藍牙無線局域網技術分析論文

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隨著計算機、網絡通信技術的發展，采用藍牙技術組建無線局域網，不僅在辦公條件不完善時能發揮作用，而且在臨時增刪辦公點和移動性辦公業務方面也有著獨特的優勢。文中對藍牙技術做了介紹，并就組網體系結構做了說明，對藍牙技術的發展趨勢做了展望。

關鍵詞藍牙技術辦公網絡藍牙協議

一、前言

在現代企業的辦公局域網絡中．個人電腦要登錄單位內部的局域網以及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。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。藍牙技術發展的初衷是為了用一種統一的無線通信技術來取代各種數字化設備之間相互連接的電纜。利用藍牙技術組建企業內部通信網．構建Internet網絡平臺．不僅可以改善人們的辦公環境，而且可以提高企業的現代化管理水平．加快現代企業的辦公自動化進程。

二、藍牙技術

藍牙（Bluetooth）技術是由愛立信、諾基亞、Intel、IBM和東芝5家公司于1998年5月共同提出開發的。藍牙技術的本質是設備間的無線聯接，主要用于通信與信息設備。近年來，在電聲行業中也開始使用。依據發射輸出電平可以有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，可進行多臺設備間的互聯。但對于某些產品，設備間的聯接距離甚至遠隔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個人數字助理，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據進行轉換，以便在PC個人電腦上聆聽。東芝公司已開發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，用戶就成功實現了與因特網的無線聯網。

藍牙技術的特點包括：1、采用跳頻技術，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，其基帶協議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發送一個同步分組，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個異步數據通道或3個并發的同步話音通道，或1個同時傳送異步數據和同步話音的通道。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57.6kb/s的非對稱連接，或者是432.6kb/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無線通信。較紅外線傳輸“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的進度”、“沒有成為被廣泛接受的工業標準、設備種類不多”等致命的缺陷，藍牙的優勢顯示出了勃勃生機。全世界已有2161家公司參加了SIG(SpecialInterestGroup)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、醫藥器械、計時裝置等諸多領域的設備制造公司。

三、藍牙體系結構

藍牙體系結構包括3部分，各部分的構成見圖1。下面就硬件、軟件、路由機制3方面作簡略說明。

1、硬件部分

1.1射頻模塊

將基帶模塊的數據包通過無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發送出去，實現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，為數據分組提供對稱連接(SCO）和非對稱連接（ASL)，并完成數據包的定義、前向糾錯、循環冗余校驗、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，也適合一般的數據傳送。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、藍牙協議（軟件）

2.1鏈路管理協議（LMP）

通過對鏈接的發送、交換、實施身份鑒權和加密，并通過協商確定基帶數據分組的大小，控制射頻部分的電源模式、工作周期及網絡內藍牙設備的連接狀態。

2.2邏輯鏈路控制與應用協議（L2CAP）

L2CAP與LMP平行工作，共同實現OSI的數據鏈路層的功能。它可提供對稱連接和非對稱連接的數據服務。

2.3串行電纜仿真協議（RFCOMM）

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

2.4服務發現協議（SDP）

按照用戶需要，發現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，利用鏈路管理所提供的進程在物理層建立連接。一旦建立了服務發現協議，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代企業無線辦公網絡，實現的基本功能包括：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辦公網絡內部的各個匹克網之間的互連。

根據企業的實際需要，企業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：

①實現藍牙協議與TCP/IP協議的轉換，完成辦公網絡內部藍牙移動終端的無線上網功能。

②在安全的基礎上實現藍牙地址與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。

③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。

④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，藍牙網關在數據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。各個功能模塊關系如圖2所示。

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議與TCP/IP協議的轉換，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、藍牙技術的發展前景

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。2002年下半年起，藍牙產品的生產量將明顯增加，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行列，有的已推出成品。如LG公司的LG-P610B，一種用于PCS個人通信服務的蜂窩式電話。由于在PC個人電腦開發制造上的成功與經驗，臺灣制造業界期望2005年藍牙工業在臺灣能占臺灣無線通信工業的15％，產值達到6.5億美元。2002年夏季開始，臺灣的一些制造廠商已開始在天線、濾波器、模塊、筆記本電腦、PDA、鍵盤和鼠標器等信息設備中采用藍牙技術，并將推出用于dongle（一種保護軟件被拷貝的設備）、PCMCIA卡和LAN局域網間聯絡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。

藍牙的發展軌跡符合當今新技術發展的理想模式即競爭前合作。據ABI(AlliedBusinessIntelligence）的一項調查顯示，盡管最近藍牙市場有點遲滯，但其發展沒有減緩的趨勢。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，藍牙收發器（即藍牙卡）已經越來越多地嵌人到從PC機到工業設備的各種設備中，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，其主要表現在以下幾個方面：(l）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）藍牙協議的實現與標準不一致,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）軟件開發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。

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，預計這種統一數據傳送方式會被廣泛應用，到那時，全球將有數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。

五、具體組網方案

根據前述藍牙路由機制，圖3給出了一種無線辦公網絡具體應用的原理圖。藍牙網關通過RJ45插頭與局域網接入接口相連；圖中的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，主要部件功能如下：

1、藍牙網關（金歐公司LLTR-1S）

*采用時分多址技術，支持異步數據，支持點對點、點對多點的藍牙數據通信；

*具有同時與有線網絡和藍牙設備通信的接口及能力；

*在安全的基礎上實現藍牙地址與IP地址間的地址解釋；

*實現IP網際協議以及TCP傳輸控制協議，從而能夠完成藍牙協議與TCP/IP的協議轉換；

*在底層協議棧的基礎上，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。

2、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。

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

采用藍牙技術組建辦公網，不僅在辦公條件不完善時能發揮作用，而且在臨時增刪辦公點和移動性辦公業務方面也有著獨特的優勢。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，隨著藍牙技術的發展，組建辦公室無線近距離網會越來越經濟實用。

本文提出了一種藍牙無線辦公網絡解決方案，利用該解決方案可以實現現代企業的無線辦公，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境，提高了現代企業的辦公自動化程度，同時在企業管理、生產經營等各個環節都能為決策者帶來極大方便，使調度決策更加準確、規范、及時。