藍牙技術(shù)
電器網(wǎng)絡(luò)遠程控制
藍牙技術(shù)在構(gòu)建電器網(wǎng)絡(luò)集中遠程控制中的應(yīng)用
電器網(wǎng)絡(luò)是利用數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)、智能控制技術(shù)對現(xiàn)有普通電器進行管理和控制，使之網(wǎng)絡(luò)化、智能化，并能實現(xiàn)遠程控制和管理.普通電器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，首先要解決電器之間的互連問題，以及該電器在網(wǎng)絡(luò)中唯一性(即精準(zhǔn)識別)問題，同時，還應(yīng)解決電器設(shè)備之間的通信問題，才能實現(xiàn)電器互聯(lián)和遠程控制。
要實現(xiàn)遠程控制，必須解決設(shè)備組網(wǎng)以及利用現(xiàn)有公共網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程互控這兩大問題.就目前對在室內(nèi)組網(wǎng)連結(jié)方式來看，有以下幾種組網(wǎng)形式：
(1)有線組網(wǎng)方式.即利用網(wǎng)絡(luò)通訊物理線路將電器連接起來，以實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)，達到組網(wǎng)的目的.這種有線連接抗網(wǎng)絡(luò)干擾性能力強，但是該網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)組網(wǎng)過程中存在很多弊端：如室內(nèi)如何布線問題，解決布線蜘蛛網(wǎng)問題，在已經(jīng)組建好的網(wǎng)絡(luò)中，又如何增加控制點，設(shè)備搬移后接入點如何移動等問題.顯而易見，有線網(wǎng)絡(luò)靈活性太差，用戶不能隨意添加設(shè)備、移動設(shè)備，不能實現(xiàn)設(shè)備的“即插即用”.同時網(wǎng)絡(luò)連接點可靠性較差，有線連接往往會有通訊連接插頭存在，較易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接不正常，導(dǎo)致掉網(wǎng)現(xiàn)象，即“連接可靠性”存在問題。
(2)紅外組網(wǎng)方式.此種組網(wǎng)靈活性強，可以實現(xiàn)“即插即用”，同時連接可靠性也較強，但是該連接方式只適用于寬廣無阻礙空間，對有實物阻擋的復(fù)雜空間不能使用，存在“空間局限性”問題。
(3)微波組網(wǎng)方式.此組網(wǎng)方式具有傳送距離遠，適應(yīng)于地形復(fù)雜，開闊無阻隔，能相互看到的兩點之間傳送連接；缺點：成本較高，一旦阻隔，將不能通信。
(4)無線組網(wǎng)連接方式.此種連接方式，能克服有線組網(wǎng)方式不足的缺陷.對用戶來說具有的設(shè)備入網(wǎng)靈活性強，設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)也方便可靠，不存在空間阻擋的問題，同時用戶也可以比較隨意地移動和添加設(shè)備等優(yōu)點可實現(xiàn)“即插即用”.
因此無線組網(wǎng)是組建家電網(wǎng)絡(luò)過程中的首選.但就目前的無線組網(wǎng)技術(shù)來看，面臨以下幾個問題：
(1)如何實現(xiàn)電器與控制中心以及公共網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通和控制信息交換問題.(2)由于無線網(wǎng)絡(luò)重復(fù)覆蓋區(qū)域可能存在，則需解決如何準(zhǔn)確識別哪些電器設(shè)備屬于網(wǎng)內(nèi)設(shè)備，哪些電器設(shè)備屬于網(wǎng)外設(shè)備的問題.(3)如何解決網(wǎng)絡(luò)的向外延伸，實現(xiàn)遠程控制問題。
而對于解決以上組網(wǎng)過程中出現(xiàn)的問題，就常規(guī)無線技術(shù)而言是比較困難，尤其是網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的識別過程，以及判定電器設(shè)備在控制過程中是否已經(jīng)完成接受了控制指令而進入了工作狀態(tài).而要解決以上的識別和判斷過程，必須采用現(xiàn)代無線通訊技術(shù)，才能實現(xiàn)控制中心與電器設(shè)備的相互通訊、識別和控制過程.而就目前無線通訊技術(shù)中，成本低廉的藍牙技術(shù)為首選。
一、藍牙技術(shù)體系特點
1.1藍牙技術(shù)簡介
“藍牙”(Bluetooth)原是十世紀(jì)統(tǒng)一了丹麥的國王的名字，現(xiàn)取其“統(tǒng)一”的含義，是愛立信、IBM等5家公司組成的藍牙利益集團(SIG)在1998年聯(lián)合推出的一項小范圍無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，藍牙推出時，就瞄準(zhǔn)了無線局域網(wǎng)通信.藍牙是一種低成本近距離無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標(biāo)準(zhǔn)，它可以將各種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)備(包括通信、計算機終端設(shè)備等)采用無線方式進行組網(wǎng).它采用2.4GHzISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，79個1MHz帶寬跳頻點，1600跳/S，支持64kb/s實時語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)射功率分別為1mW、2.5mW和100mW對功耗低人體危害小，傳輸有效范圍半徑為10cm～10m，如果加上某些外設(shè)增加功率可達到方圓100m的傳輸距離.使用全球統(tǒng)一的48比特的設(shè)備識別碼.數(shù)據(jù)連接方式為面向連接業(yè)務(wù)SCO和無連接業(yè)務(wù)ACL兩種方式.工作模式為PARK(休眠)、HOLD(保持)、SNIFF(呼吸)三種模式。
1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
藍牙技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三大部分：底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高層應(yīng)用.底層硬件部分包括無線跳頻(RF)、基帶(BB)和鏈路管理(LM).無線跳頻層通過2.4GHz無需授權(quán)的ISM頻段的微波，實現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的過濾和傳輸，本層協(xié)議主要定義了藍牙收發(fā)器在此頻帶正常工作所需要滿足的條件.基帶負責(zé)跳頻以及藍牙數(shù)據(jù)和信息幀的傳輸.鏈路管理負責(zé)連接、建立和拆除鏈路并進行安全控制。
1.3拓撲結(jié)構(gòu)
采用藍牙技術(shù)組網(wǎng)的Piconet(微微網(wǎng))結(jié)構(gòu)，是由共享同一通道的多個設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò).該拓撲結(jié)構(gòu)把設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備，提出通訊要求的為主設(shè)備，被動進行通訊的設(shè)備稱為從設(shè)備.一個主設(shè)備最多可同時和7個從設(shè)備進行通訊，并可掛接多個保持同步但不通訊的休眠設(shè)備.運行時其所有設(shè)備本身都是平等的，無主從之分.由多個獨立、非同步的微微網(wǎng)彼此之間進行通訊，就組成了藍牙的Scatternet(分散網(wǎng))。
1.4鑒權(quán)認(rèn)證技術(shù)
鑒權(quán)技術(shù)，是區(qū)別傳統(tǒng)射頻技術(shù)和藍牙技術(shù)的重要性能指標(biāo)，對設(shè)備的鑒權(quán)與加密服務(wù)是由物理層提供.鑒權(quán)認(rèn)證采用口令———應(yīng)答方式，通過個人識別碼PIN、128位隨機數(shù)和設(shè)備的BD_ADDR生成并產(chǎn)生與之匹配的128位鑒權(quán)字.通過鑒權(quán)，為他們創(chuàng)建鏈接字，藍牙設(shè)備可存儲鏈接字用于以后的鑒權(quán)，避免每次鑒權(quán)輸入PIN碼.在連接過程中，鑒權(quán)認(rèn)證對任何一個藍牙系統(tǒng)都是極其重要的組成部分，它允許用戶自行添加屬于自己的可信任的藍牙設(shè)備，并通過反向鑒權(quán)，使兩藍牙設(shè)備之間建立一一對應(yīng)關(guān)系，在數(shù)據(jù)傳輸時，通過特有的鏈接字，建立專用的數(shù)據(jù)通道進行傳送.網(wǎng)絡(luò)中其它不同鏈接字的藍牙設(shè)備仍然處于休眠(PARK)狀態(tài)不參與數(shù)據(jù)傳輸和接受活動.如果用戶有更高級別的保密要求，可以使用有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機制，進行加密傳送.通過鑒權(quán)認(rèn)證與識別機制，使得網(wǎng)絡(luò)中主設(shè)備能準(zhǔn)確地識別到網(wǎng)內(nèi)某一設(shè)備，并建立鏈接，將指令和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地傳達和控制該設(shè)備，并將控制狀態(tài)信息通過鏈路返回.此技術(shù)解決了設(shè)備之間的相互識別問題。
有了以上一系列優(yōu)點，使得藍牙技術(shù)能有效地克服和解決了前面所述的組網(wǎng)過程中存在的問題，為最佳組網(wǎng)選擇技術(shù)手段。
二、藍牙技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電器中的應(yīng)用
通過藍牙技術(shù)規(guī)范的四種基本訪問模式可進行電氣網(wǎng)絡(luò)組建和數(shù)據(jù)交換.通過藍牙訪問應(yīng)用模式(GAP)使藍牙單元之間相互發(fā)現(xiàn)建立連接；通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用模式(SDAP)，發(fā)現(xiàn)協(xié)議的接口，向其他藍牙單元發(fā)出“發(fā)送”或者“接收”請求信號；通過串口應(yīng)用模式(SPP)，使兩藍牙單元之間建立虛擬串行口；通過通用對象交換應(yīng)用模式(GOEP)，將數(shù)據(jù)通過虛擬串口傳送到另一藍牙單元.利用藍牙技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)一個全新的電氣網(wǎng)絡(luò)集中遠程控制模式.真正實現(xiàn)“零布線，即插即用”。
在整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中遠程控制結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)電器集中控制器為整個系統(tǒng)的核心控制的藍牙主設(shè)備，起著橋梁作用.通過集中控制器鍵盤、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、電話等通信方式，接受用戶操作指令，并按照用戶對網(wǎng)內(nèi)指定家電設(shè)備的工作要求，及時準(zhǔn)確地將控制命令通過藍牙設(shè)備發(fā)送到指定被控網(wǎng)內(nèi)藍牙從設(shè)備端控制其工作，并將指定電器被控端運行控制狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過被控端藍牙返回到集中控制器，將結(jié)果通過語音、WEB的方式通知用戶，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電器的集中控制和遠程管理。
在網(wǎng)絡(luò)電器集中控制器中，每新添一項合法的網(wǎng)絡(luò)電器，均進行藍牙鑒權(quán)，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)電器集中控制器與該電器之間的鏈接字，確認(rèn)為網(wǎng)內(nèi)合法設(shè)備，并存儲以便后續(xù)鑒權(quán)，用以區(qū)別臨界周邊非網(wǎng)內(nèi)電器設(shè)備，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制.而在電器客戶端，同時也嵌入藍牙接收發(fā)送控制裝置.通過集中控制器發(fā)出的指令，經(jīng)藍牙無線網(wǎng)絡(luò)傳送到指定客戶端，并將收到的指令進行判斷和識別，按照指令要求進行控制，同時，通過電器工作狀態(tài)檢測單元，將電器受控后實時工作狀態(tài)進行檢測，并將檢測結(jié)果進行反饋，通過無線藍牙網(wǎng)絡(luò)，實時地反饋傳送到集中控制器，并通過語音或者WEB將被控電器現(xiàn)有工作狀態(tài)實時告知用戶，從而完成一次完整的實時遠程無線控制。
總結(jié)
藍牙技術(shù)與傳統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)相比，有著無法比擬的優(yōu)勢，該技術(shù)解決了長期以來射頻無線技術(shù)只能一對多的廣播傳輸模式，利用鑒權(quán)技術(shù)，實現(xiàn)了一對一的安全認(rèn)證傳輸模式.它是一種新型的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，基于藍牙技術(shù)的產(chǎn)品越來越多，總之，對藍牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將給人們的生活和工作帶來更多的方便。
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