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藍牙組建無線網絡技術分析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2007-8-3
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在現(xiàn)代企業(yè)的辦公局域網絡中，個人電腦經常要登錄單位內部局域網或者Internet，訪問網上資源，個人電腦之間要進行文件、資料和設備的共享互換。這樣一來PC機與各種外設之間，PC機與各種共享設備之間，以及PC機與局域網插口之間，就存在許許多多的連線，給移動辦公及調度管理帶來了極大的不便。藍牙技術發(fā)展的初衷是為了用一種統(tǒng)一的無線通信技術來取代各種數(shù)字化設備之間相互連接的電纜。利用藍牙技術組建企業(yè)內部通信網，構建Internet網絡平臺，不僅可以改善辦公環(huán)境，而且可以提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，加快現(xiàn)代企業(yè)的辦公自動化的進程。
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藍牙(Bluetooth)技術最初是在1998年5月，由愛立信、諾基亞、Intel、IBM和東芝5家公司共同提出開發(fā)的。藍牙技術的本質是設備間的無線聯(lián)接，主要用于通信與信息設備。近年來，在電聲行業(yè)中也開始使用藍牙技術。依據(jù)發(fā)射輸出電頻可以有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，可進行多臺設備間的互聯(lián)。但對于某些產品，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的PDA，用戶可很方便地進人因特網。有了藍牙技術，存儲于手機中的信息可以在電視機上顯示出來，也可以將其中的聲音信息數(shù)據(jù)進行轉換，以便在PC個人電腦上聆聽。東芝公司已開發(fā)上市了一種藍牙無線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個人電腦。這樣，用戶就成功實現(xiàn)了與因特網的無線聯(lián)網。
藍牙技術具有非常明顯的特點：1，采用跳頻技術，數(shù)據(jù)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(wěn)定，減少同頻干擾和遠距離傳輸時的隨機噪聲影響；3，使用2.4GHzISM頻段，無須申請許可證；4，可同時支持數(shù)據(jù)、音頻、視頻信號；5，采用FM調制方式，降低設備的復雜性。
該技術的傳輸速率設計為1MHz，以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，使用擴頻技術也可擴展到5個時隙。同時，藍牙技術支持1個異步數(shù)據(jù)通道或3個并發(fā)的同步話音通道，或1個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應答速率為57. 6 kb/s的非對稱連接，或者是432. 6 kb/s的對稱連接。
目前，藍牙技術已被普遍應用在筆記本電腦上，以幫助兩臺(或多臺)筆記本電腦之間實現(xiàn)無線通信。相比紅外線傳輸“必須保證傳輸信息的兩個設備正對，且中間不能有障礙物”、“幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度”、“沒有成為被廣泛接受的工業(yè)標準、設備種類不多”等致命缺陷，藍牙的優(yōu)勢非常明顯。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標準。SIG的核心公司除上述最初提出開發(fā)藍牙技術的5家公司外，還有3Com、Lucent技術、微軟和摩托羅拉4家。SIG成員公司包括：PC個人電腦、移動電話、網絡相關設備、外圍輔助設備和A/ V設備、通訊設備和汽車電子、自動售貨機、醫(yī)藥器械、計時裝置等諸多領域的設備制造公司。
藍牙體系結構主要包括硬件、軟件、路由機制3方面。
1、硬件部分
1.1射頻模塊
將基帶模塊的數(shù)據(jù)包通過無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去，實現(xiàn)藍牙設備的無線連接。
1.2基帶模塊
采用查詢和尋呼方式，使跳頻時鐘及跳頻頻率同步，為數(shù)據(jù)分組提供對稱連接(SCO)和非對稱連接(ASL)，并完成數(shù)據(jù)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，既適合語音傳送，也適合一般的數(shù)據(jù)傳送。每一個語音通道支持64kb/s同步語音，異步通道支持最大速率723.2kb/s(反向57.6kb/s)的非對稱連接或433.9kb/s的對稱連接。
2、藍牙協(xié)議(軟件)
2.1鏈路管理協(xié)議(LMP)
通過對鏈接的發(fā)送、交換、實施身份鑒權和加密，并通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組的大小，控制射頻部分的電源模式、工作周期及網絡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，共同實現(xiàn)OSI的數(shù)據(jù)鏈路層的功能。它可提供對稱連接和非對稱連接的數(shù)據(jù)服務。
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，實現(xiàn)設備串行通信。例如，在撥號網絡中，主機將AT命令發(fā)送到調制解調器，再傳送到局域網，建立連接后，應用程序就可以通過RFCOMM提供的串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
2.4服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)
按照用戶需要，發(fā)現(xiàn)相應服務及有關設備，并給出服務與設備列表。工作過程如下：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個地址，利用鏈路管理代理所提供的進程在物理層建立連接。一旦建立了服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議，在主從設備之間的物理層連接上就建立了一條LZCAP點對點通信層。
3、無線辦公網絡的路由機制
利用藍牙技術構建現(xiàn)代企業(yè)無線辦公網絡，實現(xiàn)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、利用藍牙設備無線訪問單位內部局域網以及Internet；3、通過一定的路由機制實現(xiàn)辦公網絡內部的各個匹克網之間的互連。
根據(jù)企業(yè)的實際需要，企業(yè)無線網絡由多個匹克網(piconet)構成，而不同匹克網之間的通信應該只在辦公網絡內部進行路由，而不應通過局域網，這就需要建立一種特殊的路由機制，使得各匹克網之間的通信能夠進行正確的路由，達到方便快捷的通信、拓寬通信范圍、減輕網絡負載的目的。
3.1藍牙網關
用于辦公網絡內部的藍牙移動終端通過無線方式訪問局域網以及Internet；跟蹤、定位辦公網絡內的所有藍牙設備，在兩個屬于不同匹克網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：
實現(xiàn)藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉換，完成辦公網絡內部藍牙移動終端的無線上網功能。
在安全的基礎上實現(xiàn)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端口來唯一地標識辦公網絡內部沒有IP地址的藍牙移動終端，比如藍牙打印機等。
通過路由表來對網絡內部的藍牙移動終端進行跟蹤、定位，使得辦公網絡內部的藍牙移動終端可以通過正確的路由，訪問局域網或者另一個匹克網中的藍牙移動終端。
在兩個屬于不同匹克網的藍牙移動終端之間交換路由信息，從而完成藍牙移動終端通信的漫游與切換。在這種通信方式中，藍牙網關在數(shù)據(jù)包路由過程中充當中繼作用，相當于藍牙網橋。
3.2藍牙移動終端(MT)
藍牙移動終端是普通的藍牙設備，能夠與藍牙網關以及其他藍牙設備進行通信，從而實現(xiàn)辦公網絡內部移動終端的無線上網以及網絡內部文件、資源的共享。
如果目的端位于單位內部的局域網或者Internet，則需要通過藍牙網關進行藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉換，如果該MT沒有IP地址，則由藍牙網關來提供，其通信方式為MT-BG–MT。如果目的端位于辦公網絡內部的另一個匹克網，則通過藍牙網關來建立路由連接，從而完成整個通信過程的漫游.其通信方式為MT-BG-M_MT(為主移動終端)-MT。采用藍牙技術也可使辦公室的每個數(shù)據(jù)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(zhí)行。
藍牙技術是一種新興的技術，尚未投入廣泛應用，目前許多藍牙設備還處于實驗室試驗階段，還有待于實際使用的嚴格檢驗。現(xiàn)如今，藍牙產品的生產量已明顯增加，市場進一步擴大。除日本外，韓國的LG、三星、大宇以及臺灣諸多公司已著手開始步人藍牙技術與產品的開發(fā)行列。如今，各大通訊器材公司推出的產品，都已將藍牙技術作為標配，使得手機用戶可以在一定距離內任意傳輸鈴聲、圖片或者文件，非常符合年輕人時尚和無拘無束的個性。藍牙技術現(xiàn)在不僅運用在手機上，在天線、濾波器、模塊、筆記本電腦、PDA、鍵盤和鼠標器等信息設備中均得以廣泛應用，市場上具有藍牙技術的PCMCIA卡和LAN局域網間聯(lián)絡的藍牙通信中轉裝置都比較常見。如今的筆記本電腦，也已全部內置藍牙模塊。
藍牙的發(fā)展軌跡符合當今新技術發(fā)展的理想模式即競爭前合作。據(jù)ABI( Allied Business Intelligence)的一項調查顯示，盡管最近藍牙市場有點遲滯，但其發(fā)展沒有減緩的趨勢。ABI的官員說，越來越多的人考慮給自己的設備增加無線連接，他們也逐步意識到藍牙技術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，藍牙收發(fā)器(即藍牙卡)已經越來越多地嵌人到從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，ABI同時提醒到，在Bluetooth成功的道路還存在著一定的障礙，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1，因硅半導體價格的昂貴，藍牙芯片過于昂貴以致一時難以普及。2，藍牙協(xié)議的實現(xiàn)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，跨平臺移植難以實現(xiàn)。
盡管這些問題正在減緩藍牙設備投放市場的速度，但隨著SIG新標準的制定，預計這種統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳送方式會被廣泛應用，到那時，全球將有數(shù)以億計的計算機和通信設備使用藍牙技術，它將帶來一個無線通信的新時代。
根據(jù)前述藍牙路由機制，我們可以在辦公網絡中將這種技術具體應用。藍牙網關通過RJ45水晶插頭與局域網接入接口相連；個人電腦及各種設備均需安裝有藍牙通用模塊或藍牙網卡，以使其藍牙化。藍牙網關與各終端的最大直線不能大于100m，且一個藍牙網關最多可連接7個帶通用外界模塊的設備。
組網方案中，主要部件如下：
一、藍牙網關
主要具有以下技術特點：
1，采用時分多址技術，支持異步數(shù)據(jù)，支持點對點、點對多點的藍牙數(shù)據(jù)通信；
2，具有同時與有線網絡和藍牙設備通信的接口及能力；
3，在安全的基礎上實現(xiàn)藍牙地址與IP地址間的地址解釋；
4，實現(xiàn)IP網際協(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；
5，在底層協(xié)議棧的基礎上，通過實行特定的藍牙路由機制解決匹克網間的路由問題，以最終解決藍牙不同匹克網間不同單元的通信問題。
二、網絡適配器(BlueBerry藍牙USB)
安裝在網絡內部的PC機、筆記本電腦上，使設備藍牙化。
三、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。
采用藍牙技術組建辦公網，不僅在辦公條件不完善時能發(fā)揮作用，而且在臨時增刪辦公點和移動性辦公業(yè)務方面也有著獨特的優(yōu)勢。目前，藍牙技術應用還存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，無法實現(xiàn)真正的“漫游”，這在分存網應用時更為突出。不過，隨著藍牙技術的發(fā)展，組建辦公室無線近距離網會越來越經濟實用，藍牙組網的薄弱環(huán)節(jié)也將會得到很大的改善。
我們可以利用藍牙無線實現(xiàn)企業(yè)的無線辦公，網絡內部的設備可以通過無線方式登錄單位內部的局域網或者Internet，各個設備也可以通過無線方式進行文件、資源的共享，省去了設備之間紛繁復雜的連線，大大改善了人們的辦公環(huán)境，提高了現(xiàn)代企業(yè)的辦公自動化程度，同時在企業(yè)管理、生產經營等各個環(huán)節(jié)都能為決策者帶來極大方便，還有最主要的一點就是設備的投入費用不會太多。 - ■ 與【藍牙組建無線網絡技術分析】相關新聞
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