基于藍牙技術構建公共區(qū)域無線局域網

彭文

【摘 要】分析和描述了藍牙系統(tǒng)結構，對藍牙技術原理和組網體系結構進行說明，研究圖書館無線局域網組網的路由、移動終端、藍牙網關問題，提出針對公共區(qū)域的藍牙無線局域網組網方案。

【關鍵詞】藍牙技術；藍牙網關；圖書館；無線局域網

一、藍牙的系統(tǒng)結構

藍牙系統(tǒng)由以下功能單元組成：一是無線單元。二是鏈路控制（固件）單元。基帶部分描述了硬件基帶鏈路控制器的數字信號處理規(guī)范，基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和一些低層常規(guī)協議。三是鏈路管理（軟件）單元。鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其他一些協議。LM能夠發(fā)現其他遠端LM并通過LMP（鏈路管理協議）與之通訊。四是藍牙軟件（協議棧）單元。藍牙設備需要支持一些基本互操作特性要求。

1.射頻模塊：將基帶模塊的數據包通過無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去，實現藍牙設備的無線連接。

2.基帶模塊：即藍牙的物理層，負責管理物理信道和鏈路，采用查詢和尋呼方式，使跳頻時鐘及跳頻頻率同步，為數據分組提供對稱連接（SCO）和非對稱連接（ASL），并完成數據包的定義、前向糾錯、循環(huán)冗余校驗、邏輯通道選擇、信號噪化、鑒權、加密、編碼和解碼等功能。它采用混合電路交換和分組交換方式，既適合語音傳送，也適合一般的數據傳送。

二、無線網絡藍牙協議

藍牙的通信協議采用分層結構，層次結構使其設備具有最大可能的通用性和靈活性。根據通信協議，各種藍牙設備無論在任何地方，都可以通過人工或自動查詢來發(fā)現其他藍牙設備，從而構成微微網（Piconet）或分散網（Scatternet），實現系統(tǒng)提供的各種功能，使用十分方便。

藍牙的核心部分是協議棧，藍牙協議棧允許多個設備進行相互的定位、連接和交換數據，并能實現互操作和交互式的應用。設計協議和協議棧的主要原則是盡可能利用現有的各種高層協議，保證現有協議與藍牙技術的融合以及各種應用之間的互通性，充分利用兼容藍牙技術規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)。各種單元在邏輯上可以被分為三組：底層協議組、中間協議組、應用協議組。

1.底層協議組：這個協議組包含的協議主要用于使藍牙設備能確認彼此的相互位置，并且能夠創(chuàng)建、配置和管理物理以及邏輯的鏈路，以便使高層協議和上層應用經這些鏈路利用傳輸協議來傳輸數據。

2.中間協議組：這是核心部分，包括有邏輯鏈路控制及適配協議（L2CAP）、服務搜索協議（SDP）、仿真協議（RFCOMM）。

3.應用協議組：本系統(tǒng)實現了藍牙的協議子集LAN Access Point（LAP），這種應用模式在藍牙連接上使用IETF的點到點協議（PPP），PPP是一種廣泛使用的Internet標準，為IP通訊提供了主機配置和準備，PPP是為在同等單元之間傳輸數據包這樣的簡單的鏈路而設計的。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數據包。

三、圖書館無線網絡的路由機制和藍牙網關

根據圖書館的實際需要，無線網絡由多個微微網構成，而不同微微網之間的通信只在圖書館網絡內部進行路由。當兩個藍牙設備成功建立鏈路后，一個微微網便形成了，兩者之間的通信通過無線電波在79個信道中隨機跳轉而完成。藍牙給每個微微網提供特定的跳轉模式，不同的微微網信道存在不同的跳轉模式。藍牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數十個微微網運行，且不同微微網可互聯。

用于圖書館網絡內部的藍牙移動終端通過無線方式訪問局域網以及Internet；跟蹤、定位圖書館網絡內的所有藍牙設備，在兩個屬于不同匹克網的藍牙設備之間建立路由鏈接，并在設備之間交換路由信息。主要功能包括：

1.實現藍牙協議與TCP/IP協議的轉換，完成圖書館網絡內部藍牙移動終端的無線上網功能。

2.在安全的基礎上實現藍牙地址與IP地址之間的地址解析，實現IP網際協議以及TCP傳輸控制協議，從而能夠完成藍牙協議與TCP/IP的協議轉換。它利用自身的IP地址和TCP端口來唯一地標識圖書館局城網絡內部沒有IP地址的藍牙移動終端，比如藍牙打印機等。

3.通過路由表來對網絡內部的藍牙移動終端進行跟蹤、定位，使得圖書館局城網內部的藍牙移動終端可以通過正確的路由，訪問局域網或者另一個微微網中的藍牙移動終端。

4.在兩個屬于不同微微網的藍牙移動終端之間交換路由信息，從而完成藍牙移動終端通信的漫游與切換。在這種通信方式中，藍牙網關在數據包路由過程中充當中繼作用，相當于藍牙網橋。

四、圖書館藍牙移動終端

圖書館藍牙移動終端是普通的藍牙設備，也即是網絡適配器（Blueberry藍牙USB），安裝在網絡內部的PC機、筆記本電腦上，使設備藍牙化。為了使圖書館內部的打印機、投影儀、掃描儀等辦公設備具有藍牙功能，選用具有串口、USB和并口可供選擇的通用藍牙模塊。能夠與藍牙網關以及其他藍牙設備進行通信，從而實現圖書館網絡內部移動終端的無線上網以及網絡內部文件、資源的共享。如果目的端位于圖書館內部的局域網或者Internet，則需要通過藍牙網關進行藍牙協議與TCP/IP協議的轉換，如果該藍牙移動終端沒有IP地址，則由藍牙網關來提供。

五、圖書館藍牙局域網接入系統(tǒng)模型

圖書館藍牙局域網由藍牙網關、嵌入藍牙模塊的終端設備、提供多樣化輸入輸出的藍牙外圍設備和軟件系統(tǒng)等組成。其中，藍牙網關是基于藍牙的LAN訪問協議，是整個網絡的核心，用于連接分散網（Scatternet）和公共網絡。分散網（Scatternet）通過無線網絡藍牙網關（BLAP）將公共網絡的功能和應用進行延伸和擴展。無線網絡藍牙網關（BLAP）一端通過接口與公共網絡相連，另一端通過藍牙與圖書館內分散網（Scatternet）中的藍牙設備相連，實現兩者之間的信息流通和共享。

根據前述圖書館藍牙路由機制，圖1給出了一種圖書館內無線辦公網絡具體應用的設計圖。藍牙網關通過RJ45 插頭與局域網接入接口相連；圖中的個人電腦及各種設備均需安裝有藍牙通用模塊或藍牙網卡，以使其藍牙化。藍牙網關與各終端的最大直線不能大于100m，且一個藍牙網關最多可連接7個帶通用外界模塊的設備。

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