蓝牙技术使用

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当今信息化的一个重要方面就是因特网(Internet)和移动通信(mobilecommunication)的迅猛发展。它使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化，同时也刺激人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求日益增长。智能家庭网络的出现和发展给信息社会注入了新的生机和活力，而蓝牙(Bluetooth)技术的日趋成熟无疑给这个新的浪潮起到了推波助澜的作用。

一、蓝牙网络的前景

家庭网络是指在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部所有的信息设备连接起来而形成的网络。显然，连接家庭网络最理想的技术是无线通信技术，它用微波取代了传统网络中错综复杂的电缆。目前，关于该技术有不少产品和标准，如Butterfly,Diamond,Proxim,Shavewave等公司的产品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF两种技术。Bluetooth的优势在于全球标准的统一，具有互操作性，以及能非常方便地实现快速、灵活、安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，因此Bluetooth技术在家庭无线网络系统中的发展潜力巨大。系统设计蓝牙的载波选用在全球公用的2.4GHz工科医学（ISM）频带，并采用跳频扩谱技术（FHSS）。跳频速率为1600次/s，以2.45GHz为中心频率最多可得到79个1MHz带宽的信道。蓝牙设备采用的是GFSK调制技术，其传输速率为1Mb/s，实际有效速率最高可达721Kb/s，传输距离为10m。语音传输采用连续可变斜率调制编码（CVSD）技术，通信协议则采用时分多址（TDMA）协议。遵循Bluetooth协议的各类数据和语音设备都能够以无线方式接入到公共网络系统中（如Internet,Intranet）序的干扰。

二、蓝牙技术

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。其程序写在一个9x9mm的微芯片中。例如，如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉移动电话与膝上型电脑之间的令人讨厌的连接电缆而而通过无线使其建立通信。打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，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（即一定的规律，技术上叫做"伪随机码"，就是"假"的随机码）不断地从一个信道"跳"到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；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地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC（ForwardErrorCorrection，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接。

三、蓝牙网络系统组成

家庭网络是一种复杂的网络模式，其特征是：终端类型千差万别，完成功能各不相同，接入方式多样。更重要的是家庭网络应该是一个动态的网络，对于设备的加入和移走，系统应该能够自动地完成检测并自动重设系统。另外，家庭中设备摆放的位置可能会发生变化，这对于需要综合布线的系统来说将会遇到很大的困难，但如果有蓝牙技术支持，在通信有效范围内的位置移动就不会影响整个网络的结构。家庭网关是家庭网络的核心，是整个家居设备控制和家庭信息控制的核心。智能家居中的家庭网关是基于蓝牙模块设计。采用了蓝牙主机—主机控制器模式。因此，该家庭网关的硬件组成包括：蓝牙通信模块、振铃检测电路、自动摘挂机电路、键盘、显示接口电路、外部存储器模块等。家庭网关总体组成如图所示。

四、蓝牙网络硬件要求

以双机组建无线局域网为例，只需要两台PC（废话，只有一台PC神仙也建不成局域网），和两只蓝牙收发器（dongle）即可。蓝牙dongle的安装，在前面seabreeze的文章里已经详细写过了，这里不再赘述。只是再说一下PC的蓝牙收发器的种类。从形态上分，市场上的蓝牙接口有两种，一种是USB接口的，像个U盘一样的dongle。多数都是这样的。还有一种是接主板USB插针的主板扩展模块。这个比上面那个便宜许多，但最大的缺点是不能随身携带。家庭使用，如果想节约投入，可两者兼顾。从功率上分（其实是传输距离），Dongle目前主要有两类，Class1和Class2。Class1是100米的（直线距离300米），Class2是10米的（直线距离30米）。但，如果中间隔着墙，这个距离会大幅度下降。我用一个10米一个100米的试过，总距离是13米。中间穿三堵墙基本上就信号非常弱了。用两个100米的，穿三堵墙则没问题。两堵墙都没问题。

五、蓝牙网络原理

蓝牙技术支持点对点和点对多点连接。几个piconet可以被连接在一起，靠跳频顺序识别每个piconet。同一piconet所有用户都与这个跳频顺序同步。其拓扑结构可以被描述为"多piconet"结构。在一个"多piconet"结构中，在带有10个全负载的独立的piconet的情况下，全双工数据速率超过6Mb/s。

话音话音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）话音编码方案，并且从不重发话音数据包。CVSD编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。无线蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的。空中接口遵循FCC(美国联邦通信委员会）有关电平为0dBm的ISM频段的标准。如果全球电平达到100mW以上，可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。频谱扩展功能是通过起始频率为2.402，终止频率为2.480，间隔为1MHz的79个跳频频点来实现的。出于某些本地规定的考虑，日本、法国和西班牙都缩减了带宽。最大的跳频速率为1660跳/秒。理想的连接范围为10厘米--10米，但是通过增大发送电平可以将距离延长至100米。基带部分描述了硬件--基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。建立网络连接在piconet内的连接被建立之前，所有的设备都处于standby（待令）状态。在这种模式下，未连接单元每隔1.28秒周期性地"监听"信息。每当一个设备被激活，它就监听规划给该单元的32个跳频频点。跳频频点的数目因地理区域的不同而异，32这个数字只适用于除日本、法国和西班牙之外的大多数国家。作为master的设备首先初始化连接程序，如果地址已知，则通过寻呼（page）消息建立连接，如果地址未知，则通过一个后接page消息的inquiry（查询）消息建立连接。在最初的寻呼状态，master单元将在分配给被寻呼单元的16个跳频频点上发送一串16个相同的page消息。如果没有应答，master则按照激活次序在剩余16个频点上继续寻呼。Slave收到从master发来的消息的最大延迟时间为激活周期的2倍（2.56秒），平均延迟时间是激活周期的一半（0.6秒）。Inquiry消息主要用来寻找蓝牙设备，如共享打印机、传真机和其它一些地址未知的类似设备。Inquiry消息和page消息很相象，但是inquiry消息需要一个额外的数据串周期来收集所有的响应。

如果piconet中已经处于连接的设备在较长一段时间内没有数据传输，蓝牙还支持节能工作模式。master可以把slave置为hold(保持)模式，在这种模式下，只有一个内部计数器在工作。slave也可以主动要求被置为hold模式。一旦处于hold模式的单元被激活，则数据传递也立即重新开始。Hold模式一般被用于连接好几个piconet的情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。除hold模式外，蓝牙还支持另外两种节能工作模式：sniff(呼吸)模式和park(暂停)模式。在sniff模式下，slave降低了从piconet"收听"消息的速率，"呼吸"间隔可以依应用要求做适当调整。在park模式下，设备依然与piconet同步但没有数据传送。工作在park模式下的设备放弃了MAC地址，偶尔收听master的消息并恢复同步、检查广播消息。如果我们把这几种工作模式按照节能效率以升序排一下队，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暂停模式。

六、蓝牙网络家庭中的应用

在数字家庭系统中，除了网络视频、新潮电子和视听享受之外，家庭自动化与安防设备也扮演着重要的角色。所谓家庭自动化，是指利用电子技术来集成或控制家中的电子电器产品或系统(例如照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等)。其功能实现主要通过一个中央管理平台接收来自传感器(能够感应外界环境的变化，如日升日落所造成的光线变化等)的信息，再以既定的程序控制其它电子电器产品。除了能够通过各种界面(键盘、触摸屏、按钮、电脑、电话、遥控器等)来控制家中的电器产品外，房屋主人还可发送控制信号给中央处理设备并同时接受来自中央处理设备的信息。

家庭安防设备已经搭上了数字化的列车。现代传感技术、数字信息处理技术、数字通信技术、计算机技术、多媒体技术和网络技术是其中的推动因素。而最新的安防设备也已经演进为能够实现各种安防信息的采集、处理、传输以及显示的高集成系统。一个完整的安防系统主要包含门禁、报警和监控三大部分，网络监控是其中的主要设备。全球加大打击恐怖组织活动、煤矿瓦斯爆炸和其他突发公共安全事故的抬头都对网络监控设备提出了越来越高的要求。此外，客户服务现场、客户行为分析等应用也在推动网络监控设备的发展。在这些需求的推动下，网络监控设备也经历了全模拟、部分数字化两个发展阶段，正在大踏步迈入全面数字化的发展新阶段。

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