應用藍牙技術(shù)組建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)

作者Email: zhh@httc.com.cn

隨著(zhù)計算機、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的發(fā)展，采用藍牙技術(shù)組建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，不僅在辦公條件不完善時(shí)能發(fā)揮作用，而且在臨時(shí)增刪辦公點(diǎn)和移動(dòng)性辦公業(yè)務(wù)方面也有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。文中對藍牙技術(shù)做了介紹，并就組網(wǎng)體系結構做了說(shuō)明，對藍牙技術(shù)的發(fā)展趨勢做了展望。

關(guān)鍵詞 藍牙技術(shù) 辦公網(wǎng)絡(luò ) 藍牙協(xié)議

一、前言

在現代企業(yè)的辦公局域網(wǎng)絡(luò )中．個(gè)人電腦要登錄單位內部的局域網(wǎng)以及Internet ，訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)上資源，個(gè)人電腦之間要進(jìn)行文件、資料和設備的共享。這樣一來(lái)PC 機與各種外設之間，PC 機與各種共享設備之間．以及PC 機與局域網(wǎng)插口之間，就存在許許多多的連線(xiàn)，給移動(dòng)辦公及調度管理帶來(lái)了極大的不便。藍牙技術(shù)發(fā)展的初衷是為了用一種統一的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)來(lái)取代各種數字化設備之間相互連接的電纜。利用藍牙技術(shù)組建企業(yè)內部通信網(wǎng)．構建Internet 網(wǎng)絡(luò )平臺．不僅可以改善人們的辦公環(huán)境，而且可以提高企業(yè)的現代化管理水平．加快現代企業(yè)的辦公自動(dòng)化進(jìn)程。

二、藍牙技術(shù)

藍牙（Bluetooth）技術(shù)是由愛(ài)立信、諾基亞、Intel、IBM 和東芝5家公司于1998年5月共同提出開(kāi)發(fā)的。藍牙技術(shù)的本質(zhì)是設備間的無(wú)線(xiàn)聯(lián)接，主要用于通信與信息設備。近年來(lái)，在電聲行業(yè)中也開(kāi)始使用。依據發(fā)射輸出電平可以有3 種距離等級，Class1 為100m 左右、Class2 約為10m 、Class3 約為2-3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m 半徑之內。在此范圍內，可進(jìn)行多臺設備間的互聯(lián)。但對于某些產(chǎn)品，設備間的聯(lián)接距離甚至遠隔100m 也照樣能建立藍牙通信與信息傳遞。

借助采用了藍牙技術(shù)的PDA 個(gè)人數字助理，用戶(hù)可很方便地進(jìn)人因特網(wǎng)。有了藍牙技術(shù)，存儲于手機中的信息可以在電視機上顯示出來(lái)，也可以將其中的聲音信息數據進(jìn)行轉換，以便在PC 個(gè)人電腦上聆聽(tīng)。東芝公司已開(kāi)發(fā)上市了一種藍牙無(wú)線(xiàn)Modem 和PC 卡，將2 張卡中的一張插人Modem 的主機上，另一張插人PC 個(gè)人電腦。這樣，用戶(hù)就成功實(shí)現了與因特網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

藍牙技術(shù)的特點(diǎn)包括：1、采用跳頻技術(shù)，數據包短，抗信號衰減能力強；2、采用快速跳頻和前向糾錯方案以保證鏈路穩定，減少同頻干擾和遠距離傳輸時(shí)的隨機噪聲影響；3、使用2.4GHzISM頻段，無(wú)須申請許可證；4、可同時(shí)支持數據、音頻、視頻信號；5、采用FM調制方式，降低設備的復雜性。

該技術(shù)的傳輸速率設計為1MHz，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，使用擴頻技術(shù)也可擴展到5個(gè)時(shí)隙。同時(shí)，藍牙技術(shù)支持1個(gè)異步數據通道或3個(gè)并發(fā)的同步話(huà)音通道，或1個(gè)同時(shí)傳送異步數據和同步話(huà)音的通道。每一個(gè)話(huà)音通道支持64kb/s的同步話(huà)音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應答速率為57. 6 kb/s的非對稱(chēng)連接，或者是432. 6 kb/s的對稱(chēng)連接。

目前，藍牙技術(shù)已被普遍應用在筆記本電腦上，以幫助兩臺（或多臺）筆記本電腦之間實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信。較紅外線(xiàn)傳輸“必須保證傳輸信息的兩個(gè)設備正對，且中間不能有障礙物”、“幾乎無(wú)法控制信息傳輸的進(jìn)度”、“沒(méi)有成為被廣泛接受的工業(yè)標準、設備種類(lèi)不多”等致命的缺陷，藍牙的優(yōu)勢顯示出了勃勃生機。全世界已有2161 家公司參加了SIG (Special Interest Group)組織，并正在共同制定藍牙技術(shù)標準。SIG的核心公司除上述最初提出開(kāi)發(fā)藍牙技術(shù)的5家公司外，還有3com、Lucent技術(shù)、微軟和摩托羅拉4 家。SIG 成員公司包括：PC個(gè)人電腦、移動(dòng)電話(huà)、網(wǎng)絡(luò )相關(guān)設備、外圍輔助設備和A/ V設備、通訊設備和汽車(chē)電子、自動(dòng)售貨機、醫藥器械、計時(shí)裝置等諸多領(lǐng)域的設備制造公司。

三、藍牙體系結構

藍牙體系結構包括3部分，各部分的構成見(jiàn)圖1。下面就硬件、軟件、路由機制3方面作簡(jiǎn)略說(shuō)明。

1、硬件部分

1.1射頻模塊

將基帶模塊的數據包通過(guò)無(wú)線(xiàn)電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去，實(shí)現藍牙設備的無(wú)線(xiàn)連接。

1.2基帶模塊

采用查詢(xún)和尋呼方式，使跳頻時(shí)鐘及跳頻頻率同步，為數據分組提供對稱(chēng)連接(SCO）和非對稱(chēng)連接（ASL)，并完成數據包的定義、前向糾錯、循環(huán)冗余校驗、邏輯通道選擇、信號噪化、鑒權、加密、編碼和解碼等功能。它采用混合電路交換和分組交換方式，既適合語(yǔ)音傳送，也適合一般的數據傳送。每一個(gè)語(yǔ)音通道支持64kb/s同步語(yǔ)音，異步通道支持最大速率723.2kb/s（反向57.6kb/s）的非對稱(chēng)連接或433.9kb/s的對稱(chēng)連接。

2、藍牙協(xié)議（軟件）

2.1鏈路管理協(xié)議（LMP ）

通過(guò)對鏈接的發(fā)送、交換、實(shí)施身份鑒權和加密，并通過(guò)協(xié)商確定基帶數據分組的大小，控制射頻部分的電源模式、工作周期及網(wǎng)絡(luò )內藍牙設備的連接狀態(tài)。

2.2邏輯鏈路控制與應用協(xié)議（L2CAP ）

L2CAP與LMP平行工作，共同實(shí)現OSI的數據鏈路層的功能。它可提供對稱(chēng)連接和非對稱(chēng)連接的數據服務(wù)。

2.3串行電纜仿真協(xié)議（RFCOMM）

在藍牙的基帶上仿真RS-232的功能，實(shí)現設備串行通信。例如，在撥號網(wǎng)絡(luò )中，主機將AT命令發(fā)送到調制解調器，再傳送到局域網(wǎng)，建立連接后，應用程序就可以通過(guò)RFCOMM 提供的串口發(fā)送和接收數據。

2.4服務(wù)發(fā)現協(xié)議（SDP）

按照用戶(hù)需要，發(fā)現相應服務(wù)及有關(guān)設備，并給出服務(wù)與設備列表。工作過(guò)程如下：主設備廣播1條信息，從設備做出相應的反應，將收集到的地址存于主設備的內存中，然后主設備從中選擇1個(gè)地址，利用鏈路管理代理所提供的進(jìn)程在物理層建立連接。一旦建立了服務(wù)發(fā)現協(xié)議，在主從設備之間的物理層連接上就建立了一條LZCAP點(diǎn)對點(diǎn)通信層。

3、無(wú)線(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò )的路由機制

利用藍牙技術(shù)構建現代企業(yè)無(wú)線(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現的基本功能包括：1、文件、檔案、報表、設備資源的共享和互連，比如PC機之間的互連，PC 機與各種外設或智能設備的互聯(lián)和共享等；2、利用藍牙設備無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)單位內部局域網(wǎng)以及Internet；3、通過(guò)一定的路由機制實(shí)現辦公網(wǎng)絡(luò )內部的各個(gè)匹克網(wǎng)之間的互連。

根據企業(yè)的實(shí)際需要，企業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由多個(gè)匹克網(wǎng)（piconet）構成，而不同匹克網(wǎng)之間的通信應該只在辦公網(wǎng)絡(luò )內部進(jìn)行路由，而不應通過(guò)局域網(wǎng)，這就需要建立一種特殊的路由機制，使得各匹克網(wǎng)之間的通信能夠進(jìn)行正確的路由，達到方便快捷的通信、拓寬通信范圍、減輕網(wǎng)絡(luò )負載的目的。

3.1藍牙網(wǎng)關(guān)

用于辦公網(wǎng)絡(luò )內部的藍牙移動(dòng)終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式訪(fǎng)問(wèn)局域網(wǎng)以及Internet；跟蹤、定位辦公網(wǎng)絡(luò )內的所有藍牙設備，在兩個(gè)屬于不同匹克網(wǎng)的藍牙設備之間建立路由連接，并在設備之間交換路由信息。

主要功能包括：

① 實(shí)現藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉換，完成辦公網(wǎng)絡(luò )內部藍牙移動(dòng)終端的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)功能。
② 在安全的基礎上實(shí)現藍牙地址與IP地址之間的地址解析，它利用自身的IP 地址和TCP端口來(lái)唯一地標識辦公網(wǎng)絡(luò )內部沒(méi)有IP地址的藍牙移動(dòng)終端，比如藍牙打印機等。
③ 通過(guò)路由表來(lái)對網(wǎng)絡(luò )內部的藍牙移動(dòng)終端進(jìn)行跟蹤、定位，使得辦公網(wǎng)絡(luò )內部的藍牙移動(dòng)終端可以通過(guò)正確的路由，訪(fǎng)問(wèn)局域網(wǎng)或者另一個(gè)匹克網(wǎng)中的藍牙移動(dòng)終端。
④ 在兩個(gè)屬于不同匹克網(wǎng)的藍牙移動(dòng)終端之間交換路由信息，從而完成藍牙移動(dòng)終端通信的漫游與切換。在這種通信方式中，藍牙網(wǎng)關(guān)在數據包路由過(guò)程中充當中繼作用，相當于藍牙網(wǎng)橋。

3.2藍牙移動(dòng)終端（MT)

藍牙移動(dòng)終端是普通的藍牙設備，能夠與藍牙網(wǎng)關(guān)以及其他藍牙設備進(jìn)行通信，從而實(shí)現辦公網(wǎng)絡(luò )內部移動(dòng)終端的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò )內部文件、資源的共享。各個(gè)功能模塊關(guān)系如圖2 所示。

如果目的端位于單位內部的局域網(wǎng)或者Internet，則需要通過(guò)藍牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉換，如果該MT沒(méi)有IP地址，則由藍牙網(wǎng)關(guān)來(lái)提供，其通信方式為MT-BG CMT。如果目的端位于辦公網(wǎng)絡(luò )內部的另一個(gè)匹克網(wǎng)，則通過(guò)藍牙網(wǎng)關(guān)來(lái)建立路由連接，從而完成整個(gè)通信過(guò)程的漫游．其通信方式為MT-BG-M_MT(為主移動(dòng)終端)-MT。采用藍牙技術(shù)也可使辦公室的每個(gè)數據終端互相連通。例如多臺終端共用1 臺打印機，可按照一定的算法登陸打印機的等待隊列，依次執行。

四、藍牙技術(shù)的發(fā)展前景

藍牙技術(shù)是一種新興的技術(shù)，尚未投入廣泛應用，目前許多藍牙設備還處于實(shí)驗室試驗階段，還有待于實(shí)際使用的嚴格檢驗。2002年下半年起，藍牙產(chǎn)品的生產(chǎn)量將明顯增加，市場(chǎng)進(jìn)一步擴大。除日本外，韓國的LG、三星、大宇以及臺灣諸多公司已著(zhù)手開(kāi)始步人藍牙技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)行列，有的已推出成品。如LG公司的LG-P610B，一種用于PCS個(gè)人通信服務(wù)的蜂窩式電話(huà)。由于在PC個(gè)人電腦開(kāi)發(fā)制造上的成功與經(jīng)驗，臺灣制造業(yè)界期望2005 年藍牙工業(yè)在臺灣能占臺灣無(wú)線(xiàn)通信工業(yè)的15％，產(chǎn)值達到6.5億美元。2002年夏季開(kāi)始，臺灣的一些制造廠(chǎng)商已開(kāi)始在天線(xiàn)、濾波器、模塊、筆記本電腦、PDA、鍵盤(pán)和鼠標器等信息設備中采用藍牙技術(shù)，并將推出用于dongle（一種保護軟件被拷貝的設備）、PCMCIA卡和LAN 局域網(wǎng)間聯(lián)絡(luò )的藍牙通信中轉裝置。至今，日本已有7 家公司在筆記本電腦中采用了藍牙技術(shù)。

藍牙的發(fā)展軌跡符合當今新技術(shù)發(fā)展的理想模式即競爭前合作。據ABI ( Allied Business Intelligence）的一項調查顯示，盡管最近藍牙市場(chǎng)有點(diǎn)遲滯，但其發(fā)展沒(méi)有減緩的趨勢。ABI 的官員說(shuō)，越來(lái)越多的人考慮給自己的設備增加無(wú)線(xiàn)連接，他們也逐步意識到藍牙技術(shù)的低功耗和低成本解決方案是理想的。藍牙的使用范圍已不僅僅局限于筆記本電腦和蜂窩電話(huà)，藍牙收發(fā)器（即藍牙卡）已經(jīng)越來(lái)越多地嵌人到從PC機到工業(yè)設備的各種設備中，藍牙不僅僅是電纜替代品。不過(guò)，ABI同時(shí)提醒到，在Bluetooth成功的道路還存在著(zhù)一定的障礙，其主要表現在以下幾個(gè)方面： ( l）因硅半導體價(jià)格的昂貴，藍牙芯片過(guò)于昂貴以致一時(shí)難以普及。( 2）藍牙協(xié)議的實(shí)現與標準不一致,使硬件的互操作性、軟件的互操作性以及軟硬件之間的互操作性不佳。 ( 3）軟件開(kāi)發(fā)還難以為藍牙應用提供完整的解決方案，跨平臺移植難以實(shí)現。

盡管這些問(wèn)題正在減緩藍牙設備投放市場(chǎng)的速度，但隨著(zhù)SIG 新標準的制定，預計這種統一數據傳送方式會(huì )被廣泛應用，到那時(shí)，全球將有數以?xún)|計的計算機和通信設備使用藍牙技術(shù)，它將帶來(lái)一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信的新時(shí)代。

五、具體組網(wǎng)方案

根據前述藍牙路由機制，圖3 給出了一種無(wú)線(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò )具體應用的原理圖。藍牙網(wǎng)關(guān)通過(guò)RJ45 插頭與局域網(wǎng)接入接口相連；圖中的個(gè)人電腦及各種設備均需安裝有藍牙通用模塊或藍牙網(wǎng)卡，以使其藍牙化。藍牙網(wǎng)關(guān)與各終端的最大直線(xiàn)不能大于100m，且一個(gè)藍牙網(wǎng)關(guān)最多可連接7個(gè)帶通用外界模塊的設備。

組網(wǎng)方案中，主要部件功能如下：

1、藍牙網(wǎng)關(guān)（金歐公司LLTR-1S）
* 采用時(shí)分多址技術(shù)，支持異步數據，支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的藍牙數據通信；
* 具有同時(shí)與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和藍牙設備通信的接口及能力；
* 在安全的基礎上實(shí)現藍牙地址與IP 地址間的地址解釋?zhuān)?BR>* 實(shí)現IP 網(wǎng)際協(xié)議以及TCP 傳輸控制協(xié)議，從而能夠完成藍牙協(xié)議與TCP / IP 的協(xié)議轉換；
* 在底層協(xié)議棧的基礎上，通過(guò)實(shí)行特定的藍牙路由機制解決匹克網(wǎng)間的路由問(wèn)題，以最終解決藍牙不同匹克網(wǎng)間不同單元的通信問(wèn)題。

2、網(wǎng)絡(luò )適配器（BlueBerry 藍牙USB）

安裝在網(wǎng)絡(luò )內部的PC機、筆記本電腦上，使設備藍牙化。

3、為了使得辦公室內部的打印機、投影儀、掃描儀等辦公設備具有藍牙功能，選用金歐公司的通用藍牙模塊，該通用藍牙模塊具有串口、USB 和并口可供選擇。

六、結束語(yǔ)

采用藍牙技術(shù)組建辦公網(wǎng)，不僅在辦公條件不完善時(shí)能發(fā)揮作用，而且在臨時(shí)增刪辦公點(diǎn)和移動(dòng)性辦公業(yè)務(wù)方面也有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。目前，藍牙技術(shù)應用還存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，無(wú)法實(shí)現真正的“漫游”，這在分存網(wǎng)應用時(shí)更為突出。不過(guò)，隨著(zhù)藍牙技術(shù)的發(fā)展，組建辦公室無(wú)線(xiàn)近距離網(wǎng)會(huì )越來(lái)越經(jīng)濟實(shí)用。
本文提出了一種藍牙無(wú)線(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò )解決方案，利用該解決方案可以實(shí)現現代企業(yè)的無(wú)線(xiàn)辦公，網(wǎng)絡(luò )內部的設備可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式登錄單位內部的局域網(wǎng)或者Internet ，各個(gè)設備也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行文件、資源的共享，省去了設備之間紛繁復雜的連線(xiàn)，大大改善了人們的辦公環(huán)境，提高了現代企業(yè)的辦公自動(dòng)化程度，同時(shí)在企業(yè)管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)等各個(gè)環(huán)節都能為決策者帶來(lái)極大方便，使調度決策更加準確、規范、及時(shí)。