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當(dāng)今信息化的一個重要方面就是因特網(wǎng)(Internet)和移動通信(mobilecommunication)的迅猛發(fā)展。它使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發(fā)生了巨大的變化，同時也刺激人們對電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求日益增長。智能家庭網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展給信息社會注入了新的生機和活力，而藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)的日趨成熟無疑給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。

一、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的前景

家庭網(wǎng)絡(luò)是指在家庭和社會的信息網(wǎng)絡(luò)相連之前，將家庭內(nèi)部所有的信息設(shè)備連接起來而形成的網(wǎng)絡(luò)。顯然，連接家庭網(wǎng)絡(luò)最理想的技術(shù)是無線通信技術(shù)，它用微波取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯綜復(fù)雜的電纜。目前，關(guān)于該技術(shù)有不少產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)，如Butterfly,Diamond,Proxim,Shavewave等公司的產(chǎn)品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF兩種技術(shù)。Bluetooth的優(yōu)勢在于全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，具有互操作性，以及能非常方便地實現(xiàn)快速、靈活、安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通信，因此Bluetooth技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的發(fā)展?jié)摿薮?。系統(tǒng)設(shè)計藍(lán)牙的載波選用在全球公用的2.4GHz工科醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，并采用跳頻擴譜技術(shù)（FHSS）。跳頻速率為1600次/s，以2.45GHz為中心頻率最多可得到79個1MHz帶寬的信道。藍(lán)牙設(shè)備采用的是GFSK調(diào)制技術(shù)，其傳輸速率為1Mb/s，實際有效速率最高可達(dá)721Kb/s，傳輸距離為10m。語音傳輸采用連續(xù)可變斜率調(diào)制編碼（CVSD）技術(shù)，通信協(xié)議則采用時分多址（TDMA）協(xié)議。遵循Bluetooth協(xié)議的各類數(shù)據(jù)和語音設(shè)備都能夠以無線方式接入到公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中（如Internet,Intranet）序的干擾。

二、藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。其程序?qū)懺谝粋€9x9mm的微芯片中。例如，如果把藍(lán)牙技術(shù)引入到移動電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。打印機、PDA、桌上型電腦、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。除此之外，藍(lán)牙無線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(shè)備群。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。時分雙工傳輸方案被用來實現(xiàn)全雙工傳輸。ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可能是干擾。為此，藍(lán)牙特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道（hopchannel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做"偽隨機碼"，就是"假"的隨機碼）不斷地從一個信道"跳"到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術(shù)使這個窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。FEC（ForwardErrorCorrection，前向糾錯）的使用抑制了長距離鏈路的隨機噪音。應(yīng)用了二進制調(diào)頻（FM）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落。藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的結(jié)合。在被保留的時隙中可以傳輸同步數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包以不同的頻率發(fā)送。一個數(shù)據(jù)包名義上占用一個時隙，但實際上可以被擴展到占用5個時隙。藍(lán)牙可以支持異步數(shù)據(jù)信道、多達(dá)3個的同時進行的同步話音信道，還可以用一個信道同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。每個話音信道支持64kb/s同步話音鏈路。異步信道可以支持一端最大速率為721kb/s而另一端速率為57.6kb/s的不對稱連接，也可以支持43.2kb/s的對稱連接。

三、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成

家庭網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模式，其特征是：終端類型千差萬別，完成功能各不相同，接入方式多樣。更重要的是家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，對于設(shè)備的加入和移走，系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動地完成檢測并自動重設(shè)系統(tǒng)。另外，家庭中設(shè)備擺放的位置可能會發(fā)生變化，這對于需要綜合布線的系統(tǒng)來說將會遇到很大的困難，但如果有藍(lán)牙技術(shù)支持，在通信有效范圍內(nèi)的位置移動就不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，是整個家居設(shè)備控制和家庭信息控制的核心。智能家居中的家庭網(wǎng)關(guān)是基于藍(lán)牙模塊設(shè)計。采用了藍(lán)牙主機—主機控制器模式。因此，該家庭網(wǎng)關(guān)的硬件組成包括：藍(lán)牙通信模塊、振鈴檢測電路、自動摘掛機電路、鍵盤、顯示接口電路、外部存儲器模塊等。家庭網(wǎng)關(guān)總體組成如圖所示。

四、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)硬件要求

以雙機組建無線局域網(wǎng)為例，只需要兩臺PC（廢話，只有一臺PC神仙也建不成局域網(wǎng)），和兩只藍(lán)牙收發(fā)器（dongle）即可。藍(lán)牙dongle的安裝，在前面seabreeze的文章里已經(jīng)詳細(xì)寫過了，這里不再贅述。只是再說一下PC的藍(lán)牙收發(fā)器的種類。從形態(tài)上分，市場上的藍(lán)牙接口有兩種，一種是USB接口的，像個U盤一樣的dongle。多數(shù)都是這樣的。還有一種是接主板USB插針的主板擴展模塊。這個比上面那個便宜許多，但最大的缺點是不能隨身攜帶。家庭使用，如果想節(jié)約投入，可兩者兼顧。從功率上分（其實是傳輸距離），Dongle目前主要有兩類，Class1和Class2。Class1是100米的（直線距離300米），Class2是10米的（直線距離30米）。但，如果中間隔著墻，這個距離會大幅度下降。我用一個10米一個100米的試過，總距離是13米。中間穿三堵墻基本上就信號非常弱了。用兩個100米的，穿三堵墻則沒問題。兩堵墻都沒問題。

五、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)原理

藍(lán)牙技術(shù)支持點對點和點對多點連接。幾個piconet可以被連接在一起，靠跳頻順序識別每個piconet。同一piconet所有用戶都與這個跳頻順序同步。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被描述為"多piconet"結(jié)構(gòu)。在一個"多piconet"結(jié)構(gòu)中，在帶有10個全負(fù)載的獨立的piconet的情況下，全雙工數(shù)據(jù)速率超過6Mb/s。

話音話音信道采用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（CVSD）話音編碼方案，并且從不重發(fā)話音數(shù)據(jù)包。CVSD編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使比特錯誤率達(dá)到4%，CVSD編碼的語音還是可聽的。無線藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為0dBm的基礎(chǔ)上的?？罩薪涌谧裱璅CC(美國聯(lián)邦通信委員會）有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。如果全球電平達(dá)到100mW以上，可以使用擴展頻譜功能來增加一些補充業(yè)務(wù)。頻譜擴展功能是通過起始頻率為2.402，終止頻率為2.480，間隔為1MHz的79個跳頻頻點來實現(xiàn)的。出于某些本地規(guī)定的考慮，日本、法國和西班牙都縮減了帶寬。最大的跳頻速率為1660跳/秒。理想的連接范圍為10厘米--10米，但是通過增大發(fā)送電平可以將距離延長至100米。基帶部分描述了硬件--基帶鏈路控制器的數(shù)字信號處理規(guī)范?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。建立網(wǎng)絡(luò)連接在piconet內(nèi)的連接被建立之前，所有的設(shè)備都處于standby（待令）狀態(tài)。在這種模式下，未連接單元每隔1.28秒周期性地"監(jiān)聽"信息。每當(dāng)一個設(shè)備被激活，它就監(jiān)聽規(guī)劃給該單元的32個跳頻頻點。跳頻頻點的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異，32這個數(shù)字只適用于除日本、法國和西班牙之外的大多數(shù)國家。作為master的設(shè)備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（page）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個后接page消息的inquiry（查詢）消息建立連接。在最初的尋呼狀態(tài)，master單元將在分配給被尋呼單元的16個跳頻頻點上發(fā)送一串16個相同的page消息。如果沒有應(yīng)答，master則按照激活次序在剩余16個頻點上繼續(xù)尋呼。Slave收到從master發(fā)來的消息的最大延遲時間為激活周期的2倍（2.56秒），平均延遲時間是激活周期的一半（0.6秒）。Inquiry消息主要用來尋找藍(lán)牙設(shè)備，如共享打印機、傳真機和其它一些地址未知的類似設(shè)備。Inquiry消息和page消息很相象，但是inquiry消息需要一個額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應(yīng)。

如果piconet中已經(jīng)處于連接的設(shè)備在較長一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)牙還支持節(jié)能工作模式。master可以把slave置為hold(保持)模式，在這種模式下，只有一個內(nèi)部計數(shù)器在工作。slave也可以主動要求被置為hold模式。一旦處于hold模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開始。Hold模式一般被用于連接好幾個piconet的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。除hold模式外，藍(lán)牙還支持另外兩種節(jié)能工作模式：sniff(呼吸)模式和park(暫停)模式。在sniff模式下，slave降低了從piconet"收聽"消息的速率，"呼吸"間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)調(diào)整。在park模式下，設(shè)備依然與piconet同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在park模式下的設(shè)備放棄了MAC地址，偶爾收聽master的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排一下隊，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。

六、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)家庭中的應(yīng)用

在數(shù)字家庭系統(tǒng)中，除了網(wǎng)絡(luò)視頻、新潮電子和視聽享受之外，家庭自動化與安防設(shè)備也扮演著重要的角色。所謂家庭自動化，是指利用電子技術(shù)來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)(例如照明燈、咖啡爐、電腦設(shè)備、保安系統(tǒng)、暖氣及冷氣系統(tǒng)、視訊及音響系統(tǒng)等)。其功能實現(xiàn)主要通過一個中央管理平臺接收來自傳感器(能夠感應(yīng)外界環(huán)境的變化，如日升日落所造成的光線變化等)的信息，再以既定的程序控制其它電子電器產(chǎn)品。除了能夠通過各種界面(鍵盤、觸摸屏、按鈕、電腦、電話、遙控器等)來控制家中的電器產(chǎn)品外，房屋主人還可發(fā)送控制信號給中央處理設(shè)備并同時接受來自中央處理設(shè)備的信息。

家庭安防設(shè)備已經(jīng)搭上了數(shù)字化的列車。現(xiàn)代傳感技術(shù)、數(shù)字信息處理技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是其中的推動因素。而最新的安防設(shè)備也已經(jīng)演進為能夠?qū)崿F(xiàn)各種安防信息的采集、處理、傳輸以及顯示的高集成系統(tǒng)。一個完整的安防系統(tǒng)主要包含門禁、報警和監(jiān)控三大部分，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是其中的主要設(shè)備。全球加大打擊恐怖組織活動、煤礦瓦斯爆炸和其他突發(fā)公共安全事故的抬頭都對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備提出了越來越高的要求。此外，客戶服務(wù)現(xiàn)場、客戶行為分析等應(yīng)用也在推動網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展。在這些需求的推動下，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備也經(jīng)歷了全模擬、部分?jǐn)?shù)字化兩個發(fā)展階段，正在大踏步邁入全面數(shù)字化的發(fā)展新階段。

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