應(yīng)用藍牙技術(shù)組建無線局域網(wǎng)

作者Email: zhh@httc.com.cn

隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，采用藍牙技術(shù)組建無線局域網(wǎng)，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(wù)方面也有著獨特的優(yōu)勢。文中對藍牙技術(shù)做了介紹，并就組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)做了說明，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(xiàn)代企業(yè)的辦公局域網(wǎng)絡(luò)中．個人電腦要登錄單位內(nèi)部的局域網(wǎng)以及Internet ，訪問網(wǎng)上資源，個人電腦之間要進行文件、資料和設(shè)備的共享。這樣一來PC 機與各種外設(shè)之間，PC 機與各種共享設(shè)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，給移動辦公及調(diào)度管理帶來了極大的不便。藍牙技術(shù)發(fā)展的初衷是為了用一種統(tǒng)一的無線通信技術(shù)來取代各種數(shù)字化設(shè)備之間相互連接的電纜。利用藍牙技術(shù)組建企業(yè)內(nèi)部通信網(wǎng)．構(gòu)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(xiàn)代化管理水平．加快現(xiàn)代企業(yè)的辦公自動化進程。

二、藍牙技術(shù)

藍牙（Bluetooth）技術(shù)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(fā)的。藍牙技術(shù)的本質(zhì)是設(shè)備間的無線聯(lián)接，主要用于通信與信息設(shè)備。近年來，在電聲行業(yè)中也開始使用。依據(jù)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(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進行多臺設(shè)備間的互聯(lián)。但對于某些產(chǎn)品，設(shè)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 個人數(shù)字助理，用戶可很方便地進人因特網(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，也可以將其中的聲音信息數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)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(wǎng)的無線聯(lián)網(wǎng)。

藍牙技術(shù)的特點包括：1、采用跳頻技術(shù)，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(diào)制方式，降低設(shè)備的復雜性。

該技術(shù)的傳輸速率設(shè)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(shù)也可擴展到5個時隙。同時，藍牙技術(shù)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(yīng)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(shù)已被普遍應(yīng)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。較紅外線傳輸“必須保證傳輸信息的兩個設(shè)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(shè)備種類不多”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個人電腦、移動電話、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備、外圍輔助設(shè)備和A/ V設(shè)備、通訊設(shè)備和汽車電子、自動售貨機、醫(yī)藥器械、計時裝置等諸多領(lǐng)域的設(shè)備制造公司。

三、藍牙體系結(jié)構(gòu)

藍牙體系結(jié)構(gòu)包括3部分，各部分的構(gòu)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(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(shè)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(quán)、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(quán)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(wǎng)絡(luò)內(nèi)藍牙設(shè)備的連接狀態(tài)。

2.2邏輯鏈路控制與應(yīng)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(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，實現(xiàn)設(shè)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(diào)制解調(diào)器，再傳送到局域網(wǎng)，建立連接后，應(yīng)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(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）

按照用戶需要，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)服務(wù)及有關(guān)設(shè)備，并給出服務(wù)與設(shè)備列表。工作過程如下：主設(shè)備廣播1條信息，從設(shè)備做出相應(yīng)的反應(yīng)，將收集到的地址存于主設(shè)備的內(nèi)存中，然后主設(shè)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(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，在主從設(shè)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(wǎng)絡(luò)的路由機制

利用藍牙技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代企業(yè)無線辦公網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)的基本功能包括：1、文件、檔案、報表、設(shè)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(shè)或智能設(shè)備的互聯(lián)和共享等；2、利用藍牙設(shè)備無線訪問單位內(nèi)部局域網(wǎng)以及Internet；3、通過一定的路由機制實現(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個匹克網(wǎng)之間的互連。

根據(jù)企業(yè)的實際需要，企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)由多個匹克網(wǎng)（piconet）構(gòu)成，而不同匹克網(wǎng)之間的通信應(yīng)該只在辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進行路由，而不應(yīng)通過局域網(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(nèi)部的藍牙移動終端通過無線方式訪問局域網(wǎng)以及Internet；跟蹤、定位辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有藍牙設(shè)備，在兩個屬于不同匹克網(wǎng)的藍牙設(shè)備之間建立路由連接，并在設(shè)備之間交換路由信息。

主要功能包括：

① 實現(xiàn)藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部藍牙移動終端的無線上網(wǎng)功能。
② 在安全的基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍牙移動終端進行跟蹤、定位，使得辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍牙移動終端可以通過正確的路由，訪問局域網(wǎng)或者另一個匹克網(wǎng)中的藍牙移動終端。
④ 在兩個屬于不同匹克網(wǎng)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(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)包路由過程中充當中繼作用，相當于藍牙網(wǎng)橋。

3.2藍牙移動終端（MT)

藍牙移動終端是普通的藍牙設(shè)備，能夠與藍牙網(wǎng)關(guān)以及其他藍牙設(shè)備進行通信，從而實現(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動終端的無線上網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部文件、資源的共享。各個功能模塊關(guān)系如圖2 所示。

如果目的端位于單位內(nèi)部的局域網(wǎng)或者Internet，則需要通過藍牙網(wǎng)關(guān)進行藍牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，如果該MT沒有IP地址，則由藍牙網(wǎng)關(guān)來提供，其通信方式為MT-BG CMT。如果目的端位于辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的另一個匹克網(wǎng)，則通過藍牙網(wǎng)關(guān)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(shù)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。

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(yīng)用，目前許多藍牙設(shè)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(chǎn)品的生產(chǎn)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(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)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(wù)的蜂窩式電話。由于在PC個人電腦開發(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)在臺灣能占臺灣無線通信工業(yè)的15％，產(chǎn)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(shè)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(shè)備）、PCMCIA卡和LAN 局域網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)的藍牙通信中轉(zhuǎn)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(jù)ABI ( Allied Business Intelligence）的一項調(diào)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(shè)備增加無線連接，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，藍牙收發(fā)器（即藍牙卡）已經(jīng)越來越多地嵌人到從PC機到工業(yè)設(shè)備的各種設(shè)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： ( 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(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(yīng)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(shè)備投放市場的速度，但隨著SIG 新標準的制定，預(yù)計這種統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳送方式會被廣泛應(yīng)用，到那時，全球?qū)⒂袛?shù)以億計的計算機和通信設(shè)備使用藍牙技術(shù)，它將帶來一個無線通信的新時代。

五、具體組網(wǎng)方案

根據(jù)前述藍牙路由機制，圖3 給出了一種無線辦公網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用的原理圖。藍牙網(wǎng)關(guān)通過RJ45 插頭與局域網(wǎng)接入接口相連；圖中的個人電腦及各種設(shè)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不能大于100m，且一個藍牙網(wǎng)關(guān)最多可連接7個帶通用外界模塊的設(shè)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）
* 采用時分多址技術(shù)，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；
* 具有同時與有線網(wǎng)絡(luò)和藍牙設(shè)備通信的接口及能力；
* 在安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)藍牙地址與IP 地址間的地址解釋；
* 實現(xiàn)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(zhuǎn)換；
* 在底層協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，通過實行特定的藍牙路由機制解決匹克網(wǎng)間的路由問題，以最終解決藍牙不同匹克網(wǎng)間不同單元的通信問題。

2、網(wǎng)絡(luò)適配器（BlueBerry 藍牙USB）

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

3、為了使得辦公室內(nèi)部的打印機、投影儀、掃描儀等辦公設(shè)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(jié)束語

采用藍牙技術(shù)組建辦公網(wǎng)，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(wù)方面也有著獨特的優(yōu)勢。目前，藍牙技術(shù)應(yīng)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(wǎng)應(yīng)用時更為突出。不過，隨著藍牙技術(shù)的發(fā)展，組建辦公室無線近距離網(wǎng)會越來越經(jīng)濟實用。
本文提出了一種藍牙無線辦公網(wǎng)絡(luò)解決方案，利用該解決方案可以實現(xiàn)現(xiàn)代企業(yè)的無線辦公，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)備可以通過無線方式登錄單位內(nèi)部的局域網(wǎng)或者Internet ，各個設(shè)備也可以通過無線方式進行文件、資源的共享，省去了設(shè)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(chǎn)經(jīng)營等各個環(huán)節(jié)都能為決策者帶來極大方便，使調(diào)度決策更加準確、規(guī)范、及時。