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蓝牙关键技术与智能家居

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:蓝牙技术是一种短距离的无线连接技术,智能家居系统是整个未来智能小区系统的重要组成部分。在分析蓝牙技术的基础上,探讨蓝牙技术在智能家居系统中的应用。
  关键词:蓝牙技术微微网智能家居系统
  
  1概述
  
  伴随着数字化和网络化的进程,智能化浪潮席卷了世界的每一个角落,成为势不可挡的历史大趋势,其中正在兴起的智能家居建设热潮,就是在这种形势下应运而生的。
  
  但是现代家庭中,弱电线缆越来越多,如电话线、有线电视线、宽带网络线、防盗报警信号线等,带来线缆多、乱的麻烦,因此,家庭弱电系统需要进行统一、规范的管理。然而,传统家庭布线方式因为施工不规范、维护和使用方便等因素,已不能适应当前家庭装修的需要,更无法满足未来智能家居生活的更高要求。蓝牙技术的出现,正发解决了这个问题,使智能家居中的无线控制成为可能。
  
  2蓝牙技术
  
  2.1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。
  
  2.2蓝牙中的关键技术
  
  2.2.1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。
  
  2.2.2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。
  
  2.2.3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)和若干个从设备(Slave)组成,且从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作,而从设备则受控于主设备。一个微微网可以是2台相连的设备,也可以是8台连在一起的设备,所有设备单元均采用同一跳频序列。主从设备的拓扑结构如图1所示。
  
  蓝牙给每个微微网都提供了特定的跳转模式,因此,它允许大量的微微网同时存在。同一区域内,多个微微网互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元,因而存在不同的跳转模式。
  
  2.2.4安全性
  
  蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击,因此,安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经
  
  
  
  提供了一定的安全保障,但蓝牙技术仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。该措施将用于对等环境,即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。在链路层,蓝牙的使用四个参数来保证系统的安全性:每个用户唯一的48位地址、用户的128位验证密钥、用户的8~128位加密密钥、设备产生的一个128位随机数RAND。
  
  蓝牙的低层安全是通过基带和链路管理中的鉴权、匹配和加密完成的。
  
  鉴权基于“竞争-应答”算法,是蓝牙系统中的关键部分,它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域。校验器发送一个LMP-au-randPDU分组给请求者,该PDU(协议数据单元)分组含有一个随机数。请求者根据获取

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