基于藍(lán)牙技術(shù)構(gòu)建公共區(qū)域無(wú)線局域網(wǎng)

彭文

【摘 要】分析和描述了藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)藍(lán)牙技術(shù)原理和組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，研究圖書館無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)的路由、移動(dòng)終端、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)問題，提出針對(duì)公共區(qū)域的藍(lán)牙無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)方案。

【關(guān)鍵詞】藍(lán)牙技術(shù)；藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)；圖書館；無(wú)線局域網(wǎng)

一、藍(lán)牙的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙系統(tǒng)由以下功能單元組成：一是無(wú)線單元。二是鏈路控制（固件）單元?；鶐Р糠置枋隽擞布鶐ф溌房刂破鞯臄?shù)字信號(hào)處理規(guī)范，基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和一些低層常規(guī)協(xié)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(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其他一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)端LM并通過(guò)LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通訊。四是藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元。藍(lán)牙設(shè)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(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線電信號(hào)以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的無(wú)線連接。

2.基帶模塊：即藍(lán)牙的物理層，負(fù)責(zé)管理物理信道和鏈路，采用查詢和尋呼方式，使跳頻時(shí)鐘及跳頻頻率同步，為數(shù)據(jù)分組提供對(duì)稱連接（SCO）和非對(duì)稱連接（ASL），并完成數(shù)據(jù)包的定義、前向糾錯(cuò)、循環(huán)冗余校驗(yàn)、邏輯通道選擇、信號(hào)噪化、鑒權(quán)、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(yǔ)音傳送，也適合一般的數(shù)據(jù)傳送。

二、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙協(xié)議

藍(lán)牙的通信協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)使其設(shè)備具有最大可能的通用性和靈活性。根據(jù)通信協(xié)議，各種藍(lán)牙設(shè)備無(wú)論在任何地方，都可以通過(guò)人工或自動(dòng)查詢來(lái)發(fā)現(xiàn)其他藍(lán)牙設(shè)備，從而構(gòu)成微微網(wǎng)（Piconet）或分散網(wǎng)（Scatternet），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能，使用十分方便。

藍(lán)牙的核心部分是協(xié)議棧，藍(lán)牙協(xié)議棧允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互的定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)互操作和交互式的應(yīng)用。設(shè)計(jì)協(xié)議和協(xié)議棧的主要原則是盡可能利用現(xiàn)有的各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍(lán)牙技術(shù)的融合以及各種應(yīng)用之間的互通性，充分利用兼容藍(lán)牙技術(shù)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(xié)議組、中間協(xié)議組、應(yīng)用協(xié)議組。

1.底層協(xié)議組：這個(gè)協(xié)議組包含的協(xié)議主要用于使藍(lán)牙設(shè)備能確認(rèn)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(xié)議和上層應(yīng)用經(jīng)這些鏈路利用傳輸協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

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

3.應(yīng)用協(xié)議組：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙的協(xié)議子集LAN Access Point（LAP），這種應(yīng)用模式在藍(lán)牙連接上使用IETF的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP），PPP是一種廣泛使用的Internet標(biāo)準(zhǔn)，為IP通訊提供了主機(jī)配置和準(zhǔn)備，PPP是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡(jiǎn)單的鏈路而設(shè)計(jì)的。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。

三、圖書館無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)

根據(jù)圖書館的實(shí)際需要，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)微微網(wǎng)構(gòu)成，而不同微微網(wǎng)之間的通信只在圖書館網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行路由。當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備成功建立鏈路后，一個(gè)微微網(wǎng)便形成了，兩者之間的通信通過(guò)無(wú)線電波在79個(gè)信道中隨機(jī)跳轉(zhuǎn)而完成。藍(lán)牙給每個(gè)微微網(wǎng)提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，不同的微微網(wǎng)信道存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。藍(lán)牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數(shù)十個(gè)微微網(wǎng)運(yùn)行，且不同微微網(wǎng)可互聯(lián)。

用于圖書館網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動(dòng)終端通過(guò)無(wú)線方式訪問局域網(wǎng)以及Internet；跟蹤、定位圖書館網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有藍(lán)牙設(shè)備，在兩個(gè)屬于不同匹克網(wǎng)的藍(lán)牙設(shè)備之間建立路由鏈接，并在設(shè)備之間交換路由信息。主要功能包括：

1.實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成圖書館網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部藍(lán)牙移動(dòng)終端的無(wú)線上網(wǎng)功能。

2.在安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙地址與IP地址之間的地址解析，實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)際協(xié)議以及TCP傳輸控制協(xié)議，從而能夠完成藍(lán)牙協(xié)議與TCP/IP的協(xié)議轉(zhuǎn)換。它利用自身的IP地址和TCP端口來(lái)唯一地標(biāo)識(shí)圖書館局城網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部沒有IP地址的藍(lán)牙移動(dòng)終端，比如藍(lán)牙打印機(jī)等。

3.通過(guò)路由表來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動(dòng)終端進(jìn)行跟蹤、定位，使得圖書館局城網(wǎng)內(nèi)部的藍(lán)牙移動(dòng)終端可以通過(guò)正確的路由，訪問局域網(wǎng)或者另一個(gè)微微網(wǎng)中的藍(lán)牙移動(dòng)終端。

4.在兩個(gè)屬于不同微微網(wǎng)的藍(lán)牙移動(dòng)終端之間交換路由信息，從而完成藍(lán)牙移動(dòng)終端通信的漫游與切換。在這種通信方式中，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)包路由過(guò)程中充當(dāng)中繼作用，相當(dāng)于藍(lán)牙網(wǎng)橋。

四、圖書館藍(lán)牙移動(dòng)終端

圖書館藍(lán)牙移動(dòng)終端是普通的藍(lán)牙設(shè)備，也即是網(wǎng)絡(luò)適配器（Blueberry藍(lán)牙USB），安裝在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的PC機(jī)、筆記本電腦上，使設(shè)備藍(lán)牙化。為了使圖書館內(nèi)部的打印機(jī)、投影儀、掃描儀等辦公設(shè)備具有藍(lán)牙功能，選用具有串口、USB和并口可供選擇的通用藍(lán)牙模塊。能夠與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)以及其他藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)圖書館網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動(dòng)終端的無(wú)線上網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部文件、資源的共享。如果目的端位于圖書館內(nèi)部的局域網(wǎng)或者Internet，則需要通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行藍(lán)牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，如果該藍(lán)牙移動(dòng)終端沒有IP地址，則由藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)來(lái)提供。

五、圖書館藍(lán)牙局域網(wǎng)接入系統(tǒng)模型

圖書館藍(lán)牙局域網(wǎng)由藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)、嵌入藍(lán)牙模塊的終端設(shè)備、提供多樣化輸入輸出的藍(lán)牙外圍設(shè)備和軟件系統(tǒng)等組成。其中，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)是基于藍(lán)牙的LAN訪問協(xié)議，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，用于連接分散網(wǎng)（Scatternet）和公共網(wǎng)絡(luò)。分散網(wǎng)（Scatternet）通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)（BLAP）將公共網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用進(jìn)行延伸和擴(kuò)展。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)（BLAP）一端通過(guò)接口與公共網(wǎng)絡(luò)相連，另一端通過(guò)藍(lán)牙與圖書館內(nèi)分散網(wǎng)（Scatternet）中的藍(lán)牙設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)兩者之間的信息流通和共享。

根據(jù)前述圖書館藍(lán)牙路由機(jī)制，圖1給出了一種圖書館內(nèi)無(wú)線辦公網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用的設(shè)計(jì)圖。藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)通過(guò)RJ45 插頭與局域網(wǎng)接入接口相連；圖中的個(gè)人電腦及各種設(shè)備均需安裝有藍(lán)牙通用模塊或藍(lán)牙網(wǎng)卡，以使其藍(lán)牙化。藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)與各終端的最大直線不能大于100m，且一個(gè)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)最多可連接7個(gè)帶通用外界模塊的設(shè)備。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 馬建倉(cāng)，羅亞軍，趙玉亭.藍(lán)牙核心技術(shù)及應(yīng)用[ M].北京：科學(xué)出版社， 2003.

[2] 金永賢，丁夷.藍(lán)牙技術(shù)與圖書館無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[J].中國(guó)圖書館學(xué)報(bào)， 2005（1）：50-53.

[3] 齊華，彭月平，劉軍.藍(lán)牙技術(shù)在無(wú)線接入網(wǎng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 2004（10）：41- 43.

[4]陳丕龐.基于藍(lán)牙技術(shù)的圖書館無(wú)線局域網(wǎng)的構(gòu)建[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006（13）：7-9.