基于藍牙技術構建公共區域無線局域網

彭文

【摘 要】分析和描述了藍牙系統結構，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、藍牙的系統結構

藍牙系統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范，基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和一些低層常規協議。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現其他藍牙設備，從而構成微微網（Piconet）或分散網（Scatternet），實現系統提供的各種功能，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范的軟硬件系統。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。藍牙系統可優化到在同一區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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