模块分析
蓝牙控制的智能家居系统可大致分为安防系统和智能家电两个部分。
2.1智能家居安防系统安防系统的子系统拟分为防御报警系统、视频监控系统、门禁系统三个部分。以蓝牙控制防御报警能够实现实时探测，满足用户的远程监控需求，降低误报率。笔者设计的防御报警系统整体由终端探测电路和中心监控电路两个部分组成，利用蓝牙跳频模式实现信息传输。作为智能家居的视频监控系统包括了三个主要部分——监控中心、主机控制、数据处理。利用internet与小区网络链接，通过蓝牙实现USB采集图像的无线传输，并对图像进行运动检测，利用GPRS实现短信报警。门禁系统主要囊括了自动识别和安全管理两大主要功能，通过对通道通行对象的检测，实现出入的安全控制，及实时监控与事后检查于一体，对人员出入情况进行识别记录。并可利用蓝牙技术，通过手机客户端的密码控制门禁。
2.2智能家居家电系统家电系统的子系统分为智能穿戴、灯光控制、影音娱乐、智能开关、智能家电五个部分。智能穿戴装置指智能手表、智能手机等独立的可穿戴电子产品。利用低功耗的蓝牙通讯技术，检测环境的温度、湿度、灯光等数据，并利用无线传输技术进行安全报警。蓝牙灯光控制系统以手机、PDA等作为控制端，实现灯光的开关控制、颜色控制、亮度控制，并配合定时功能，控制灯光动作。影音娱乐系统以无线蓝牙影音立体墙为基础构想，将电视、ingternet网络、无线蓝牙、立体音响设备等集于一体，实现影音娱乐的无线连接。智能开关接收器接收通过蓝牙发射的指令而实现的灯光控制。在智能电力设施和灯管家电之间连接接收器，代替传统手动开关模式，自由切换灯具、光源、亮度等。智能家电包括了冰箱、洗衣机、微波炉、电视机等在内的大小家电，通过蓝牙无线通信技术与主站连接，通过internet网络，获取家电使用情况信息。
3集成化设想
随着蓝牙技术与智能家居市场的同步发展，集成化趋势越来越明显。在现阶段，智能家居还大都处在独立控制的状态下，各个子系统之间互不关联，独立设计，分别操作，不能相互协调。但随着技术的进步，我们可以将系统逐步开发为集成化的管理控制模式，将几大控制系统集中于一个终端平台，实现整体控制、相互识别、信息交换，智能解决用户需求。
4结束语
由于蓝牙的普及性，使得蓝牙控制的智能家居系统比之其他技术拥有先天的优势，而其低功耗、传输快、距离远等特点更为蓝牙技术在智能家居上的应用增分加彩。笔者基于蓝牙4.0传输技术构想的智能家居系统实现了智能家居的低成本控制，在集成化的发展模式下，相信未来的蓝牙市场将更加广阔，智能家居的发展前景也将更加理想。
作者：王俊杰赵威罗超罗亮单位：西南科技大学信息学院
方法：
1、首先要打开蓝牙功能。
2、进入蓝牙界面，自动检测周围的可用设备，接受文件的设备蓝牙一定要开启。
3、检测到对方设备之后，点击设备名称，开始配对。
4、配对成功之后，再点击对方设备名称，进行连接。
5、连接成功之后，传送文件。
6、找到要传送的的文件，长按在弹出的选项中选择蓝牙。
7、进入蓝牙界面后，点击已配对的设备。
8、对方设备收到接受提醒，点击确定。
（来源：文章屋网 ）
关键词：蓝牙4.0，应用扩展，前景，蓝牙系统
1 引言
对于创建于1998年9月的蓝牙技术联盟，已经走过了过 15 年半的发展，最初发起创建该组织的公司只有爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝这五家公司，发展到目前蓝牙组织拥有超过14，200个遍布世界的成员公司【2】。随后蓝牙相继推出了V1.1、1.2、2.0、2.1、3.0五个版本，直到2010年6月，蓝牙特别兴趣小组Bluetooth SIG正式了新的标准蓝牙 4.0。意味着蓝牙技术又上升到了一个全新的台阶。基于WPAN（Wireless Personal Area Network）的蓝牙技术是一种无线网络连接技术，它采用无基站的组网方式，支持点对点或点对多点的语音、数据业务的短距离无线通信，可给移动式电子设备和固定式电子设备建立了一种短程的无线连接。蓝牙系统由由四个功能模块构成：无线射频模块、链路控制模块、链路管理模块和蓝牙协议模块【1】
2 蓝牙4，0的扩展和应用的广泛性
蓝牙4.0设备在传输速度上更快，很大程度上提高了传输效率，在音频传输中更加流畅，蓝牙4.0音频设备可完美支持无损音频传输，对于音质和用户听感的优化将更直接、更完美，实际表现就是听音乐时环绕声更好，语音通话时可带来更清晰、更逼真的语音说话感。
在个人健康助理上也有很大的用途，基于蓝牙4.0开发了一套能实时方便测量人体生理参数的个人健康助理系统。蓝牙4.0技术拥有低功耗、低成本、跨厂商互操作性等特点，因而运行速度、稳定性、可靠性、安全性以及对于不同链接设备的兼容性也更好，蓝牙4.0支持1Mbps数据传输速率下的超短数据包，并且在高速模式下，蓝牙4.0可实现最高可达24Mbps传输速度，蓝牙4.0还拥有100米以上超长传输距离，这大大增强了无线应用范围，在听音乐、传输资料、联网互联等方面更实用【3】。
蓝牙4.0具备所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频，最大程度地减少和其他2.4GHz ISM频段无线技术的串扰，与其他相同频段的无线技术相比，蓝牙4.0技术具有超低峰值（peak）、运行与待机功耗低、仅3ms延时和抗干扰能力强等优点【2】。基于蓝牙的全双工传输模式，可被用于两个方面，民用： 手机、相机、摄像机、PC及电视等视讯、音乐及图片传输的蓝牙高速技术，以及用于保健及健康、个人设备、汽车及自动化行业的低功率传感设备和新的网络服务的蓝牙低耗能技术。军用：武器装备故障的监测与诊断、组建战区语音、机动指挥自动系统、“蓝牙”单兵设备【1】。
3 蓝牙4.0相对于Zigbee的优势
3.1 Zigbee概述
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的短距离双向无线通信标准，工作于2.4GHZ ISM（Industrial Scientifical Medical）频段。支持近距离，低复杂度，低功耗，低速率，低成本，时延短，网络容量大的网络系统。主要用于距离短，功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据，间歇性数据和低反应时间数据传输的应用[3]。
3.2 蓝牙4.0相对于Zigbee的优势
因为Zigbee的有效覆盖范围在10―75m之间，然后在这一点上较比蓝牙4.0则有更长的传输距离，最大可以达到100m以上，100m以上可以满足需要较长距的室内传感器的应用。这样无线控制就可以很方便的存储在手机、平板或PC上的音频文件。从而更好的兼容不同的链接设备，更大的传输带宽。相对于Zigbee的10-250kb/s的传输速率，蓝牙4.0可实现最高达24Mbps的传输速度。
由于Zigbee和蓝牙的工作频率都是ISM2.4GHz频段，在如今无线电子产品集中的时代，各种相关电子设备在公共场合会相互干扰。在遇到干扰时，蓝牙4.0会选择自动调频的模式，最大程度的减少和其它2.4GHZ ISM频段无线技术的串扰。而Zigbee容易受到其它与之工作在同一范围拥有高功率的无线技术WIFI的干扰，与WIFI共存时没有自适应调频功能[5]。抗干扰能力不及蓝牙4.0。
4 蓝牙4.0的应用前景
4.1释放物联网和云服务
全新一代便携式和联网式家庭设备必定会利用到智能蓝牙技术。 随着智能手机、平板电脑对广泛的新应用提供低功耗蓝牙 4.0 支持，设计人员能很容易在众多连接物联网的产品中添加激动人心的新特性。
4.2 无线网关
蓝牙技术联盟目前在着力于蓝牙技术的安全互联性，也在开发无线网关，蓝牙可以通过IP上网，家庭和工业用的无线上网，这类网络需要更高的安全要求，
4.3Internet接入
内置蓝牙芯片的笔记本型计算机或者手机等，不仅可以使用PSTN、ISDN、LAN、xDSL，而且蜂窝式移动网络照样可以进行高速连接。
4.4创造保健安防及家庭娱乐新商机
目前正在把蓝牙技术安保和个人身体健康上，并且终将实现。
4.5可作无绳电话使用
内置蓝牙芯片的手机，在家里可以做无线电话使用，不用双向收费，节省手机费用，离开屋子一段距离后便自动切换至无线网络基站上。
5 总结
从蓝牙技术的出现开始，人们对蓝牙技术的期望值就很高，直到现在4.0带来的巨大便利，使得人们对于蓝牙技术的认可度也越来越高，但是蓝牙技术在很多方面还需要不断发展不断改进，同时在发展的路上不会一帆风顺，将会遇到各种各样的问题，比如蓝牙比IrDA的多向性传输具有优势，但是蓝牙需要进一步防护信息的误传和被截取，而且每个设备都应该具有相异的频度。蓝牙技术和WiFi之间开始出现重叠的应用，蓝牙应该在带宽问题上发力，将其扩展到更广泛的局域网应用，而且蓝牙需要利用安全系统来防止未经授权的访问同样是蓝牙的需要。蓝牙在通行速度和带宽的扩展上也有一些瑕疵，在大规模进入商用市场也还有大量的应用技术细节需要解决，蓝牙4.0还需要不断改进，以适应医疗电子、工业控制和家电自动化领域的潜在应用。蓝牙4.0在与WLAN协议的交互、与上层协议的交互以及系统整体安全策略的实现等等，由于高速蓝牙PAL协议是建立在WLAN的MAC层协议基础上，而目前WLAN协议是由他人负责的在研项目，所以这部份衔接工作尚需要完善。
参考文献
[1]卫耀辉，蓝牙基带协议及应用模块的分析与研究[J]，郑州大学硕士论文，2012
[关键词] 蓝牙技术 技术特点 技术应用
一、 蓝牙的起源
“蓝牙”（Bluetooth）是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称，“蓝牙”一词取自一位在公元10世纪统一了丹麦的国王，哈拉德二世、（Harald）的绰号，即“蓝牙”（Bluetooth）。
1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯通与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。
二、什么是蓝牙？
蓝牙（Bluetooth）是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可达1Mbps。通讯介质为频率在2.402GHz到2.480GHz之间的电磁波。
“蓝牙”特殊利益集团（Bluetooth SpecialInterest Group-SIG），该组织采取了向产业界无偿转让该项专利技术的策略，以实现其全球统一标准的目标。
其目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速度为721kbps）、最大传输距离达10米，用户不必经过允许便可利用2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿（hobbing）方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。这也就是蓝牙技术的由来和特点。使用蓝牙技术进行通信的设备，分为决定频率滚齿模式“主叫方”和它的通信对手“受取方”。主叫方可同时与7台受取方通信。因此可以把主叫方连同7台受取方共8台设备连接成名为Piconet（锯齿网）的子网。Piconet内的受取方可以同时作为两个以上Piconet的受取方。1999年7月，蓝牙公布了正式规格BluetoothVersion1.0。遵从这一规格的移动电话和笔记本电脑将于1999年底或2000年初上市。声称要把蓝牙技术产品化的企业正与日俱增，目前蓝牙标准化团体“BluetoothSIG（特别兴趣组合）”的成员企业数已增加到800家以上。
“蓝牙”技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备都能不再用电缆，而是用一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来；进而形成一种个人身边的网络，使得在其范围之内各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。据国外权威机构预计，几年以后，全世界将会有数以亿计的数字移动电话、PC机以及各种信息设备都会将基于蓝牙技术的无线接口作为一种标准配置。蓝牙技术将在多种领域迅速发展，其典型应用环境包括无线办公环境（WirelessOffice）、汽车工业、医疗设备等。Bluetooth将在人们的日常生活和工作中扮演重要角色，市场潜力巨大，该技术正成为21世纪的投资热点。
三、蓝牙技术特点与应用
蓝牙通讯技术的特点
■蓝牙工作在全球开放的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段；
■使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（hopchannel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道；
■一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；
■数据传输速率可达1Mbit/s；
■低功耗、通讯安全性好；
■在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求；
■支持语音传输；
■组网简单方便。
蓝牙通讯技术的用途：
蓝牙技术是一种新兴的技术，尚未投入广泛应用，目前许多蓝牙设备还处于实验室试验阶段。但可以肯定的是现在多数具有红外无线数据通讯功能的设备，在将来一样可以使用蓝牙技术来实现无线连接。同时蓝牙技术的网络特点和语音传输技术使它还可以实现红外技术无法实现的某些特定功能，如无线电话、多台设备组网等等。
蓝牙在无线网络中的应用：
PC对PC的组网方式可以用蓝牙适配器来让两台电脑共享互联网络的连入，其中的一台电脑通过网卡连接ADSLMODEM等接人设备已经能访问Internet。并装上蓝牙USB适配器，以把它当作一台Internet共享的服务器。这样，其它配有蓝牙USB适配器的电脑就可以当作客户端来通过该服务器访问Internet，也可以共享其它资源。
蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。
蓝牙耳机：蓝牙耳机是一种基于蓝牙技术的一种小型设备，只需要把这种轻巧的设备藏在耳机边而不需要直接使用通讯设备（手机、电脑等）就可以实现自由通话。
蓝牙手机：
优点：在10米范围内，只需戴上蓝牙耳机，在汽车上或办公室里就可无线接听电话。蓝牙手机不仅可以上网，还可以在一定范围内与手提电脑以无线连接，让笔记本电脑无线上网成为现实；对两个同时持有蓝牙手机的用户，可以互相通过手机交换名片、电话和手机铃声，还可以无线对打游戏。“蓝牙”技术的另一大优势是它应用了全球统一的频率设定，这就消除了“国界”的障碍。
缺点：目前蓝牙手机存在着一定的安全问题，由于蓝牙手机中有些在发售时就没有开启蓝牙安全功能，导致其它蓝牙设备可以对它们进行随意访问。这一漏洞的危险性之大是可想而知的。它不单单使受害者负担巨额的电话费用并且被盗去用户的私人信息（如电话簿中内容等），更严重的是，它会被一些黑客利用，他们可以冒充受害的身份进行违法活动，给受害者造成不可预料的后果。
蓝牙的发展：蓝牙的支持者很多，从最初只有五家企业发起的蓝牙特别兴趣小组（SIG）发展到现在已拥有了近3000个企业成员。蓝牙技术的主要市场将是低端无线联网领域，提供简单方便的无线联网技术是业内最初研发“蓝牙”标准的初衷。
四、 结束语
一、序言http://
就目前科技发展的趋势而言，新科技成为数字电子产品提升本身性能和实力的最佳帮手，而电子消费产品的未来前景也会向着两个重要的指标方向发展。其一就是运用能将无线、可携带式设备以及局域网络演变成为网络体延伸的这类开放的蓝牙技术；而将内存规格统一、加密及轻量化这三者结合为一体的应用就是另一个指标发展方向。
“蓝牙计划”已经不仅仅是少量媒体关注的对象，四大信息媒体都加入了追踪报道，可以说，“蓝牙计划”已经由不得你是否中意，它早已铺天盖地的出现在生活中，如春笋般蓬勃发展。虽然说大家都听说有这么一个具有无限发展前景的计划正在如火如荼且声势浩大的进行着，今后如何真正了解这个计划始末和意图、并对今后新应用有思考，才是最重要的。
那么究竟什么是蓝牙（bluetooth) 呢？简单意义上说就是一种广泛应用于通信及计算机等领域的无线传输技术。但是蓝牙却不能像“gsm”那样从字面上就能理解其含义，想要从字面上明白蓝牙是怎样的技术是很难做到的。然而能够使无线传输的更加稳定就是利用了蓝牙快速响应和跳频系统的特性，而蓝牙技术简单的说就是透过无线传输和基频模块构成的一种无线网络与消费性电子产品的通讯技术。如笔记本电脑、移动电话、数码相机还有其他类似电子产品都可以运用这项技术。
二、蓝牙技术的介绍
蓝牙技术是一种能够支持设备短距离通讯的无线电技术，也就是说，在数十甚至数百米内的短距离范围中，蓝牙是一个无需实质线路便可将一定量的资料数据以无线传输完成的简单快速方式，但是这种无线传输并不能像移动电话那样能够数十公里内皆可传达。除了手机之外，蓝牙传输可以应用于任何装设蓝牙收发模块的装置，能够使pda、笔记本电脑、车用装置以及其他的装置都能够使用蓝牙传输则是发展的目标。在1998年5月，由ericsson（爱立信，瑞典）、intel（英特尔，美国）、nokia（诺基亚，芬兰）、ibm（国际商务机器，美国）、toshiba（东芝，日本）等五家公司组成了一个特殊的兴趣小组，被称为bluetooth sig，短距离的无线传送、接收的技术规格便是依靠这个蓝牙技术推广组织制定而成的。如今的蓝牙已不仅仅是作为一项技术而存在了，它还象征着一种概念，蓝牙所给予的承诺便是抛开传统连线而彻底享受无拘无束的乐趣。
三、蓝牙技术的优势
1998年开始的蓝牙技术所使用的技术根基是ieee-802.11，这是1997年所定制完成的无线局域网络通讯协议。蓝牙设备工作在全球通用的2.45ghz的波段范围，即为蓝牙运用无线射频（rf）方式进行无线通讯所使用的频带范围，使用该波段范围的工业、科学、医疗甚至是微波炉等都可以无需申请许可证，这个无线电频带还是对全世界共同开放且不受法令限制的频带，这是一大优势所在。
为了解决由于这个频带被广泛使用而造成正在进行通讯的频带受到不可预测频带的干扰，蓝牙设计出了能够在一秒内进行1600次跳频动作的可跳频通讯规格，这样的规格就能够避免其它通讯所带来的干扰，其中还配有特别设计的快速确认方案，这样就能够确保链路的稳定。为了满足每秒1600次的快速跳频次数，使得蓝牙无线收发的数据封包不是太长，同时也使得其无线传输能在抗干扰的基础上更稳定的通信，这是它与其它工作在相同频段的系统相比的显著优势。
蓝牙还针对能够抑制长距离链路的随机噪音而使用了fec（forward error correction,前向纠错），同时二进制调频（fm）技术的跳频收发器又被用来抑制干扰和防止衰落。
在蓝牙技术在全球范围内掀起了“蓝牙”热潮的时候，将其商品化、投入实际制造的阶段之前，蓝牙已经通过正式v1.0版使其在规格方面踏出了成熟的第一步。如今蓝牙技术广阔的市场前景使得全球业界奋力开发出应用蓝牙技术的产品。而蓝牙射频模块对于节省开发时间和成本是非常重要的一项零组件，由此追加设计蓝牙功能在既有的用途装置上便能够使得蓝牙技术得到迅速普及。
2003年，射频模块的成本已经有低于5美元成本的优势，体积小巧且便宜，使得蓝牙电子设备更加普及，应用范围急速增大，几乎适用于所有的需求装置上，这恰恰也是各家公司正在加紧奋斗的目标。
四、现代通信技术与蓝牙的应用
蓝牙技术在设备中得到了空前广泛的应用，蓝牙技术低功耗、小体积以及低成本的芯片解决方案使得其可以应用于手机等通讯设备上。蓝牙技术可以解决许多长期使人们困惑的问题，就是因为其具有1-2mbps、10-100公尺的无线通讯能力，这就使得可以将蓝牙应用于通讯中的无线电话，简单说就是直接利
转贴于 http://
用蓝牙的高速数据传输率来传输语音、图像甚至是视频。就象通信技术领域非常关心“最后一公里”传输手段一样，蓝牙技术在解决电子设备现场应用的“最后100米”上将发挥不可替代的作用。蓝牙技术也在一步步改良提升，从最早期的1.1到如今的4.0核心规范，4.0实际上就是一个将传统蓝牙、低功耗蓝牙以及高速蓝牙技术三种规格合而为一的蓝牙技术。
目前，随着蓝牙技术的普遍应用，蓝牙技术的发展空间还将不断扩大。除此之外，利用蓝牙技术建立无线的lan环境和小族群通讯环境。对于小企业、事业单位、学校等环境来说，蓝牙技术不仅可以免去敷设实质线路的成本，也避免了后续线路维护的困扰。
在当今市场上，被广泛支持且功能既丰富又安全的无线标准非蓝牙技术莫属了，同时，市场上的蓝牙产品数量已经连续近十年的成倍增长，这种增长趋势还将不断的发展下去。
五、蓝牙技术的应用前景的新思考
（一）电磁波对人体健康的伤害已得到证实，而低功率的蓝牙则具备优势，对人体无伤害。配有蓝牙模块的各类电子装置，将成为“人机交互”的替代首选。例如普通移动电话携带着高功率的电磁波对人体健康有伤害，我们采用精小蓝牙耳机附件，使手机远离大脑，也避免了手持电话引起的手和脖子酸痛等现象。
（二）蓝牙技术突破了红外线技术中的“线”要求而达到“面”，甚至达到三维立体覆盖。不再有红外线两个传输端口的位置和方向约束，因此应用场合会更多，更能适应复杂环境要求。蓝牙的数据传送可以以每秒钟高达1mb的速度也快于红外线传送，并可在较大范围内实现低功耗的设备自动识别和连接。由于有了这些特性，在工业自动化控制中，处于三维空间不同方位的运动中的产品的识别、统计等信息采集和处理工作，就会比红外线更加实用。
（三）蓝牙技术在电子传感器的信息传输方面，也具备十分广泛的应用前景。物联网时代的到来，将设备、人、信息、传输、计算机等对象溶为一个有机整体。首先是感知部分，温度、湿度、压力、气体等各类传感电子元件将即时数据采集完成后，以往都通过布设的线缆将数据传输到处理单元，蓝牙技术在这个环节上，具有不可争议的优势。正适合蓝牙短距离、较快速度、无方向位限制等特色的发挥。
（四）小范围内的设备间视频传输，当前在许多现场都可以看到采用的方法是“走出去再走进来”的公网方式，不仅占用公共宝贵资源，而且时间延迟大，响应速度慢。蓝牙技术此时应该能够发挥最好的作用。1mbps的传输速率，完全可以满足应用需求。从音频到视频的扩展完全可以在众多的应用领域得到实现，还包括动画、图片等多种媒体也同样轻松实现传输。
（五）“智能家居”是物联网的重大应用意向。只要在家中安装一个蓝牙收发基地台，便可以使家中的计算机、电话、传真http://机、冰箱、电视、电灯甚至窗帘统一得到控制和管理，蓝牙技术在这里正吻合家居范围与蓝牙能力的匹配、无伤害应用、低功耗生活质量等要求。vpn+ bluetooth、pda+wan+ bluetooth等方式可实现智能家居的随时控制。人在途中可以启动家中豆浆机工作，到这后刚好直接饮用、家中出现意外（火灾、陌生人进入等）时，人在外可收到即时的自动告知信息，这些应用，蓝牙技术在家居端可以得到真实的体现。
关键词：ROK101 007蓝牙模块；S3C4510B微控制器；监控报警
引言
市场上现有的监控设备也往往不能满足用户的远程查询要求，而且误报率也比较高。基丁蓝牙技术的家庭监控报警系统，能够实时监控终端探测设备的数据，并在有突发事件时及时报警；同时该系统还能满足用户随时通过控制中心来统筹管理家居的要求。
系统硬件电路结构
ROK101007蓝牙模块
ROK 101007是Ericsson公司生产的一种在电子设备中实现蓝牙功能的短距离通信模块。该蓝牙模块是由基带控制器、快闪式存储器、PBA313 01/2无线电收发器3个芯片组成。其同时支持数据和语音的传递，通过一个符合USB2.0规格的USB接口或一个UART/PCM接口来实现模块和主机控制器之间的通信。它的VCC电源典型值为3.3V。POR101 007符合蓝牙1.1规范要求，支持多操作点工作方式，通过了FCC和ETSI认可。
S3C4510B微控制器
S3C4510B是基于以太网应用系统的高性价比16/32位RISC微控制器，内含一个南ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI RISC处理器核。该处理器支持ROM/SRAM，LFASH，DRAM和外部I/O以及8/16/32位方式工作，包含有2个带缓冲描述符(Buffer Descriptor)的HDLC通道，HDLC有地址搜索模式、工作速率可达10Mbps。拥有2个可工作于DMA方式或中断方式的UART模块。具有18个通用可编程I/O接口，这些I/0接口包括4个外部中断请求、2个定时器溢出外部和DMA请求和应答。
系统硬件电路
家庭监控报警系统整体是由两部分组成，包括终端探测电路部分和中心监控电路部分。系统总体结构框图如图1所示。
结构框图中前半部分为一个基于蓝牙模块的终端探测单元电路，主要由传感器、数模转换模块、S3C4510B单片机、报警电路及ROK101 008蓝牙模块组成；后半部分为中心控制单元电路，主要由PC机和蓝牙模块组成。
在终端探测单元，蓝牙模块和单片机之间通过串口输入HCI指令实行数据通信。当使用UART进行通信时，蓝牙模块作为一个DCE，其串行速度可达460.8Kbit/s。ROK101007蓝牙模块的UART接口符合工业标准16C450，支持多种波特率，提供四个信号TXD、RXD、RTS和CTS，均按照null modem方式连接，其中TXD和RXD用于数据流传输，RTS和CTS用于数据流控制。MAX232芯片的工作电压为5V，这就需要额外使用5个100nF的电容构成电路。S3C4510B微控制器和蓝牙模块的接口电路如图2所示。
在中心监控单元，PC机和蓝牙模块的通信通过USB接口来实现。使用USB接口方式通信时，是将蓝牙模块当作一个USB从设备与主机通信的，通过双向端口D+和D-传输数据。对于PC机应有唤醒和分离两个边带信号来控制PC机的状态，当主机处于低功耗模式，如果蓝牙模块接收到建立连接的请求时，Wake_up引脚输出高电平，唤醒主机。主机的挂起状态可通过Detach信号来实现，当Detach输出高电平时，芯片脱离USB状态。主机与蓝牙模块的接口电路如图3所示。
系统软件设计
蓝牙模块间的ACL数据通信流程主要有蓝牙模块初始化、HCI流量控制设置、查询、建立连接、进行数据通信和断开连接。初始化程序是单片机对蓝牙发送一系列HCI命令分组并判断蓝牙返回的事件分组是否正确，当蓝牙设备正确初始化完成之后，通过Set_Host_Control_lcr_To_Host_Flow_Control指令打开主机控制器到主机的流量控制，并通过Host Buffer Size指令来对流量控制进行配置。之后主设备查询周围的蓝牙设备并发出建立连接指令，在成功建立ACL连接之后开始数据通信。当通信完成后，主设备和从设备都可以发出Disconnect命令断开连接。
系统终端探测电路程序流程如图4所示，软件主要是在单片机上的编程，实现数据的采集，重点是HCI-RS232传输层的通信，单片机主要基于C语言编程，实现对前端来自传感设备数据进行HCI-RS232信息格式的打包，然后通过传输层接口RS232实现和蓝牙模块之间的数据传递。
系统中心监控电路程序流程如图5所示，软件控制主要是实现蓝牙模块和PC机之间的通信，数据传输是关键部分。程序在循环中不断查询是否有蓝牙数据需要接收和是否有监控命令数据传来，需要送蓝牙发送。蓝牙数据接收采用中断按收方式，而监控命令数据采用查询接收方式，这样可以达到最高的工作效率。
关键词：蓝牙，无线，可靠性，研究与实现
1引言
蓝牙（Bluetooth）是一种低成本、短距离的无线连接技术标准。它是由爱立信（Ericsson)，国际商用机器（IBM)，英特尔(Intel)，诺基亚（Nokia）和东芝（Toshiba)5家公司共同倡导的一种全球无线技术标准。其目的就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字信息的外部设备用无线方式连接起来。目前，无线连接飞速普及、大受欢迎，蓝牙技术的广泛应用对无线移动数据通信将起到巨大的促进作用。
2蓝牙无线频段的选择和抗干扰
蓝牙技术采用2400～2483.5MHz的ISM（工业、科学和医学）频段，这是因为：
(l）该频段内没有其它系统的信号干扰，同时频段向公众开放，无须特许；
(2）该频段在全球范围内有效。
此时，抗干扰问题便变得非常重要。因为2400～2483.5MHzISM频段为开放频段，使用其中的任何频段都会遇到不可预测的干扰源（如某些家用电器、无绳电话和汽车开门器等），此外，对外部干扰源和其它蓝牙设备的干扰也应作充分估计。
抗干扰方法分为避免干扰和抑制干扰。避免干扰可通过降低各通信单元的信号发射电平来达到；抑制干扰则通过编码或直接序列扩频来实现。然而，在不同的无线环境下，专用系统的干扰和有用信号的动态范围变化极大。在超过50dB的远近比和不同环境功率差异的情况下，要达到1Mb/s以上速率，仅靠编码和处理增益是不够的。相反，由于信号可在没有干扰时（或干扰低时）发送，故避免干扰更容易一些。若采用时间避免干扰法，当遇到时域脉冲干扰时，发送的信号将会中止。另一方面，大部分无线系统是带宽受限的，而在2.45GHZ频段上，系统带宽为80MHz，可找到一段无明显干扰的频谱，同时利用频域滤波器对无线频带其余频谱进行抑制，以达到理想效果。因此，以频域避免干扰法更为可行。
3蓝牙基带协议中的可靠性措施
蓝牙基带协议把保证蓝牙无线连接的可靠性放在了至关重要的位置上，确保匹克网内各蓝牙设备之间由射频构成可靠的物理连接。实际上，为了提高蓝牙无线连接的可靠性，以较小的开销有效地降低误码率、切实提高蓝牙无线连接的可靠性，蓝牙基带协议中定义了一系列提高蓝牙无线连接可靠性的措施，主要包括：差错检测和校正、进行数据编解码、差错控制、数据加噪等。下面，我们对这些可靠性措施一一进行阐述：
3.1蓝牙基带协议中的差错控制方案
在蓝牙基带协议中采用的差错控制方案有：1/3比例前向纠错码（FEC)；2/3比例前向纠错码（FEC)；数据的自动重传请求（ARQ,AutomaticRepeatRequest）方案。
其中，FEC（前向纠错）的目的是为了减少数据载荷重发的次数，使用FEC码，检错、纠错以及编解码的过程变得简单迅速，这对RX和TX间的有限处理时间非常重要。但是，采用FEC的缺点是还是会降低实际数据传输速率。所以，在纠错要求不高的环境中，可以不采用FEC。蓝牙规范基带协议中的分组的定义对于在有效载荷中是否采用FEC给出了相当的灵活度，由此而定义了ACL链接中使用的DM和DH分组以及SCO链接中使用的HV分组。分组头通常采用1/3比例前向纠错码保护，它含有很重要的链接信息，能够容忍多位错误。
3.1.11/3比例前向纠错码（FEC)
在这种3位重复方案中，分组头中的每一位都重复三次。主要用来屏蔽头中的错误，因为分组头中包含有重要的连接信息。实际上在整个分组头里都采用了三位重复码。在这种3位重复方案中，重复码大部分在接收端判决，既可用于数据包头，也可用于SCO链接的分组。例如，在SCO链接中使用的HV1分组里的话音段中也采用了这种编码格式。
3.1.22/3比例前向纠错码（FEC)
在这一方案中，采用了一种（15,10）精简的（缩短的）汉明码表示方式。每10个信息位被编码为15位的码字，生成多项式为：g（D）=(D+1)(D4+D+1)。此类错误校正方法主要用来以最可靠的方式来发送数据分组。该方案能够在各代码字中纠正所有奇数位错和检测所有偶数位错，误码检测用于数据纠错。它既可用于SCO链接的同步分组，也可用于ACL链接的异步分组。具体而言，2/3比例前向纠错码可用于DM分组、DV分组中的数据段、FHS分组以及SCO链接中使用的HV2分组中。由于编码器采用长度为10的信息段，所以值为O的尾位可附加在CRC位之后。而所有需要编码的位数（即：有效载荷头、用户数据、CRC和尾部数位）必须是10的整倍数。通常是用线性反馈移位寄存器LFSR来生成2/3比例前向纠错码。
3.1.3自动重传请求（ARQ）
在蓝牙无线连接中，为了保证可靠传送，常用做法是采用自动重传请求（ARQ）方案，由接收方发回特殊的控制帧，作为对输人肯定或否定性的确认（ACK/NACK)。如果出现丢帧或丢掉确认消息的情况，则计时器在超时后会发出超时信号，提醒发送方可能出现了问题，必须重传此帧。而且收方必须能够辨别收到的是重复帧还是新帧。
在蓝牙采用的ARQ方案中，蓝牙的DM、DH和DV分组的数据段可以进行传输或重发，直到收端返回成功接收确认信息（或超时）为止。该确认信息包含在返回分组头里，即捎带(Piggybacking)。为了确定有效载荷正确与否，循环冗余校验码应该加载于有效载荷中。ARQ方案只工作在分组的有效载荷上（仅针对具有CRC的有效载荷）。分组头和话音有效载荷不受ARQ保护。
蓝牙使用快速、无编号确认方案。为了应答前次接收分组，应返回ACK(ARQN=1）或NAK(ARQN=0)。在返回分组的分组头里，生成ACK/NACK域，同时，接收分组的分组头中的ACK/NACK域可表明前面的负载是否正确接收，决定是否需要重发或发送下一个分组。从单元将在主-从时隙后紧跟在从-主时隙中进行应答。主单元则将在下一个事件中应答，该事件将给出同一从单元地址。由于处理时间短，当分组接收时，解码选择在空闲时间进行，并要简化FEC编码结构，以加快处理速度。快速ARQ方案与停止等待ARQ方案相似，但时延最小，实际上没有由ARQ方案引起的附加时延。该结构比退后n帧ARQ更有效，并与选择重传ARQ效率相同，但由于只有失效的分组被重发，可减少开销。
在快速ARQ方案中，收方为了辨别是重复帧还是新帧（即过滤重传数据），头部将附加SEQN位。通常，每次新的CRC数据有效载荷传输，SEQN位将交替变化。而在重传中，SEQN位不发生变化。这样，通过辨认SEQN位是否发生变化，收方即可辨别出是重复帧还是新帧。
3.2蓝牙基带协议中的错误校验
在蓝牙无线连接中，至少应该对HEC进行分组头校验。另外，必要时其有效载荷也必须进行CRC校验。使用分组头HEC信息和有效载荷中的CRC信息，可以检测分组错误和传输错误。
3.2.1分组头HEC检测
为了检测蓝牙分组头，每个分组头的最高8位定义为HEC(Header-Error-Check，头部错误检测）信息。HEC由多项式647（八进制数）生成，在生成HEC之前，HEC生成器用一个8位值来初始化。在初始化后，对分组头的其它10位进行计算，得到8位的HEC值。另外，在接收方校验HEC之前，也必须先进行适当的初始化。在接收分组时，首先校验的是访问码，由于在信道访问码中的64位同步字来源于24位主单元的低地址部分（LAP)，这样就可以校验LAP是否正确，并可以防止接收方接收来自其它匹克网的分组。
3.2.2有效载荷的CRC校验
CRC校验即循环冗余码校验，是一种常用的检错编码，而且已经有相应的国际标准,如CRC-CCITT。在蓝牙无线连接中，发送方按照国际标准CRC-CCITT，即g(D)=(D+1)(D7+D4+D3+D2+D+1)，并用线性反馈移位寄存器LFSR硬件电路生成有效载荷（数据信息）的CRC校验码，附加在数据信息后面构成完整的数据帧，由接收方在接收时检查。若出错，返回NAK，发送方收到NAK后重发该数据帧。
3.3蓝牙基带协议中的其它可靠性措施
3.3.1教据加噪
所有的分组头和载荷信息在发送前都要利用数据加噪字进行加噪处理。这主要是为了避免在传输过程中出现过长的连续0或1的位流模式。基带处理器需要从接收到的模拟数据信号中判断数据是0还是1，但过长的连续0或1位流会造成问题。因为在接收到的模拟数据信号中并不存在象直流信号中那样的参考点，因此必须依靠接收到的最后几个传输信号进行校正。任何连续的0或1的长序列位流串都可能导致校正失败。因此需要采用数据加噪技术对信号进行扰码处理，以大大降低出现长序列0或1位流串的可能性。
在蓝牙无线连接的发送方，这种加噪过程先于FEC编码完成。在接收端，接收数据使用相同的数据加噪字进行还原处理，该还原处理在FEC解码后完成。
3.3.2链路监测
在无线连接中，有很多原因能够引起连接中断，比如，设备关闭、设备移出了蓝牙通信范围。而且在连接中断发生时，通常不会有任何提前报警，所以，在蓝牙主、从单元两端对链路进行监测是非常必要的。
为此，在蓝牙主、从单元均使用链路监测定时器。一旦收到经过HEC校验的分组和正确的蓝牙活动成员地址（AMADDR)，定时器就复位。如果在连接状态的任何时刻，定时器达到阈值（该阈值可协商），则连接复位。SCO和ACL连接使用同一阈值。这样，就能够在蓝牙主、从单元两端对链路进行监测了。
4蓝牙链路管理层（LM）中的可靠性措施
类似地，在蓝牙链路管理层（LM）中，也定义有保证可靠的无线连接的措施。
在蓝牙接收和发送设备的链路管理层之间是通过协议数据单元（PDU）来相互通信的。PDU由操作码、事件ID和内容参数组成，其中，7位操作码用来标识不同类型的PDU。
如果链路管理器收到不能识别操作码的PDU，就用LMPnoaccepted协议数据单元（PDU）应答，并且LMPnoacceptedPDU中含有原因码unknownLMPPDU。而且返回的操作码参数同样也是不能够识别的操作码。如果链路管理器收到含有无效参数的PDU，就用LMPnoacceptedPDU应答，并且LMPnoacceptedPDU中含有原因码invalidLMPPDU（无效LMP参数）.
某一方在等待对方响应时，如果发现超过了最大响应时间或者检测到链路丢失，等待应答的一方就可以认为该过程已经终止。
信道出错或发送方系统出错都会引起发送错误的消息。为了检测后一种情况，LM应监测错误消息数量，一旦超过阈值就将其断开，该阈值可根据实际情况进行设置。
由于无法实时地截获PDU，在链路两端的LM都对同一过程进行初始化而且都没有成功时，很可能会发生冲突。这时，主单元将通过发送含有原因码“LMPErrorTransactionCollision”的LMPnoacceptedPDU，中止从单元的初始化过程，从而保证主单元的初始化过程能够顺利进行。
5蓝牙应用层中可采用的可靠性措施
5.1稳定、可靠的蓝牙文件传输协议：RBTFT
蓝牙的文件传输是通过RFCOMM协议建立一条端到端的连接。所以在蓝牙RFCOMM协议的基础之上建立了本文所描述的蓝牙的文件传输协议，称之为RBTFT（表示为ReliableBluetoothFileTransfer)，其主要目标是在蓝牙设备之间建立一条可靠的无线连接通道，进行可靠的文件传输。该协议目前的开发是采用VC++，应用平台为WIN98/2000/NT，但作为RBTFT协议的本身不受具体编程语言及操作系统所限制。
RBTFT协议支持一次传输多个文件、断点续传和CRC校验。其设计思想是基于帧传输方式，即在发送数据时是一帧一帧地发送，为保证可靠的传输，RBTFT协议对RBTFT帧进行了精心的定义，RBTFT帧由报头、数据子包组成，报头指明帧类型（有些帧是不带数据的命令帧、信息帧，如BTFNAK)，还携带CRC校验信息。而数据子包还有不同的子包结束符，指明后面是否有后续包等。在进行数据传输时，采用发送/应答／握手／失败方式，即发送一帧数据，一个应答，若应答没收到，重新进行协商握手，握手失败则向应用程序报告错误。
在利用RBTFT协议进行实际的文件传输时，首先第一步是进行串口初始化操作，在串口初始化成功时，通过异步消息RBTFTC0NNECT向应用程序报告，表示一条通信链路建立完毕。开始发送数据时，应用程序根据内部缓冲区的大小决定每次真正可发送的数据量，数据将被存储在内部缓冲区内，按照RBTFT协议，内部缓冲区的数据分割成一帧一帧并加人帧信息和CRC校验信息，每一帧将调用内部线程发送数据，当内部缓冲区的数据全部发送完毕（即内部缓冲区为空）时，则向应用程序发送消息表示内部缓冲区的数据全部发送完毕，应用程序将可继续发送其余的数据。在接收方，每到达一帧时，接收方就判读帧信息、对到达的数据进行接收并进行CRC校验，若发生错误则通过RBTFT协议所定义的方式进行重发或协商，当通信能继续则不向应用程序发送任何消息，继续保持链路，若通信不能继续，则放弃此链路，并且向应用程序发送RBTFTERROR的消息，应用程序将重新复位此链路或进行其它相应的处理。另外，当有任何一方断开链接，应用程序将接收到RBTFTCLOSE消息，表示此链路已经断开。在接收端，所接收到的分帧的数据被去掉帧头重新归到接收缓冲区流，重新拼装为所传输的文件。然后，再进行下一个文件的传输，直至传输完所有的文件。
对于在应用层提高蓝牙无线连接的可靠性而言，最为可贵的是RBTFT协议支持断点续传。我们目前所实现的也就是将RBTFT文件传输协议嵌人到蓝牙无线文件传输的应用中，这样，即便出现文件传输中断的情况，也可以进行断点续传。这对于大文件无线传输尤为有意义。
RBTFT协议支持断点续传的原理在于RBTFT数据帧在报头中携带有指明文件数据在文件具体某个位置开始的偏移量。当发生错误或连接中断时，接收方发送一个带有偏移量的信息帧，说明它希望发送方从该位置重新开始传输。这样就无需重传整个文件，从而实现了断点续传。
5.2蓝牙文件传翰RBTFT协议发送文件的详细过程
以下是蓝牙文件传输RBTFT协议发送单个文件的详细过程：
n=0；//初始化重试次数计数器，收发双方建立连接；
file=fopen(filename,“rb”）；设置并发送包含文件名、文件长度的报头；
for(；；){
message=所读取接收方发来的响应报头信息；
switch(message){
case接收方返回“已经准备接收”:
发送第一个数据子包，并以子包结束符指明后面有后续包；
Continue；
case接收方拒绝接收：
fclose(file)；
returnOK；
case接收方返回确认信息：
发下一个包；
Continue；
case超时：n=n+l；
if(n>20）//重试20次，若还不能恢复连接，则放弃
{returnERROR;}
elseif
｛重新建立连接；
请求接收方发送带有偏移量的信息帧；
接收该信息帧；
从指定偏移量处开始继续传送；
Continue;}
case接收方放弃传输：
returnERROR;
case文件传输完毕：
输出“文件传输完毕”的屏幕提示信息；
returnOK；
}
关键词：无线通信；蓝牙协议；安全机制
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)27-1941-02
Study on the Bluetooth Technology and Its Security Mechanism
ZHANG Jun
(Experimental and Practical Training Center of Chenzhou Vocational Technical College,Chenzhou 423000,China)
Abstract: Bluetooth is a new technology for wireless communication over short distances.In this paper,characteristic of Bluetooth technology is introduced.Also, Security mechanism of Bluetooth technology is analyzed in detail.At last, limitation of Bluetooth technology is pointed out.
Key words: wireless communication;bluetooth technology;security mechanism
随着计算机网络和移动电话技术的迅猛发展，人们感到越来越迫切需要发展小范围的无线数据与语音通信技术。鉴于此，Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba五家公司在1998年联合推出一项新的无线技术标准，即蓝牙（Bluetooth）技术。
1 蓝牙技术的特点
1.1 无线性
蓝牙技术最初是以取消连接各种电器之间的连线为目标的。蓝牙技术主要面向网络中的各种数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话、高品质耳机等[1]。蓝牙通过无线的方式将它们连成一个围绕个人的网络，省去了用户接线的烦恼，在各种便携设备之间实现无缝的资源共享。
1.2 开放性
与生俱来的开放性赋予了蓝牙强大的生命力。从它诞生之日起，蓝牙就是一个由厂商们自己发起的技术协议，完全公开，而并非某一家独有和保密。只要是SIG的成员，都有权无偿使用蓝牙的新技术。而且蓝牙技术标准制订后，任何厂商都可以无偿地拿来生产产品，只要产品通过SIG组织的测试并符合蓝牙标准后，品牌即可投入市场。
1.3 蓝牙产品的互操作性和兼容性
蓝牙产品在满足蓝牙规范的前提下，还必须通过SIG的认证程序（qualification program），才能走向市场。这就保证了即使是不同公司的蓝牙产品，也可实现互操作和数据共享，达到完全兼容的目的。
1.4蓝牙协议和其他无线协议的区别
以蓝牙和IEEE-802.11的区别为例，IEEE-802.11是应用于高端的无线局域网技术，其传输距离可达50m到数百米，传输速度为2~11Mbit/s。而有别于IEEE-802.11的蓝牙则主要用于短距离传输（一般为10m，功率放大可以达到100m）数据和语音（1Mbit/s），而且功耗非常低。尽管蓝牙工作在全球通用的2.4GHZ ISM频段，和IEEE-802.11相同，但最近一些测试结果表明，IEEE-802.11与蓝牙技术在某些情况下可以共存。分析其原因是，蓝牙特别设计的快速跳频及前向纠错方案以保证链路稳定和传输可靠，有很强的抗干扰能力。
1.5 对人体安全影响不大
随着无线技术的深入人心，辐射也成了消费者非常关心的问题。由世界卫生组织、IEEE等专家组成的小组表示，检测中并未发现蓝牙产品的辐射对人体有影响。蓝牙产品的输出功率仅为1mW，是微波炉使用功率的百万分之一。而且，这些输出中只有一小部分被人体吸收。
2 安全机制研究
2.1 安全任务
① 可用性（Availability）。对于蓝牙系统，可用性就是确保网络中的节点在受到各种网络攻击时仍能提供相应的服务。可用性攻击主要有阻塞类攻击和能源消耗攻击。
② 机密性（Confidentiality）。由于蓝牙系统采用了无线信道，所以很容易受到被动窃听性攻击，但完全阻止是不可能的。所以在网络中传输的敏感信息需要保证其机密性。
③ 授权与密钥管理（Authorization and Key Management）。授权与密钥管理也是一个复杂的问题，由于网络没有固定拓扑，无法确定业务授予权中心。同时，如果网络中结点数目较多，并且移动性较强，就会造成认证机制相对复杂，通常需要第三个介入。使用的密钥交换算法要能很好地解决网络移动性强，拓扑不固定的问题。
④ 身份识别与完整性(Identification and Integrity)。由于无线信道的开放性,必须对信道进行加密，必须有完整的认证机制，对通信单元进行身份识别，同时，也要保证信息在传输过程中的完整性。
⑤ 认证（Authentication）。在蓝牙系统中，认证就是要确认通信对方实体是真实的。
⑥ 不可抵赖性（undeniableness）。不可抵赖性是用来保证蓝牙系统中的移动节点不能抵赖它以前的行为。
2.2 安全架构
蓝牙的安全架构可以实现对业务的选择性访问，蓝牙安全架构建立在L2CAP层之上，特别是RFCOMM层[2]。其它协议层对蓝牙架构没有特别的处理，它们也可能有自身的安全特征。蓝牙安全架构允许协议栈中的协议强化其安全策略，例如，L2CAP在无绳电话方面强化了蓝牙安全策略，RFCOMM在拨号网络方面强化了蓝牙安全策略。OBEX在文件传输和同步应用方面使用自己的安全策略。蓝牙安全架构提供了一个灵活的安全框架，指出了何时涉及用户的操作，下层协议层需要如何支持所需的安全检查等。在蓝牙系统中，安全架构是建立在链路级安全特征之上的，常见的架构如图1所示。其中实线为“同询”过程，虚线为“注册”过程。
安全管理是蓝牙安全架构中最终要的部分，负责存储与业务和设备安全有关的信息，响应来自协议或应用程序的访问要求，连接到应用程序前加强鉴权和加密，初始化或处理来自用户或者外部安全控制实体的输入，在设备级建立信任连接等。
3 蓝牙安全技术存在的问题
3.1 PIN
PIN是唯一的可信的用于生成密钥的数据[3]。为了初始化一个安全链接，两个蓝牙设备必须输入相同的PIN码，链路密钥和加密密钥都与其相关。若加大PIN的长度，每次通讯时都要输入一长串难记的字符，操作不便，用户有可能将其存在设备上，或者输入过于简单。PIN一般是一个4个数字的数，这使得密钥空间只有10000个值，密钥空间太小，再加上统计显示人们所使用的PIN码中一半为0（默认值），这就使得初始字的可信度极低，攻击者容易获取PIN，遭受攻击。解决的方法就是使用较长的PIN或者使用一个密钥交换系统。
3.2 私秘性
对任一蓝牙设备来说，其48位IEEE设备地址是全球惟一的，一方面保证了设备不会被人冒用，而BD-ADDR的惟一性也导致了用户隐私问题。用户在移动使用的过程很容易被人追踪，个人行为容易暴露，私秘性可能会受到侵害。
3.3 链路密钥
鉴权和加密都是建立在链路密钥参与单元共享的秘密基础之上，所有在程序中的其它信息都是公开的。这导致了一个根本性的错误：假设设备A、B使用A的单元密钥作为链路密钥，与此同时或者是稍后设备C也使用设备A的单元密钥与A进行通信；B由于已经获得A的单元密钥，就可以使用该密钥和一个伪造的BD-ADDR计算出加密密钥，监听信息流。并且可以把自己当成A来应付C的鉴权或是当成C应付A的鉴权。
4 结束语
与生俱来的开放性赋予了蓝牙强大的生命力，蓝牙技术刚一面世，其巨大的商业价值就引人瞩目。然而，蓝牙安全性仍存在一定的问题，尚需进一步完善。随着蓝牙技术应用的普及，蓝牙的安全性会受到越来越多的重视。可以预见，一个崭新的、统一的无线连接方法已为时不远，蓝牙的前景将更加广阔。
参考文献：
[1] SIG. Bluetooth Specification Core.1.1 [EB/OC].[2001-02-22]./dev/specifications.asp.
关键词:蓝牙鼠标 无线技术 系统方案
中图分类号:文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00
Abstract:This article introduced the mouse characteristics in different wireless technology, it analyzed the main components function and requirements in hardware system of the Bluetooth mouse and applied sleep model for saving system power.
Keyword:bluetooth mouse; wireless technology; system solutions
0引言
随着人们对鼠标使用便捷性要求的日益提高,为摆脱线缆的束缚,无线鼠标逐步走进了我们的生活。而蓝牙鼠标可以直接利用电脑自带了蓝牙功能,完成连接后即可使用,可以省去普通无线鼠标携带接收器的的麻烦。
1无线鼠标分类及特点
无线技术可根据不同的频段被分为不同的类别,当前主要有27M、2.4G和蓝牙无线鼠标共三类。
1.127M红外线鼠标
全球首个采用红外线技术的鼠标于1991年由Logitech公司。由于该类鼠标仅支持单向传输,必须连续工作因而功耗较大,安全级别不高且有效传输距离较短;鼠标不能离的太远且中间不能有障碍物;其接收角度范围只有90度,当角度太小时就会出现鼠标不动的情况。所以,红外线无线鼠标只是一个过渡性产品。
1.22.4G无线鼠标
2.4G ISM是全世界公开通用的无线频段,2.4G传输效率达到了2Mbps,传输距离也可以达到10米,接收端和发射端之间并不需要连续性工作,从而大大降低了功耗、延长电池续航时间。2.4G还采用了自动调频技术和双向传输模式,接收端和传输端都能够找到可用频段,也避免27M容易出现信号断续的情况。
2.4G无线网络技术由于具有抗干扰性、传输速度、距离等方面的优势,运用该技术的鼠标也成为目前最受欢迎的无线鼠标。但它们都有一个共同缺陷,就是鼠标需要一个专用接收器才能正常工作。
1.3蓝牙鼠标
1998年5月,由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等公司联合制定的一种实现最高数据1Mb/s、最大传输距离为10m的无线通信技术标准,并将该标准命名为蓝牙(Bluetooth)。2007年,SIG的核心规格2.1+EDR版本规范目前已广泛运用。
蓝牙技术具有能同时传送语音和数据信息、通讯安全性好、抗干扰能力强,能够使任何蓝牙设备在一定范围内互相连接及传输数据。由于采用蓝牙技术的设备功耗低、成本较低、设计开发较容易,因此该技术被逐步应用于无线鼠标中。
2蓝牙鼠标系统组成
蓝牙系统方案是一种实现某种蓝牙功能的技术方案,蓝牙鼠标为蓝牙系统方案的一种。鼠标系统方案一般包含射频、基带、微控制器和存储器等模块,为降低成本一般都集成在一个芯片内。
2.1系统组成分析
2.1.1外观结构
外观设计应以美观、舒适、符合人体工学为标准,另外具有360度接收功能、不受空间及角度限制这两个要求也是必需的。因此鼠标结构应以外观及性能要求来展开设计。
2.1.2软件系统
蓝牙芯片一般将协议软件全部固化进内置的Flash,提供高至HCI层功能,支持蓝牙协议的大多数HCI指令,因此可以很方便地利用它来构成蓝牙系统。
蓝牙鼠标的软件组成主要包括三个部分:HID固件、HID库和HID应用程序。HID固件包括链路管理、链路控制、L2CAP、SDP等。HID库开发环境所需的功能封装成一个蓝牙/用户的接口设备。HID应用程序与HID配合控制鼠标的高级操作及用户接口。
2.1.3硬件系统
蓝牙鼠标电路一般由鼠标方案公司提供,其硬件系统结构简图。
⑴ 蓝牙芯片。
本文以IS1616N芯片为介绍对象。它由2.4GHz无线收发器、基带控制器、对外接口电路、射频控制单元、闪存、电源管理、时钟等模块构成。具有如下特性:
符合2.1 + EDR Class2的蓝牙标准规范,并通过BQB认证,符合RoHS要求;
采用蓝牙HID模式构建的单芯片解决方案并内置1t- 8051和只读存储器;
采用串行接口控制界面,可为发光二极管和光学传感器提供恒定电压;
引出8个端口供鼠标左、中、右、前进、返回、滚轮、4D滚动控制等按钮使用;
支持DPI切换及带有电池电压检测且带有控制LED的大电流输入输出端口;
⑵ 光学传感器及发光二极管。
本文以PAN3024传感器为介绍对象,它建立在一种新的光学导航技术,该技术利用光学表面图像和数据的连续变化来决定移动的方向和幅度,将分析结果最终被转换为坐标偏移量来实现光标的定位。它具有如下特性:可在各种介质表面移动时精确定位;移动检测速度高达28英寸/秒、支持高达1600 DPI的分辨率;支持节电模式;具有在休眠模式时的唤醒控制脚。
发光二极管的作用就是产生光电鼠标工作时所需要的光源,一般采用高亮红色获得足够的光照度。发光二极管发出的红色光线,一部分通过鼠标底部的光学透镜来照亮鼠标底部的桌面,另一部分则直接传回光学传感器。
⑶ 电源与开关按键。
鼠标的电源可以选用AAA电池提供。电源开关可以方便的切断系统电源,减少电量损耗,电源电路应包含低电压操作及电源复位功能。鼠标的左、中、右、前进、返回、DPI切换键分别由相应的开关对应,滚轮采用编码器来实现。鼠标的配对模式也可以通过单独的按键来启动。
⑷ 电路及元件。
系统电路元件包括EPROM、晶振、天线、滤波元件、去耦元件等。
2.2 节能控制
为减少电能消耗,应尽量降低系统工作电流及发光二极管的亮度,另外蓝牙芯片、光学传感器的静态电流也应较低。另外可使用如下的多级休眠模式:当鼠标不活动保持3S时,进入一级休眠模式;不活动保持20S,进入二级休眠模式;不活动保持10min时,进入全休眠模式。一二级休眠模式可通过移动鼠标或按键唤醒;而全休眠模式仅通过按键唤醒。
3蓝牙鼠标的连接及运行
蓝牙设备需要对应的管理软件来执行,常用的蓝牙驱动方案软件有IVT、Widcomm、ISSC等。蓝牙鼠标可以直接连接带蓝牙功能的计算机,否则应通过USB接口外接蓝牙适配器。
首先启动蓝牙设备用户操作界面。先将蓝牙鼠标开机并置于配对状态,点击搜索图标,系统会在设备一栏中搜索到需要的鼠标。点击该图标,会在右侧窗口中显示目标的当前状态,点击鼠标右键,选择“连接”,蓝牙鼠标的服务状态会由“已断开连接”变成“已连接”,指示蓝牙鼠标连接完成即可正常使用。
参考文献
[1] 钱志鸿等.蓝牙技术原理、开发及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2006.
关键词:HCI；蓝牙技术；无线通信
1引言
蓝牙（Bluetooth），是一种短距离无线通信技术，用于替代数字设备牙设备运行在和计算机外设间的电缆连接以及实现数字设备间的无线组网。1998年5月由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等5家公司成立了蓝牙特殊利益小组（SIG），负责联合制定蓝牙规范。蓝牙工作在向全球统一开放的2.4GHz工业、科学、医学（IndustrialScientificMedical）频段，可以同时传输数据和语音，至多8个活动的蓝牙设备可以共享信道带宽，形成所谓的匹克网（piconet）。在每一个piconet中，有1个为蓝牙主设备，其余7个为从设备，同时可容许有更多的从设备以暂停(park)的方式锁定到主设备。多个picon-
et可以相互重叠。形成散射网(scattern-
et)。
SIG所颁布的蓝牙规范就是蓝牙无线通信协议标准，它规定了蓝牙应用应遵循的标准和需要达到的要求，包括核心协议（Core）与应用框架（Profiles）两部分。协议规范部分定义了蓝牙的各层通信协议，遵循开放系统互连参考模型，从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的各个层次，如图1所示。
按照蓝牙协议的逻辑功能，协议堆栈由下至上分为三个部分：传输协议、中介协议和应用协议。本文中主机控制接口（HCI）位于传输协议之中，它并不是严格意义上的通信协议，它仅为应用协议堆栈的高层部分提供了一个访问低层传输协议的指令接口。
如果我们从HCI层出发，可以将蓝牙协议堆栈分为硬件与软件2个协议块。硬件部分由射频部分(RF)、基带部分(BB)、链路管理器部分(LM)和HCI固件构成，我们也可以把硬件部分称为蓝牙子系统。软件部分由HCI主机驱动程序、逻辑链路控制适配协议(L2CAP)、串口仿真协议(RFCOMM)、服务发现协议(SDP)、电话控制协议(TCS)及其它应用协议所构成。在蓝牙协议堆栈模型中的虚线部分为对本文中HCI协议层软件的具体划分。
2HCI协议剖析
在蓝牙协议模型中，HCI软件驱动程序与HCI固件统一归为HCI(主机控制接口)，所以要基于HCI进行开发，首先必须了解HCI涉及的具体内容。主机控制接口为蓝牙硬件中基带控制器和链路管理器提供了命令接口，从而实现对硬件状态寄存器和控制寄存器的访问，特别是该接口提供了对蓝牙基带的统一访问模式。HCI分为主机、传输层、主控制器三部分，并在每一层为HCI系统提供不同的功能。本文把HCI协议层划为HCI软件和HCI硬件两部分来加以讨论。
2.1HCI软件
HCI软件部分可分为HCI固件和HCI驱动两个部分。
HCI固件位于主控制器。HCI固件通过对基带命令、链路管理器命令、硬件状态寄存器、控制寄存器和事件寄存器的访问，实现蓝牙硬件HCI指令。主控制器(HostController)意味着具有主控制接口功能的蓝牙器件。
与HCI固件不同，HCI驱动位于主机，即协议模型中的HCI软件驱动部分。若某事件发生，用HCI事件通知主机，而主机将收到HCI事件的异步通知。当主机发现有事件发生时，它将分析收到的事件包并决定何种事件发生。主机端的HCI驱动程序，一方面通过接口被蓝牙应用程序调用(本文所提到的蓝牙应用程序是相对于HCI层而言的，指的是构建于通用外接模块上的扩展应用程序)，实现对上层应用的承载；另一方面实现了协议中的HCI功能集，使主机可以向蓝牙子系统发送HCI指令，或接收子系统返回的HCI事件。
2.2HCI的硬件
HCI驱动和HCI固件是通过主控制器传输层(位于主控制器与主机之间的中间层)进行通信的，这些中间层和主控制传输层提供了在没有数据描述信息情况下传输数据的能力。在蓝牙规范的描述中，蓝牙子系统与主机之间共有3类数据转移的方式、每一种数据在硬件接口均具有一定的封装格式，分别是由3种传输层支持，分别为UART/RS232和USB。采用不同的主控制器传输层对主机所接收的HCI事件异步通知不会产生影响。
3蓝牙应用开发方案
在图1中所提到的主机是一个广义的概念，可以是以MPU为核心的计算机、也可以是以MCU为核心的控制电路，二者用途各异。其中以MCU为核心的控制电路适用于嵌入式应用开发，而以MPU为核心的计算机则适合于人机接口的软件开发。
蓝牙协议为建立于蓝牙技术之上的多种应用提供了完整的解决办法，但对于不同应用一般只用到蓝牙协议中的某几个，而且对于每部分协议也不用它所提供的全部功能。进而，在蓝牙应用开发中可以从不同的协议层入手。在开发蓝牙系统时，一般采用两种方式进行开发，一种是采用只提供无线接口的简单模块，从蓝牙子系统做起，再针对应用自行开发主芯片，该主芯片包括从基带层到应用层的完整蓝牙协议栈，这种开发方式较为复杂，但不一定需要HCI层；另一种方法是购买由供应商提供的完整的蓝牙模块，这些模块实现了蓝牙子系统的全部或部分功能，屏蔽了射频和基带两个硬件协议层，可以直接在HCI基础上进行开发。
目前供应商提供的蓝牙模块大致可分为2类，第1类为只实现了蓝牙链路控制功能的模块，第2类为蓝牙链路控制与嵌入式HCI驱动功能均已实现的模块。这2类模块的主要不同之处在于第2类包括一个RISC(精简指令集计算机)处理器，实现链路控制和HCI功能，而第1类的RISC则不具有HCI功能。在实际应用中，要根据实际情况而选择不同类型的模块。
如果选用集成了链路控制与HCI驱动功能的蓝牙模块，那么就可以在一个比较完整的平台上进行开发。如果主机具有USB或UART接口，在蓝牙模块与主机信号电平兼容的情况下，接口连接可以不需要其它辅助硬件电路。许多情况下，USB或UART接口集成在主机的核心芯片上，所以可以实现蓝牙模块与主机的无缝接口。这种模型下的蓝牙技术应用开发，主要工作集中在蓝牙主机端软件的实现上，包括HCI驱动程序与传输层驱动程序。正是由于这种蓝牙模块实现了嵌入式HCI协议，所以应用开发可以直接从HCI层开始，避免了基带与射频的硬件实现，是一种全软件式的开发模式，开发成果具有很好的可移植性。本文中正是采用了这一开发方案进行的蓝牙通用外接模块的开发。通过封装HCI协议层，可以生成标准的HCI接口函数，为上层的应用开发（在本文指的是蓝牙通用模块）提供一个完整的平台。
制功能的蓝牙模块，由于它不提供HCI传输层接口和嵌入式HCI驱动程序。此时，嵌入式HCI驱动程序的功能将转嫁给主机来实现。这样，与前一种开发模式相比，主机的HCI层驱动程序将变得十分复杂，开发周期也将是比较长的。
4蓝牙通用外接模块设计开发实例
笔者基于HCI成功地开发了一种在现有的供应商提供的蓝牙模块基础上进行指令重新解释与结构封装的通用外接模块。本模块最终面向基于此通用模块的扩展应用，提供了USB接口、UART/RS232接口、耳机接口、麦克MIC接口、键盘等多种接口，可同时进行数据和语音信息的传输。该通用外接模块既可以单独构成蓝牙应用系统使用，也可以与主机连接使用，使用应用者很方便地借助于蓝牙技术来实现应用产品的无线通讯。
为了对此通用外接模块进行功能测试，在实验开发阶段（本文中对此通用模块说明均是针对开发阶段的），笔者使用了两台PC作为通用外接模块之上的扩展应用的主体，2个通用外接模块分别作为蓝牙piconet中的主、从设备，蓝牙设备通过UART或USB口由PC处接收命令和数据信息，通用外接模块对此信息进行处理后，以无线传输方式将信息发至另一蓝牙设备的应用主体PC处。
下面从硬件和软件两个方面加以介绍，本文论及的设计主要包括蓝牙通用模块及作为扩展应用主体的PC两大部分。
4.1硬件设计
蓝牙通用模块部分硬件电路主要由语音芯片、微控制器部分（即蓝牙主机部分）及蓝牙模块等组成。硬件结构如图2所示：
其中采用了支持双串口的DALLAS公司生产的DS89C420微控制器作为蓝牙主机，两串口分别与蓝牙模块及构建于通用模块之上的扩展应用的主体进行通信；使用MSM7560L语音芯片；蓝牙模块采用的是Ericsson公司生产的模块，型号为ROK101007，属于本文提到的第2类模块，采用ARM7芯片作为RISC处理器。
在硬件实现上，微控制器部分主要由DS89C420微控制器、电源系统、振荡电路、复位电路、接口电平转换电路等几部分组成，微控制单元是核心部分。电平转换电路用于在蓝牙模块与PC通信接口之间进行电平的转换。另外还包括一些不同类型的接口电路、跳线开关电路以及若干状态LED等器件，以备建立于通用外接模块之上的扩展应用及通讯状态监测的需要。
4.2软件设计
4.2.1PC部分软件设计
PC部分测试程序主要是开发蓝牙应用组件，测试程序运行于Windows操作系统之上，提供了USB和串口驱动程序，应用程序函数接口（API）等，具体可分为PC串口初始化、蓝牙通信参数设定、蓝牙通用外接模块控制、HCI指令封装、数据信息处理等几个部分。
其中第一步要做的工作是初始化计算机串口，串口参数可以根据实际需要进行选择。第二步要进行的是蓝牙模块参数的设定，其中包括蓝牙设备主从设定、蓝牙模块初始化参数的设定、程序监测设定等几部分。以上所有这些动态设定，是通过扩展应用主体（此外为PC）往通用外接模块串口发送公共变量而实现的。当收到参数设定成功消息后，进行下一步，即向通用外接模块串口发送命令消息来实现蓝牙设备的初始化、查询、链接建立过程，在收到通用模块发回的链接建立完成的反馈信息后，即可按一定的格式将数据信息发往通用外接模块接口，完成数据信息的无线传输。
4.2.2通用外接模块软件设计
通用外接模块一方面从PC方的RS-232串口接收PC端的公共参数信息（用于串口初始化及蓝牙模块参数设定）、命令信息及数据信息，另一方面发送相应的HCI指令给蓝牙模块ROK101007，然后将返回的事件进行分析处理，最终将有关程序状态、通讯数据信息返回给本地PC。软件实现的全部功能是通过C51语言进行开发的，由专用寄存器设置子程序、中断处理程序、定时器中断程序、看门狗程序、链路初始化子程序、链路建立子程序、通信数据处理子程序、断开链路子程序、蓝牙测试子程序等功能块来完成。所有程序信息对于通用外接模块以外的扩展应用主体而言都是不可见的，扩展应用只需按一定的格式发送相应的信息给通用外接模块即可完成整个通信过程，在此就不对程序进行具体的说明了。
至此，通用外接模块开发实验阶段软件设计完成，通过测试本模块完全达到了预期的要求，数据传输正常，性能良好。
本封装模块之所以被加以“通用”二字来界定，是因为本模块在功能上很好地做到了以下几点：
(1)本模块提供了对多种扩展应用接口的支持，包括UART/USB以及语音传输接口。
(2)本模块既支持以MPC为扩展应用主体的计算机上的扩展应用，又支持以MCU为扩展主体的控制器件上的扩展应用；
(3)本模块提供对多种操作系统的支持，目前为止，支持Windows95/98/2000/
xp及Linux操作系统。
5一种构建于通用外接模块之上无线通讯扩展应用——裁判系统
目前，在很多大型赛事中比赛所采用的裁判打分系统大都是采用有缆连接的方式进行的，各位裁判将各自的评定的比赛成绩通过有线的电缆传输到主控机上进行综合评定，然后产生最终的结果。但这一系统存在着一个很明显的不足之外，就是有缆连接所带来的不便性，而通过采用笔者所设计的通用外接模块后，通过在通用外接模块的基础上相应地增加LCD、键盘和MCU后，只要对外加的MCU进行简单的编程既可实现裁判打分系统的无线通讯化。
日前，笔者参与设计的蓝牙无线打分系统已被成功地用于很多大型比赛之中。
6结束语
蓝牙产品的开发重在有特色的应用，在通用模块的基础上进行设备的开发和上层软件的编写，可以大大地缩短产品的开发周期，为各种蓝牙应用奠定了基础，从而方便地实现产品的蓝牙无线通讯，使人们摆脱各种线缆的束缚。目前基于蓝牙技术的产品开发，正在短距离无线通信中显示出一股强劲的势头，蓝牙技术的大发展期必将很快的到来。
参考文献：
[1]BluetoothSpecialInterestGroup，
SpecificationofBluetoothSystem
Corev1.1[s]，2001．
[2]马兴，梁剑，陈前斌.基于HCI协议层
的蓝牙技术应用开发[J].重庆邮电学
院学报，2002，14(4):78-82.
[3]金钝，许光辰等．蓝牙技术．北京：
电子工业出版社，2001．
关键词：蓝牙；无线网络；安全威胁；安全体系
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）10-00-03
0 引 言
在当前的网络应用中，物联网具有对物品多样性、低成本、低速率、短距离等特征的泛在需求，这类需求主要通过蓝牙等低速网络协议实现。蓝牙是一种短距离通信开放标准，利用嵌入式芯片实现通讯距离在10 m100 m之间的无线连接。蓝牙的设计目标在于通过统一的近距离无线连接标准使各生产商生产的个人设备都能通过该网络协议更方便地实现低速率数据传输和交叉操作。蓝牙技术具有低成本、低功耗、模块体积小、易于集成等特点，非常适合在新型物联网移动设备中应用。
1 蓝牙技术的安全体系
1.1 四级安全模式
1.1.1 安全模式1
安全模式1无任何安全机制，不发起安全程序，无验证、加密等安全功能，该模式下设备运行较快且消耗更小，但数据在传输过程中极易被攻击。蓝牙V2.0及之前的版本支持该模式。
1.1.2 安全模式2
安全模式2是强制的服务层安全模式，只有在进行信道的逻辑通道建立时才能发起安全程序。该模式下数据传输的鉴权要求、认证要求和加密要求等安全策略决定了是否产生发起安全程序的指令。目前所有的蓝牙版本都支持该模式，其主要目的在于使其可与V2.0之前的版本兼容[1]。
1.1.3 安全模式3
安全模式3为链路层安全机制。在该模式下蓝牙设备必须在信道物理链路建立之前发起安全程序，此模式支持鉴权、加密等功能。只有V2.0以上的版本支持安全模式3，因此这种机制较之安全模式2缺乏兼容性和灵活度。
1.1.4 安全模式4
该模式类似于安全模式2，是一种服务级的安全机制，在链路密钥产生环节采用ECDH算法，比之前三种模式的安全性高且设备配对过程有所简化，可以在某种程度上防止中间人攻击和被动窃听。在进行设备连接时，和安全模式3一样先判定是否发起安全程序，如需要则查看密钥是否可用，密钥若可用则使用SSP简单的直接配对方式，通过鉴权和加密过程进行连接[1]。
建立连接的安全模式机制流程图如图1所示。
1.2 密钥管理
1.2.1 链路密钥
链路密钥是128 b的随机数，由伪随机数RAND和个人识别码PIN、设备地址通过E21或E22流密码算法启动。其中初始密钥及组合密钥经初始化过程生成后作为临时链路密钥在设备间完成鉴权后就被丢弃。主密钥可以用于设备在微微网内进行加密信息的广播，在发送广播信息时主密钥会替代原来的链路密钥。单元密钥生成后在蓝牙设备中会被保存且会一直应用于链路通信。
1.2.2 加密密钥
完成鉴权的蓝牙设备可以在通信中使用加密密钥来加密传递的数据。该密钥由对称加密算法E3算法产生，字长为128 b，由伪随机数RAND、鉴权过程产生的加密偏移数COF和当前链路密钥K生成。蓝牙采用分组加密的方式，加密密钥和其他参数（主体设备的设备地址、随机数、蓝牙时钟参数）通过E0算法产生二进制密钥流从而对传输数据进行加密、解密。密钥的生成如图2所示。
1.3 鉴权
鉴权的目的在于设备身份的认证，同时对参数传递是否成功进行反馈，它既可以是单向过程也可以是相互鉴权，但都需要事先产生链路密钥。被鉴权设备的设备地址、鉴权的主体设备产生的随机数以及链路密钥都参与其中，由此产生应答信息和鉴权加密偏移值，前者被传递至主体设备进行验证，若相同则鉴权成功。若鉴权失败则需要经过一定长度的等待时间才能再次进行鉴权[2]。鉴权过程如图3所示。
2 已知的蓝牙安全漏洞
2.1 跳频时钟
蓝牙传输使用自适应跳频技术作为扩频方式，因此在跳频系统中运行计数器包含28位频率为3.2 kHz的跳频时钟，使控制指令严格按照时钟同步、信息收发定时和跳频控制从而减少传输干扰和错误。但攻击者往往通过攻击跳频时钟对跳频指令发生器和频率合成器的工作产生干扰，使蓝牙设备之间不能正常通信，并且利用电磁脉冲较强的电波穿透性和传播广度来窃听通信内容和跳频的相关参数[3]。
2.2 PIN码问题
密钥控制图中的个人识别码（PIN）为四位，是加密密钥和链路密钥的唯一可信生成来源，两个蓝牙设备在连接时需要用户在设备中分别输入相同的PIN码才能配对。由于PIN码较短，使得加密密钥和链路密钥的密钥空间的密钥数限制在105数量级内，并且在使用过程中若用户使用过于简单的PIN码（如连续同一字符）、长期不更换PIN码或者使用固定内置PIN码的蓝牙设备，则更容易受到攻击[4]。因此在V2.1之后的版本中PIN码的长度被增加至16位，在增大了密钥空间，提高了蓝牙设备建立连接鉴别过程的安全性的同时，也不会因为使用太长的数据串为通信带来不便。
2.3 链路密钥欺骗
通信过程中使用的链路密钥基于设备中固定的单元密钥，而加密过程中其他信息是公开的，因此有较大漏洞。如设备A和不同设备进行通信时均使用自身的单元密钥作为链路密钥，攻击者利用和A进行过通信的设备C获取这个单元密钥，便可以通过伪造另一个和A通信过的设备B的设备地址计算出链路密钥，伪装成B来通过A的鉴权，B伪装成C亦然[5]。
2.4 加密密钥流重复
加密密钥流由E0算法产生，生成来源包括主体设备时钟、链路密钥等。在一个特定的加密连接中，只有主设备时钟会发生改变。如果设备持续使用时间超过23.3小时，时钟值将开始重复，从而产生一个与之前连接中使用的相同的密钥流[6]。密钥流重复则易被攻击者作为漏洞利用，从而得到传输内容的初始明文。
2.5 鉴权过程/简单安全配对中的口令
除使用个人识别码PIN进行配对以外，蓝牙标准从V2.1版本开始，增加了简单安全配对SSP（Secure Simple Pairing，SSP）方式。SSP方式比之前的PIN码配对更方便，不像PIN码配对那样需要两个有输入模块的配对设备同时输入配对密码，而SSP只需要有输出模块的两个配对设备确认屏幕上显示的是否是同一个随机数即可。通过设备搜索建立蓝牙物理连接，产生静态SSP口令，鉴权这四步即可建立连接，但是这种关联模型没有提供中间人攻击保护，静态SSP口令很容易被中间人攻击攻破[7]。
3 蓝牙技术的安全威胁
针对蓝牙的攻击威胁大体上可以分为两种，一种是对不同无线网络均适用的攻击，一种是针对蓝牙特定的攻击。
3.1 拒绝服务攻击
拒绝服务攻击（DoS）的原理是在短时间内连续向被攻击目标发送连接请求，使被攻击目标无法与其他设备正常建立连接。蓝牙的逻辑链路控制和适配协议规定了蓝牙设备的更高层协议可以接收和发送64 KB的数据包，类似于ping数据包，针对这个特点，攻击者可以发送大量ping数据包占用蓝牙接口，使蓝牙接口不能正常使用，并且一直使蓝牙处于高频工作状态从而耗尽设备电池[8]。DoS攻击流程图如图4所示。
3.2 中间人攻击
在两个设备之间的攻击者截获数据一方发送的数据后再转发给另一方，可在不影响双方通信的情况下获得双方通信的内容，是一种广泛应用于无线网络的攻击方式。蓝牙4.0版本的低功耗蓝牙技术（Bluetooth Low Energy，BLE）在设计初始时有防范中间人攻击的安全措施，但是在产品阶段考虑到产品功耗成本等因素，这方面并没有得到足够的重视，依然容易受到攻击[9]。最常见的是用软硬件结合的蓝牙攻击设备伪造BLE通信进行中间人攻击。中间人攻击示意图如图5所示。
3.3 漏洞窃听
蓝牙窃听可以通过对蓝牙漏洞的攻击来实现，蓝牙中的OBEX （Object Exchange）协议，即对象交换协议在早期的蓝牙产品规范中没有强制要求使用权鉴，所以攻击者可以利用此漏洞在被攻击者手机没有提示的情况下链接到被攻击手机，获取对手机内各种多媒体文件以及短信通话记录等文件的增删改权限，甚至可以通过手机命令拨打接听电话。具有这些攻击功能的指令代码被黑客写成了手机软件，可在网络上下载。普通人一般会使用图形化界面去操作，某些山寨手机中甚至自带这项功能，当和别的手机配对成功后即可获得对方手机的操作权限。不过随着蓝牙技术的不断提升，针对早期蓝牙漏洞的攻击现在已经越来越少见。
3.4 重放攻击
重放攻击的原理是监听或者伪造双方通信的认证凭证，经过处理后再回发给被攻击方进行认证。蓝牙传输过程中有79个信道，攻击者可以通过监听信道、计算跳频时序、回放已授权设备的口令来进行攻击。V4.2的标准中已经增加了防止重放攻击的协议。
3.5 配对窃听
蓝牙V2.0及之前更早版本默认的4位PIN码很容易被暴力破解，因为低位数字排列组合的方式十分有限，蓝牙V4.0的LE配对同理。攻击者只要监听到足够的数据帧，就可以通过暴力破解等方式确定密钥，模拟通信方，实现攻击目的。
3.6 位置攻击
每个蓝牙设备都有唯一的6字节序列号作为设备地址，这种序列标识由于在使用过程中不发生改变很容易泄露设备的位置信息。攻击者可以根据蓝牙的调频连接机制和寻呼机制、设备标识符和其他通信参数获得被攻击者设备的地理位置[7]。
3.7 简单配对模式攻击
蓝牙V2.0规定的SSP安全简单配对连接方式并不安全，是由于使用了静态口令而无法防止中间人攻击，并且一旦攻击者取得了口令，在一段时间内可以用此口令进行持续性攻击。
4 结 语
随着物联网技术在制造业、农业以及家居设备等方面的快速推广，蓝牙的应用前景不可小觑，但也面临着较大的挑战。因此我们期待在未来的蓝牙标准设计中可进一步实施必要的安全策略，同时在使用蓝牙设备进行传输时，也应提高蓝牙设备使用的安全意识，尽量使用最强的安全模式。
参考文献
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[2]田新建.关于蓝牙安全机制的进一步研究[D].重庆：重庆大学，2003.
[3]唐婧壹.蓝牙安全策略研究[J].山西电子技术，2011（2）：85-86.
[4]张俊.蓝牙技术及其安全机制研究[J].电脑知识与技术，2008，3（27）：1941-1942.
[5]谭凤林，葛临东.蓝牙安全机制分析[J].信息工程大学学报，2002，3（2）：76-78.
[6]Guideto Bluetooth Security. NISTSP800-121（修订1）[Z]. 2012（1）.
[7]严霄凤.蓝牙安全研究[J].网络安全技术与应用，2013（2）：51-54.
