应用蓝牙技术组建无线局域网

作者Email: zhh@httc.com.cn 随着计算机、网络通信技术的发展，采用蓝牙技术组建无线局域网，不仅在办公条件不完善时能发挥作用，而且在临时增删办公点和移动性办公业务方面也有着独特的优势。文中对蓝牙技术做了介绍，并就组网体系结构做了说明，对蓝牙技术的发展趋势做了展望。 关键词 蓝牙技术 办公网络 蓝牙协议 一、 前言 在现代企业的办公局域网络中．个人电脑要登录单位内部的局域网以及Internet ，访问网上资源，个人电脑之间要进行文件、资料和设备的共享。这样一来PC 机与各种外设之间，PC 机与各种共享设备之间．以及PC 机与局域网插口之间，就存在许许多多的连线，给移动办公及调度管理带来了极大的不便。蓝牙技术发展的初衷是为了用一种统一的无线通信技术来取代各种数字化设备之间相互连接的电缆。利用蓝牙技术组建企业内部通信网．构建Internet 网络平台．不仅可以改善人们的办公环境，而且可以提高企业的现代化管理水平．加快现代企业的办公自动化进程。 二、 蓝牙技术 蓝牙（Bluetooth）技术是由爱立信、诺基亚、Intel、IBM 和东芝5家公司于1998年5月共同提出开发的。蓝牙技术的本质是设备间的无线联接，主要用于通信与信息设备。近年来，在电声行业中也开始使用。依据发射输出电平可以有3 种距离等级，Class1 为100m 左右、Class2 约为10m 、Class3 约为2-3m。一般情况下，其正常的工作范围是10m 半径之内。在此范围内，可进行多台设备间的互联。但对于某些产品，设备间的联接距离甚至远隔100m 也照样能建立蓝牙通信与信息传递。 借助采用了蓝牙技术的PDA 个人数字助理，用户可很方便地进人因特网。有了蓝牙技术，存储于手机中的信息可以在电视机上显示出来，也可以将其中的声音信息数据进行转换，以便在PC 个人电脑上聆听。东芝公司已开发上市了一种蓝牙无线Modem 和PC 卡，将2 张卡中的一张插人Modem 的主机上，另一张插人PC 个人电脑。这样，用户就成功实现了与因特网的无线联网。 蓝牙技术的特点包括：1、采用跳频技术，数据包短，抗信号衰减能力强；2、采用快速跳频和前向纠错方案以保证链路稳定，减少同频干扰和远距离传输时的随机噪声影响；3、使用2.4GHzISM频段，无须申请许可证；4、可同时支持数据、音频、视频信号；5、采用FM调制方式，降低设备的复杂性。 该技术的传输速率设计为1MHz，以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。一个跳频频率发送一个同步分组，每个分组占用一个时隙，使用扩频技术也可扩展到5个时隙。同时，蓝牙技术支持1个异步数据通道或3个并发的同步话音通道，或1个同时传送异步数据和同步话音的通道。每一个话音通道支持64kb/s的同步话音；异步通道支持最大速率为721kb/s，反向应答速率为57. 6 kb/s的非对称连接，或者是432. 6 kb/s的对称连接。 目前，蓝牙技术已被普遍应用在笔记本电脑上，以帮助两台（或多台）笔记本电脑之间实现无线通信。较红外线传输“必须保证传输信息的两个设备正对，且中间不能有障碍物”、“几乎无法控制信息传输的进度”、“没有成为被广泛接受的工业标准、设备种类不多”等致命的缺陷，蓝牙的优势显示出了勃勃生机。全世界已有2161 家公司参加了SIG (Special Interest Group)组织，并正在共同制定蓝牙技术标准。SIG的核心公司除上述最初提出开发蓝牙技术的5家公司外，还有3com、Lucent技术、微软和摩托罗拉4 家。SIG 成员公司包括：PC个人电脑、移动电话、网络相关设备、外围辅助设备和A/ V设备、通讯设备和汽车电子、自动售货机、医药器械、计时装置等诸多领域的设备制造公司。 三、 蓝牙体系结构 蓝牙体系结构包括3部分，各部分的构成见图1。下面就硬件、软件、路由机制3方面作简略说明。 1、硬件部分 1.1射频模块 将基带模块的数据包通过无线电信号以一定的功率和跳频频率发送出去，实现蓝牙设备的无线连接。 1.2基带模块 采用查询和寻呼方式，使跳频时钟及跳频频率同步，为数据分组提供对称连接(SCO）和非对称连接（ASL)，并完成数据包的定义、前向纠错、循环冗余校验、逻辑通道选择、信号噪化、鉴权、加密、编码和解码等功能。它采用混合电路交换和分组交换方式，既适合语音传送，也适合一般的数据传送。每一个语音通道支持64kb/s同步语音，异步通道支持最大速率723.2kb/s（反向57.6kb/s）的非对称连接或433.9kb/s的对称连接。 2、蓝牙协议（软件） 2.1链路管理协议（LMP ） 通过对链接的发送、交换、实施身份鉴权和加密，并通过协商确定基带数据分组的大小，控制射频部分的电源模式、工作周期及网络内蓝牙设备的连接状态。 2.2逻辑链路控制与应用协议（L2CAP ） L2CAP与LMP平行工作，共同实现OSI的数据链路层的功能。它可提供对称连接和非对称连接的数据服务。 2.3串行电缆仿真协议（RFCOMM） 在蓝牙的基带上仿真RS-232的功能，实现设备串行通信。例如，在拨号网络中，主机将AT命令发送到调制解调器，再传送到局域网，建立连接后，应用程序就可以通过RFCOMM 提供的串口发送和接收数据。 2.4服务发现协议（SDP） 按照用户需要，发现相应服务及有关设备，并给出服务与设备列表。工作过程如下：主设备广播1条信息，从设备做出相应的反应，将收集到的地址存于主设备的内存中，然后主设备从中选择1个地址，利用链路管理代理所提供的进程在物理层建立连接。一旦建立了服务发现协议，在主从设备之间的物理层连接上就建立了一条LZCAP点对点通信层。 3、无线办公网络的路由机制 利用蓝牙技术构建现代企业无线办公网络，实现的基本功能包括：1、文件、档案、报表、设备资源的共享和互连，比如PC机之间的互连，PC 机与各种外设或智能设备的互联和共享等；2、利用蓝牙设备无线访问单位内部局域网以及Internet；3、通过一定的路由机制实现办公网络内部的各个匹克网之间的互连。 根据企业的实际需要，企业无线网络由多个匹克网（piconet）构成，而不同匹克网之间的通信应该只在办公网络内部进行路由，而不应通过局域网，这就需要建立一种特殊的路由机制，使得各匹克网之间的通信能够进行正确的路由，达到方便快捷的通信、拓宽通信范围、减轻网络负载的目的。 3.1蓝牙网关 用于办公网络内部的蓝牙移动终端通过无线方式访问局域网以及Internet；跟踪、定位办公网络内的所有蓝牙设备，在两个属于不同匹克网的蓝牙设备之间建立路由连接，并在设备之间交换路由信息。 主要功能包括： ① 实现蓝牙协议与TCP/IP协议的转换，完成办公网络内部蓝牙移动终端的无线上网功能。 ② 在安全的基础上实现蓝牙地址与IP地址之间的地址解析，它利用自身的IP 地址和TCP端口来唯一地标识办公网络内部没有IP地址的蓝牙移动终端，比如蓝牙打印机等。 ③ 通过路由表来对网络内部的蓝牙移动终端进行跟踪、定位，使得办公网络内部的蓝牙移动终端可以通过正确的路由，访问局域网或者另一个匹克网中的蓝牙移动终端。 ④ 在两个属于不同匹克网的蓝牙移动终端之间交换路由信息，从而完成蓝牙移动终端通信的漫游与切换。在这种通信方式中，蓝牙网关在数据包路由过程中充当中继作用，相当于蓝牙网桥。 3.2蓝牙移动终端（MT) 蓝牙移动终端是普通的蓝牙设备，能够与蓝牙网关以及其他蓝牙设备进行通信，从而实现办公网络内部移动终端的无线上网以及网络内部文件、资源的共享。各个功能模块关系如图2 所示。 如果目的端位于单位内部的局域网或者Internet，则需要通过蓝牙网关进行蓝牙协议与TCP/IP协议的转换，如果该MT没有IP地址，则由蓝牙网关来提供，其通信方式为MT-BG –MT。如果目的端位于办公网络内部的另一个匹克网，则通过蓝牙网关来建立路由连接，从而完成整个通信过程的漫游．其通信方式为MT-BG-M_MT(为主移动终端)-MT。采用蓝牙技术也可使办公室的每个数据终端互相连通。例如多台终端共用1 台打印机，可按照一定的算法登陆打印机的等待队列，依次执行。 四、 蓝牙技术的发展前景 蓝牙技术是一种新兴的技术，尚未投入广泛应用，目前许多蓝牙设备还处于实验室试验阶段，还有待于实际使用的严格检验。2002年下半年起，蓝牙产品的生产量将明显增加，市场进一步扩大。除日本外，韩国的LG、三星、大宇以及台湾诸多公司已着手开始步人蓝牙技术与产品的开发行列，有的已推出成品。如LG公司的LG-P610B，一种用于PCS个人通信服务的蜂窝式电话。由于在PC个人电脑开发制造上的成功与经验，台湾制造业界期望2005 年蓝牙工业在台湾能占台湾无线通信工业的15％，产值达到6.5亿美元。2002年夏季开始，台湾的一些制造厂商已开始在天线、滤波器、模块、笔记本电脑、PDA、键盘和鼠标器等信息设备中采用蓝牙技术，并将推出用于dongle（一种保护软件被拷贝的设备）、PCMCIA卡和LAN 局域网间联络的蓝牙通信中转装置。至今，日本已有7 家公司在笔记本电脑中采用了蓝牙技术。 蓝牙的发展轨迹符合当今新技术发展的理想模式即竞争前合作。据ABI ( Allied Business Intelligence）的一项调查显示，尽管最近蓝牙市场有点迟滞，但其发展没有减缓的趋势。ABI 的官员说，越来越多的人考虑给自己的设备增加无线连接，他们也逐步意识到蓝牙技术的低功耗和低成本解决方案是理想的。蓝牙的使用范围已不仅仅局限于笔记本电脑和蜂窝电话，蓝牙收发器（即蓝牙卡）已经越来越多地嵌人到从PC机到工业设备的各种设备中，蓝牙不仅仅是电缆替代品。不过，ABI同时提醒到，在Bluetooth成功的道路还存在着一定的障碍，其主要表现在以下几个方面： ( l）因硅半导体价格的昂贵，蓝牙芯片过于昂贵以致一时难以普及。( 2）蓝牙协议的实现与标准不一致,使硬件的互操作性、软件的互操作性以及软硬件之间的互操作性不佳。 ( 3）软件开发还难以为蓝牙应用提供完整的解决方案，跨平台移植难以实现。 尽管这些问题正在减缓蓝牙设备投放市场的速度，但随着SIG 新标准的制定，预计这种统一数据传送方式会被广泛应用，到那时，全球将有数以亿计的计算机和通信设备使用蓝牙技术，它将带来一个无线通信的新时代。 五、 具体组网方案 根据前述蓝牙路由机制，图3 给出了一种无线办公网络具体应用的原理图。蓝牙网关通过RJ45 插头与局域网接入接口相连；图中的个人电脑及各种设备均需安装有蓝牙通用模块或蓝牙网卡，以使其蓝牙化。蓝牙网关与各终端的最大直线不能大于100m，且一个蓝牙网关最多可连接7个带通用外界模块的设备。 组网方案中，主要部件功能如下： 1、蓝牙网关（金欧公司LLTR-1S） * 采用时分多址技术，支持异步数据，支持点对点、点对多点的蓝牙数据通信； * 具有同时与有线网络和蓝牙设备通信的接口及能力； * 在安全的基础上实现蓝牙地址与IP 地址间的地址解释； * 实现IP 网际协议以及TCP 传输控制协议，从而能够完成蓝牙协议与TCP / IP 的协议转换； * 在底层协议栈的基础上，通过实行特定的蓝牙路由机制解决匹克网间的路由问题，以最终解决蓝牙不同匹克网间不同单元的通信问题。 2、网络适配器（BlueBerry 蓝牙USB） 安装在网络内部的PC机、笔记本电脑上，使设备蓝牙化。 3、为了使得办公室内部的打印机、投影仪、扫描仪等办公设备具有蓝牙功能，选用金欧公司的通用蓝牙模块，该通用蓝牙模块具有串口、USB 和并口可供选择。 六、结束语 采用蓝牙技术组建办公网，不仅在办公条件不完善时能发挥作用，而且在临时增删办公点和移动性办公业务方面也有着独特的优势。目前，蓝牙技术应用还存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，无法实现真正的“漫游”，这在分存网应用时更为突出。不过，随着蓝牙技术的发展，组建办公室无线近距离网会越来越经济实用。 本文提出了一种蓝牙无线办公网络解决方案，利用该解决方案可以实现现代企业的无线办公，网络内部的设备可以通过无线方式登录单位内部的局域网或者Internet ，各个设备也可以通过无线方式进行文件、资源的共享，省去了设备之间纷繁复杂的连线，大大改善了人们的办公环境，提高了现代企业的办公自动化程度，同时在企业管理、生产经营等各个环节都能为决策者带来极大方便，使调度决策更加准确、规范、及时。