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无线通信技术在可穿戴计算机中的应用研究

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

开放性规范。它以低成本近距离无线连接为基础,为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术最初以取消各种电器之间的连线为目标。随着研究的深入,蓝牙技术已经用于实现网络中的各种数据及语音设备之间的无缝资源共享,以及工业控制网络之中。

蓝牙体系主要由蓝牙主机和蓝牙模块两大结构组成。蓝牙模块中最下层是无线电(Radio),负责最终的物理链接,包括信号的调制、发送和接收。
无线通信技术在可穿戴计算机中的应用研究
    基带(Baseband):负责基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议

。基带链路控制器中包含三种纠错方案:1/3比例前向纠错(FEC)码、2/3比例前向纠错码、数据自动重发请求(ARQ)方案。

链路管理层(Link Manager):携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端的LM并通过LMP(链路管理协议)与之通信。

主机控制接口(HCl):通过主机控制接口HCI,可以方便地把蓝牙模块嵌入到各种数字设备中作为一个终端。

应用层:在蓝牙主机上,是一些应用程序。

2.2 蓝牙无线个域网

无线个域网WPAN的目的就是为了在小范围内能够将个人设备互联而组成网络。蓝牙作为一种小范围无线连接技术,能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信,是目前实现无线个域网的主流技术之一。

蓝牙个人区域网PAN有两种应用模型:一种被称为组网络GN(Group Ad-hoc Networking);另一种被称为网络访问点NAP(Networking Access Point)。这两种实现模式分别有不同的网络结构和协议模型[3]。组网被设计用来允许一个或多个蓝牙设备组成一个局域网络,而网络访问点提供蓝牙设备进入Intemet网络的能力。无论是NAP还是GN都必须提供与TCP/IP和其它网络协议的无缝实现。图1是GN在协议栈部分图示[4]。

根据可穿戴计算机将组成的个域网的特点,采用组网络模型显然是比较合适的。

2.3 WearComp蓝牙个域网系统实现

2.3.1系统结构

下面以从事抢险救灾技术勘察工作人员的可穿戴计算机为例,具体介绍蓝牙技术的应用。根据工作人员的实际需求,该套可穿戴计算机应具有头戴显示器、耳机、耳麦、微型摄像机、手写输入板、腕式键盘和无线通信模块等外设。

根据蓝牙个人区域网PAN的组网络GN模式,笔者设计的可穿戴计算机系统结构组成如图2所示。其中各个终端设备和主机均内置了蓝牙模块。

2.3.2可穿戴计算机终端设备和蓝牙技术集成的实现

蓝牙协议支持点对点和点对多点的链接。每个蓝牙的微微网(piconet)中有Master和Slave两种权限,除了Slave和Master以外,各个Slave节点之间也可以通信。在这里只以单个的piconet为主干构建WearComp无线网络。Master节点为WearComp网络主控节点,实现信息的汇集处理功能;Slave节点为无线设备。考虑到各个无线设备之间是互相独立的,信息融合只在Master节点完成,所以仅实现Master点对多Slave点的通信,形成一个星型的拓扑结构。每个piconet有3位地址码,即piconet的容量最多为8个节点,各个Slave节点负责对原始数据的预处理(包括滤波、补偿、数字化等)和处理后数据的发送,上层是基于普通PC机或其他类型上位机(如嵌入式计算机)的Master节点,所有无线设备的信息在这

里进行更高一级处理。

在通用异步收发(UART)模式下,蓝牙模块依照标准接口使用,主控接口HCI已定义好,可以在RS232接口上实现。终端设备模块携带与蓝牙模块兼容的接口,如RS232。通过这个标准接口,终端设备接口模块可以与蓝牙模块连接在一起,实现对蓝牙模块的控制。这样不同厂家生产的蓝牙模块就可以与同一种终端设备衔接。
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