蓝牙技术在家庭网络中的应用

1综合毕业实践任务书2006-2007学年信息与通信工程系通信工程专业综合毕业实践题目：蓝牙技术在家庭网络中的应用学生姓名：班级：学号：起迄日期：年11月---2007年5月实践地点：指导教师：顾问教师：教研室主任：系主任：发任务书日期：2006年11月1日摘要2蓝牙技术是一种短距离的无线连接技术，是未来家庭网络系统的重要组成部分。在分析蓝牙技术的基础上，探讨蓝牙技术在家庭网络系统中的应用。蓝牙技术应用在家庭网络中，具有高可靠性、低复杂度、低功耗、低成本的优点，但仍然有一些问题需要解决，如相邻设备之间为防止信息误传和被截取，必须要用户提前设置对应频段；蓝牙芯片的价格较高；蓝牙模块较难生产等。但相信，随着蓝牙网络家电产品和网络设备的出现，家庭网络能化的进一步普及，这些问题将逐渐被解决，而蓝牙家庭网络系统也将给未来的家庭生活带来巨大的革命。关键词：蓝牙技术家庭网络跳频技术微微网Theabstractbluetoothtechnologywillbeonekindofshortdistancewirelessconnectiontechnology,theintelligencelivesathomethesystemistheentirefutureintelligenceplotsystemimportantconstituent.Inanalyzesthebluetoothtechnologyinthefoundation,discussesthebluetoothtechnologytoliveathomeinthesystemapplicationintheintelligence.Thebluetoothtechnologyapplicationlivesathomeintheintelligence,hasredundantreliable,thelowcomplexity,thelowpowerloss,thelowcostmerit,butstillhadsomequestionstoneedtosolve,ifbetweentheneighboringequipmentforpreventedtheinformationfalsereportandisintercepted,hadtowanttheusertoestablishthecorrespondingfrequencybandaheadoftime;Thebluetoothchippriceishigh;Thebluetoothmoduleisdifficulttoproduceandsoon.Butbelievedthat,alongwiththebluetoothnetworkelectricalappliancesproductandthenetworkequipmentappearance,livesathometheintellectualizedfurtherpopularization,thesequestionsgraduallyaresolved,butthebluetoothintelligencewillliveathomethesystemalsotogivethefuturethefamilylifetobringthehugerevolution.Keyword:ThebluetoothtechnologyPiconetintelligencelivesathomethesystem目录3前言…………………………………………………………………1.1蓝牙技术简介1.2蓝牙中的关键技术1.2.1跳频技术1.2.2纠错技术1.3逻辑信道1.3.1蓝牙编址1.3.2蓝牙数据包1.4微微网1.5安全措施1.6蓝牙技术的特点第二章蓝牙技术在家庭网络中的应用2.1系统组成结构2.2软件设计2.3蓝牙技术的具体应用2.4蓝牙技术发展中存在问题第三章智能化家庭网络的发展现状小结…………………………………………………………………16致谢…………………………………………………………………17参考文献……………………………………………………………18前言4数字化和网络化在飞速的发展，伴随着这股热潮，智能化也在不断的涌入世界的每一个角落，已经在历史的齿轮上势不可挡的发展，其踪迹遍及各种行业，各种领域，随之应运而生的智能化的家庭网络也在掀起一股热潮！这不仅是科技发展的必然结果，也是人们生产生活的需要。但是现代家庭中，各种弱电线缆很多，如宽带网络线路\有线电视线路/电话线/防盗线路等等，在生活造成线路多而密的烦恼，因此，我们需要有一种可以减少或者消除这种烦恼的方法。蓝牙技术的出现，解决了传统家庭布线方式的不规范和维护等问题，使智能化的家庭网络成为可能。目前，无线网络技术主要可分为IrDA红外线技术、IEEE802.11b协议技术、HomeRF协议和蓝牙技术．红外IrDA技术虽然实现成本很低，但必须直线视距连接，限制太大，并不适合我们通常意义上的家庭网络；802.11b的传输速率高、连接设备多，但其射频和基带协议更复杂，实现成本高，难以进入平民家庭，其功耗大、抗干扰性和安全性也不及蓝牙。HomeRF抗干扰性和安全性也不及蓝牙且其无法用芯片或模块实现，成本比蓝牙高．蓝牙技术属于IEEE802.15协议，作为一种低功耗、低数据速率、低成本的技术，非常适合于家庭自动化、安全保障系统及进行低数据率传输的低成本设备之间，蓝牙技术是很符合信息家电发展的优选技术，很适合家居智能化的要求，必将在未来的智能家居中获得广泛应用。第一章蓝牙技术的发展51.1蓝牙简介蓝牙技术是Ericsson移动通信公司在1994年开始启动的，其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s（有效传输速率为721kb/s）、最大传输距离为10m的无线通信。“蓝牙（Bluetooth）是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式、安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此，特别选用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM频段。从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能使用距30m以内的设备互相连接，但实际上很难达到。现阶段，蓝牙的发射范围可达10m，可以同时实现8台设备的相互联通。当检测到距离小于10m时，接收设备可动态地调节功能；当业务量减小或停止时，蓝牙设备即可进入低功耗工作模式。1.2蓝牙中的关键技术1.2.1跳频技术蓝牙工作的频段是全球通用的2.4GHzISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此，蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，例如手机、无绳电话、微波炉等。这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平，为此，采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道（HopChannel）。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接收方也是按照相同的跳转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么，否则，从理论上计野外法完整获得信息的，而干扰源也是不可能按同样的规律进行干扰的。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带，使被干扰的可能性变得很小，由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。1.2.2纠错技术在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1/3比例前向纠错码（1/3FEC）、2/3比例前向纠错码（2/3FEC）和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码，实现时对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码是一种（15，10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。使用ARQ方式，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认（或超时）信息。只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端反回确认信息；否则，返回一个错误信息。1.3逻辑信道蓝牙有五种逻辑信道，他们可以用来传输不同类型的信息。LC（控制信道）和LM（链路管理）信道用于链路层，而UA、UI和US信道则用于携带异步、类异步和同步用户信息。1.3.1蓝牙编址蓝牙有4种基本类型的设备地址：6BD_ADDR48位长的蓝牙设备地址（IEEE802标准）。该地址划分为LAP（24位地址低端部分）、UAP（8位地址高端部分）和NAP（16位无意义地址部分）。AM_ADDR3位长的活动成员地址。所有的0信息AM_ADDR都用于广播消息。PM_ADDR8位长的成员地址，分配给处于暂停状态的从单元使用。AR_ADDR访问请求地址（accessrequestaddress）被暂停状态的从单元用来确定访问窗口内从单元—主单元半时隙，通过它发送访问消息。24816LAPUAPNAP1.3.2蓝牙数据包微微网信道内的数据都是通过数据包传输的。通常的数据包格式如下所示标准的蓝牙数据包ACCESSCODE[72]HEADER[54]PAYLOAD[0-2745]*单位：位访问码（Accesscode）用于时序同步、偏移补偿、寻呼和查询。访问码分为三类：信道访问码CAC（ChannelAccessCode）、设备访问码DAC（DeviceAccessCode）和查询访问码IAC（InquiryAccessCode）。信道访问码标识微微网（对微微网唯一），而DAC则用于寻呼及其响应。IAC用于查询。数据包报头包含了数据包确认、乱序数据包重排的数据包编号、流控、从单元地址和报头错误检查等信息。数据包的数据部分（payload）可以包含语音字段、数据字段或者两者皆有。数据包可以占据一个以上的时隙（多时隙数据包），而且可以在下一个时隙中持续传输。数据部分还可以携带一个16位长的CRC码用于数据错误检测和错误纠正。SCO数据包则不包括CRC。有5种普通类型数据包、4种SCO数据包和7种ACL数据包。其简要说明请见下表。蓝牙数据包类型类型名称说明CommonID携带设备访问码（DAC）或者查询访问码（IAC）。占据一个时隙。CommonNULLNULL数据包没有数据，用于获得链路信息和流控。占据一个时隙，无确认。CommonPOLL无数据和确认。主单元用它检查从单元是否启动。占据一个时隙。CommonFHS表明蓝牙设备地址和发送方时钟的特殊控制数据包。用于寻呼主单元响应、查询响应和跳频同步。占据一个时隙。2/3FEC编码。CommonDM1支持任何链路中的控制消息。还可以携带规则用户数据，占据一个时隙。SCOHV1携带10个信息字节。通常用作语音传输。1/3FEC编码。占据一个时隙。7SCOHV2携带20个消息字节。通常用作语音传输。2/3FEC编码。占据一个时隙。SCOHV3携带30个信息字节。通常用作语音传输。无FEC编码。占据一个时隙。SCODV数据-语音组合数据包。语音字段没有FEC保护。数据字段采用2.3FEC编码。语音字段从不重传，数据字段可以重传。ACLDM1携带18个消息字节。2/3FEC编码。占据一个时隙。ACLDH1携带28个信息字节。无FEC编码。占据一个时隙。ACLDM3携带123个信息字节。2/3FEC编码。占据3个时隙。ACLDH3携带185个信息字节。无FEC编码。占据3个时隙。ACLDM5携带226个信息字节。2/3FEC编码。占据5个时隙。ACLDH5携带341个信息字节。无FEC编码。占据5个时隙。ACLAUX1携带30个信息字节。类似DH1但没有CRC代码。占据1个时隙。1.4微微网蓝牙支持点对点和点对多点的通信，其最基本的网络组成是微微网。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，由一个主设备（Master