無線接入技術(shù)及其在信息家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用學(xué)士學(xué)位論文

1、<p><b>　　北方民族大學(xué)</b></p><p><b>　　學(xué)士學(xué)位論文</b></p><p>　　論文題目:無線接入技術(shù)及其在信息家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用</p><p>　　院(部)名 稱: 電氣信息工程學(xué)院 </p><p&

2、gt;　　學(xué) 生 姓 名: 殷平 </p><p>　　專 業(yè): 通信工程 學(xué) 號: 20050081 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名: 鄭 華 </p><

3、;p>　　論文提交時間: 2009年5月19日 </p><p>　　論文答辯時間: 2009年5月23日 </p><p>　　學(xué)位授予時間: </p><p>

4、;　　北方民族大學(xué)教務(wù)處制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著信息技術(shù)，通信技術(shù)，計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)，無線接入技術(shù)以及信息家電已經(jīng)在生活中被人們所應(yīng)用。家庭網(wǎng)絡(luò)是加工、管理、傳輸和存儲信息諸要素的集合體，能夠連接和集成家庭中計算、控制、監(jiān)視和通訊等多種設(shè)備，實現(xiàn)家庭內(nèi)部各電子設(shè)備之間互連，并且這種互連要可以實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的連

5、接。</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)一般采用無線組網(wǎng)方式，采用的基本技術(shù)是藍牙技術(shù)，家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計開發(fā)是基于嵌入式操作系統(tǒng)進行的, 硬件實現(xiàn)方面以家居服務(wù)器為核心，采用胖服務(wù)器-瘦客戶機的體系結(jié)構(gòu)，由家電控制器，信息家電，家居服務(wù)器等組成。軟件方面采用的藍牙編程語言類似于C語言，所實現(xiàn)的家庭網(wǎng)絡(luò)要克服非對等層通信的問題和散射網(wǎng)通信等問題。</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)組建的基本方式共有3種：

6、包括有線方式 ，專用線方式和無線方式?？紤]到家庭網(wǎng)絡(luò)的具體情況，信息家電目前的發(fā)展?fàn)顩r以及藍牙的各種技術(shù)特點，本次設(shè)計選擇藍牙技術(shù)來實現(xiàn)信息家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無線接入技術(shù) 藍牙 信息家電 家庭網(wǎng)絡(luò) </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As the continuous

7、 development of computer technology, information technology and communications technology, home networking, wireless accessing technology, and information appliances has been of the application in the lives. Home network

8、 may process, manage, transmit and storage information. it may connect some equipments which is used for calculation, control, surveillance and communications in the family.</p><p>　　Generally, wireless and

9、Bluetooth will be used in Home network. Home network design and development is based on the embedded operating system and hardware implementation aspects of home server as the core. Its architecture is fat server - thin

10、client and it includes the appliance controller, information appliances, home servers and other components. The realization of the home network to overcome the non-reciprocal communication problems and issues such as sca

11、ttering Network. </p><p>　　Home network haves three kinds basic form : including wireline means , special wires and wireless way .The design was chosen to Bluetooth technology to achieve home network becaus

12、e the home network’s specific circumstances , the development of information appliances, as well as the various advantages of Bluetooth</p><p>　　KEY WORDS: Bluetooth Wireless technology Home network <

13、/p><p>　　Information appliances </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章無線接入技術(shù)和家庭網(wǎng)絡(luò)2</p><p>　　1.1無線接入技術(shù)2</p&g

14、t;<p>　　1.1.1 無線接入技術(shù)的概念2</p><p>　　1.1.2 無線接入技術(shù)的分類3</p><p>　　1.2 信息家庭網(wǎng)絡(luò)和信息家電4</p><p>　　1.2.1 信息家庭網(wǎng)絡(luò)4</p><p>　　1.2.2 信息家電7</p><p>　　第2

15、章 信息家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)及相關(guān)硬件分析9</p><p>　　2.1信息家電控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案9</p><p>　　2.1.1 藍牙協(xié)議9</p><p>　　2.1.2 信息家電控制系統(tǒng)總體設(shè)計思路11</p><p>　　2.2 家庭網(wǎng)絡(luò)藍牙子系統(tǒng)的硬件分析14</p><p>　　第3章

16、 家庭網(wǎng)絡(luò)中藍牙子系統(tǒng)的軟件分析17</p><p>　　3.1 信息家電網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)17</p><p>　　3.2 信息家電網(wǎng)關(guān)的協(xié)議架構(gòu)18</p><p>　　3.3 軟件編程及非對等層通信問題20</p><p>　　3.4 服務(wù)器的主要功能21</p><p>　　3.5

17、 散射網(wǎng)通信24</p><p>　　3.6 家電注冊25</p><p>　　第4章 信息家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測試27</p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　附錄

18、一31</b></p><p><b>　　附錄二36</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　整個社會正在向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，通訊行業(yè)、 家電行業(yè)、 電腦行業(yè)三者間的不斷融合已經(jīng)是技術(shù)進步的必然趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛普及，而集電腦、通信和消費類電子產(chǎn)品

19、三者功能于一身的信息家電產(chǎn)品已經(jīng)成為一個不可阻擋的發(fā)展潮流。藍牙作為一個很有競爭力的小范圍無線通信協(xié)議，在信息家電的發(fā)展中將起著不可忽視的作用。</p><p>　　信息家電是計算機技術(shù)，通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的結(jié)晶，家庭網(wǎng)絡(luò)，無線接入技術(shù)以及信息家電已經(jīng)在生活中被人們所應(yīng)用。家庭網(wǎng)絡(luò)組建的基本方式共有3種：包括有線(wireline)方式 ，專用線(special wires)方式和無線(wireless)方式

20、。有線是指利用現(xiàn)存的布線媒介，如雙絞線、電話線、同軸電纜、電力線等作為家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的媒體；專用線是指為特定通信網(wǎng)絡(luò)所敷設(shè)的線路，如計算機網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))的雙絞線、有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜等；無線指不用敷設(shè)線路就可以實現(xiàn)通信的方式。</p><p>　　現(xiàn)在最常用的無線接入技術(shù)有藍牙無線接入技術(shù)，IEEE 802.11連接技術(shù)，家庭網(wǎng)絡(luò)的Home RF技術(shù)。以上三者相互比較，藍牙適用于短距離(大約10米左右)范圍內(nèi)

21、替代電纜；傳輸速率為1M bps；抗干擾能力更強，快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，前向糾錯能力可以限制噪聲的影響；藍牙具有連接的普遍性、標(biāo)準(zhǔn)的開放性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要。藍牙芯片的成本相對較低，開放性也比較好，更加適合家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。</p><p>　　無線接入技術(shù)和家庭網(wǎng)絡(luò)</p><p><b>　　無線接入技術(shù)</b></p>

22、<p>　　1.1.1 無線接入技術(shù)的概念</p><p>　　無線接入技術(shù)也稱空中接口技術(shù)，它是無線通信的關(guān)鍵問題。它是指通過無線介質(zhì)將用戶終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接起來，以實現(xiàn)用戶與網(wǎng)絡(luò)間的信息傳遞。無線信道傳輸?shù)男盘枒?yīng)遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議即構(gòu)成無線接入技術(shù)的主要內(nèi)容。</p><p>　　與有線接入技術(shù)相比，無線接入具有部署速度快、不需要電纜光纜敷設(shè)、建網(wǎng)靈活、市場啟動快的

23、優(yōu)點。無線接入一直作為一種重要的通信手段發(fā)揮著重要作用。無線接入技術(shù)有多種分類方式，按傳輸速率分：有窄帶 (數(shù)據(jù)速率小于64kb/s )、中寬帶 (數(shù)據(jù)速率為64kb/s－2Mb/s ) 和寬帶 (數(shù)據(jù)速率≥2Mb/s )。窄帶和中寬帶無線接入是基于電路交換的，寬帶無線接入是基于分組交換的，可以是點對點拓?fù)浞绞?，也可以是點對多點拓?fù)浞绞?。我國政府很早就為窄帶無線接入分配了頻率資源。當(dāng)時，窄帶無線接入主要作為有線接入的有效補充手段，解決了

24、部分地區(qū)不能通過有線手段提供話音業(yè)務(wù)的問題，同時還可以為用戶提供移動話音業(yè)務(wù)。在窄帶無線接入技術(shù)發(fā)展的過程中，我國以PHS制式和SCDMA制式的系統(tǒng)發(fā)展較好，尤其是PHS制式的無線市話系統(tǒng)。目前，已實用的寬帶無線接入技術(shù)有數(shù)字微波、MVDS、MMDS、LMDS、衛(wèi)星接入、無線局域網(wǎng)等，正在投入實用的寬帶無線接入技術(shù)有無線光纖、移動衛(wèi)星系統(tǒng)和3G等。</p><p>　　1.1.2 無線接入技術(shù)的分類</

25、p><p>　　常用的無線接入技術(shù)有藍牙無線接入技術(shù) ，IEEE 802.11連接技術(shù)，家庭網(wǎng)絡(luò)的Home RF技術(shù) 。 </p><p>　　藍牙(Bluetooth)技術(shù)是一項開放的、全球統(tǒng)一的、短距離無線通信協(xié)議規(guī)范, 它的目的是取代現(xiàn)有的各種電子設(shè)備(如計算機、打印機、傳真機、移動電話和MP5、音響等)上的有線接口。在技術(shù)上，藍牙采用跳頻擴頻(FHSS)和時分多址(TDMA )等

26、先進技術(shù)。同Home RF 相比, 藍牙的跳頻速度更快，具有很強的抗干擾性。另外，藍牙的功耗小、成本低、體積小，可用于多種設(shè)備和多種場合。</p><p>　　IEEE 802 . 11b采用8子碼的互補代碼加鑰算法作為調(diào)制機制，構(gòu)成一種新型的高速直接序列擴譜系統(tǒng)，稱之為HR/DSSS。它支持?jǐn)?shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，對語音通信也可以支持，但是效果很不好， 同時它的設(shè)備較昂貴，點對點連接很不經(jīng)濟，不適合小型設(shè)備。</

27、p><p>　　Home RF是專門為家庭用戶設(shè)計的無線局域網(wǎng)技術(shù)。它采用跳頻擴譜方式、 時分多址(TDMA )技術(shù)和載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免(CSMA/CA )等技術(shù)，通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實現(xiàn)通信。Home RF提供了與TCP/IP良好的集成，支持廣播、多播和48位IP地址。但是Home RF 最大的缺點是開放性不好，而且技術(shù)本身還存在抗干擾性差等缺點。</p><p&

28、gt;　　表1.1.2-1 IEEE802 11b 、Home RF和藍牙技術(shù)特性比較：</p><p>　　由以上表格可以知道：適合家庭網(wǎng)絡(luò)的有藍牙技術(shù)和Home RF技術(shù)，但是二者也是有區(qū)別的。家庭內(nèi)部組網(wǎng)，由于信息家電很多，相互之間所產(chǎn)生的干擾是避免不了的，因此所選用的無線接入技術(shù)一定要抗干擾性強；在一個家庭之內(nèi)，大小不過幾十平米到兩百平米，無線傳輸?shù)木嚯x十幾米左右就可以了，并且發(fā)射功率不用太大。另外涉

29、及到家庭使用，有一個必須考慮的問題就是經(jīng)濟實惠。綜合這幾點來說，藍牙技術(shù)比較適合家庭網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　藍牙技術(shù)適合家庭網(wǎng)絡(luò)的幾個優(yōu)點：</p><p>　　(1) 藍牙適用于短距離(大約10米左右)范圍內(nèi)替代電纜，如果實際需要，增大發(fā)射功率，其傳輸距離可100m，而家庭中各個家電的間隔一般不會超過此距離，基本不需要增大發(fā)射功率。</p><p>　　(2)

30、 藍牙的傳輸速率為1M bps，雖然不高，但是對于家庭網(wǎng)絡(luò)中各種信息家電間相關(guān)控制和狀態(tài)信息的傳輸完全可以滿足。這也符合不求最好只求夠用的設(shè)計理念。</p><p>　　(3) 對于其它無線組網(wǎng)技術(shù)而言，藍牙的抗干擾能力更強，快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，前向糾錯能力可以限制噪聲的影響，這樣家庭中的各種藍牙家電可以互不干擾地正常工作。</p><p>　　(4) 藍牙具有連接的普遍性、標(biāo)準(zhǔn)的開放

31、性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要。</p><p>　　(5) 藍牙芯片的成本相對較低，而且隨著各項技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，還有進一步下降的趨勢，因而可以大大降低信息家電的成本。</p><p>　　(6) 中國無線電管理委員會已對藍牙技術(shù)開放了相應(yīng)的頻段，為大面積推廣應(yīng)用提供了條件。</p><p>　　1.2 信息家庭網(wǎng)絡(luò)和信息家電</

32、p><p>　　1.2.1 信息家庭網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)是加工、管理、傳輸和存儲信息諸要素的集合體，能夠連接和集成家庭中計算、控制、監(jiān)視和通訊等多種設(shè)備,實現(xiàn)家庭內(nèi)部各電子設(shè)備之間互連，并且可以實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。家庭網(wǎng)絡(luò)概念的提出涉及到了電信、家電、IT等行業(yè)，從提供業(yè)務(wù)/服務(wù)的角度涉及到信息服務(wù)提供商、電信網(wǎng)絡(luò)運營商、小區(qū)物業(yè)等角色，從產(chǎn)品的角度涉及到了通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終

33、端設(shè)備制造商，IT行業(yè)的芯片提供商、軟件提供商和終端設(shè)備制造商以及家用電器制造商。應(yīng)該說，這些行業(yè)對家庭網(wǎng)絡(luò)的理解是不完全一樣的。 家庭網(wǎng)絡(luò)的概念最早是由IT/家電行業(yè)提出的，對于IT和家電行業(yè)，目前的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通常有兩種理解，這兩種理解容易混淆，但是其本質(zhì)是有差異的。 </p><p>　　第一種理解指的是低速的家庭電器設(shè)備控制系統(tǒng)，主要用于家用電器設(shè)備的控制、安防等。這種技術(shù)國際上發(fā)展多年，處在技術(shù)非常成熟

34、的階段。目前，這一類家庭網(wǎng)絡(luò)由于相對成本較高(相對于應(yīng)用)，主要應(yīng)用于智能樓宇以及個別的高檔小區(qū)。 </p><p>　　另一種理解指的是融合家庭控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的家庭信息化平臺，是在家庭范圍內(nèi)，實現(xiàn)信息設(shè)備、通信設(shè)備、娛樂設(shè)備、家用電器、自動化設(shè)備、照明設(shè)備、保安(監(jiān)控)裝置及水電氣熱表設(shè)備、家庭求助報警等設(shè)備互聯(lián)和管理，以及數(shù)據(jù)和多媒體信息共享的系統(tǒng)。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成了智能化家庭設(shè)備系統(tǒng)，提高了

35、家庭生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂的品質(zhì)。現(xiàn)在的應(yīng)用主要包括：PC機與家庭存儲設(shè)備、打印機等PC外設(shè)聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源共享，影音娛樂等家庭設(shè)備共享協(xié)同服務(wù)，例如將諸如電視機、音響設(shè)備、DVD、計算機等家用多媒體設(shè)備進行媒體傳送和共享，家電網(wǎng)絡(luò)控制(如燈光控制，空調(diào)控制)等。 在上述的兩種理解中，后一種的理解成為IT/家電行業(yè)目前研究的重點。但是，盡管IT/家電行業(yè)提出家庭網(wǎng)絡(luò)的概念已有近10年的時間，但其發(fā)展一直非常緩慢，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)還是企業(yè)與輿論共

36、同推動的市場概念，其應(yīng)用還不成熟，相關(guān)的產(chǎn)品迄今為止大都處于實驗室狀態(tài)或者部分單位和個人使用狀態(tài)，難以進入實質(zhì)性大面積的使用階段。</p><p>　　隨著以 Internet 為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化、智能化浪潮正在席卷世界的每個角落。智能化和信息化正逐漸成為人們最基本的需求而體現(xiàn)在生活的各個層面上。這個趨勢也體現(xiàn)在家居住宅上，因為家居住宅的智能化和信息化與人們的生活最為接近，人們對智能化和信息化帶來

37、的方便深有體會，對其要求也不斷提高。從使用者的角度看，家居住宅的智能化和信息化與智能建筑，智能小區(qū)的最明顯不同就是家居住宅的個性化要求，對于前者，建筑商在設(shè)計和施工時就已經(jīng)基本完成了智能化和信息化設(shè)施的建設(shè)，家居的智能化和信息化設(shè)施除了一小部分由建筑商建設(shè)外，大部分的設(shè)施仍需要自己來完成，而且用戶也希望由自己完成，主要目的就是要符合自己的個性化需求。所以，從用戶的角度看，這種個性化的要求往往比智能建筑對信息化和智能化的要求更高也更為復(fù)雜

38、。實現(xiàn)家居住宅智能化和信息化的基本必需平臺是家庭網(wǎng)。家庭網(wǎng)絡(luò)是消除信息孤島，使家庭計算機通信，家庭自動化、保安監(jiān)控、防火報警等子系統(tǒng)協(xié)同工作的基礎(chǔ)。</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)是一種新的概念，代表著新的發(fā)展方向。但與廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)相比，在系統(tǒng)的協(xié)議，結(jié)構(gòu)組成和使用對象等方面都有著自己的特點。家庭網(wǎng)絡(luò)是信息高速公路進入家庭的產(chǎn)物，是家庭信息基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分。當(dāng)前的家庭網(wǎng)絡(luò)概念已不再僅僅局限于簡單的控制部

39、分，而是覆蓋家庭全方位的，提供各種智能服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它主要由數(shù)據(jù)通信、家庭娛樂和家庭電氣設(shè)備控制部分構(gòu)成，它的具體功能主要有安全服務(wù)、能源管理、數(shù)據(jù)通信服務(wù)、家庭環(huán)境控制和其他智能化控制。信息技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，提供了家用電器、電氣設(shè)備集中控制和遠(yuǎn)程調(diào)控的可能性，信息技術(shù)與家用電氣、 電子設(shè)備控制技術(shù)相融合，將在更大程度上實現(xiàn)家庭生活的信息化和自動化，使所有的消費電子產(chǎn)品具備連入網(wǎng)絡(luò)的能力，是消費類電子產(chǎn)品下一

40、步的發(fā)展必然趨勢，家庭網(wǎng)絡(luò)組成的基本示意圖見1.2.1-1：</p><p>　　圖1.2.1-1 家庭網(wǎng)絡(luò)組成示意圖</p><p>　　1.2.2 信息家電</p><p>　　信息家電 (3 C 或者說IA)，信息家電應(yīng)該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電(包括白色家電：電冰箱、洗衣機、微

41、波爐等和黑色家電：電視機、錄像機、音響、VCD、DVD等)相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器，信息家電包括PC、機頂盒、HPC、DVD、超級VCD、無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備、視頻游戲設(shè)備、WEBTV、INTERNE電話等等，所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，都可以稱之為信息家電。目前，音頻、視頻和通信設(shè)備是信息家電的主要組成部分。另一方面，在目前的傳統(tǒng)家電的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)融人傳統(tǒng)的家電當(dāng)中，

42、使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質(zhì)的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，VCD變成DVD，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息家電。</p><p>　　從廣義分類來看，信息家電產(chǎn)品實際上包含了網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品，但如果從狹義的定義來界定，我們可以這樣做一簡單分類：信息家電更多的指帶有嵌入式處理器的小型家用(個人用)信息設(shè)備，它的基本特征是與網(wǎng)絡(luò)(主要指互聯(lián)網(wǎng)

43、)相連而有一些具體功能，可以是成套產(chǎn)品，也可以是一個輔助配件。而網(wǎng)絡(luò)家電則指一個具有網(wǎng)絡(luò)操作功能的家電類產(chǎn)品，這種家電可以理解是原來普通家電產(chǎn)品的升級。</p><p>　　第2章 信息家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)及相關(guān)硬件分析</p><p>　　信息家電控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p>　　2.1.1 藍牙協(xié)議</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)運用

44、的基本技術(shù)為藍牙技術(shù)，因此對藍牙技術(shù)做簡單的介紹。藍牙協(xié)議規(guī)范由Bluetooth SIG (Special Interest Group，特別興趣小組)制定。 藍牙規(guī)范的核心部分是協(xié)議棧，整個協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，該協(xié)議棧包括Bluetooth Radio (無線接口層)、Baseband (基帶)、LM P (鏈路管理協(xié)議)、L 2CA P (邏輯鏈路控制和適配協(xié)議)、SDP (服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議)、RFCOMM(電纜替代協(xié)議)、

45、電話控制協(xié)議(TCS B I N )以及其它一些可選協(xié)議。此外，藍牙協(xié)議規(guī)范還定義了主機控制器接口(HCI)，在藍牙主機和基帶模塊間提供通用接口。</p><p>　　圖2.1.1-1 藍牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　藍牙標(biāo)準(zhǔn)主要定義的是底層協(xié)議 , 也定義了一些高層協(xié)議和相關(guān)接口。</p><p><b>　　協(xié)議體系：</b>&

46、lt;/p><p>　　(1) 核心協(xié)議，是藍牙協(xié)議的關(guān)鍵部分。包括基帶協(xié)議和其它低層鏈路功能的基帶/鏈路控制器協(xié)議；用于鏈路的建立、安全和控制的鏈路管理器協(xié)議LMP ；描述主機控制器接口的 HCI協(xié)議；支持高層協(xié)議復(fù)用、幀的組裝和拆分的邏輯鏈路控制和分配協(xié)議L2CAP ；發(fā)現(xiàn)藍牙設(shè)備提供服務(wù)的 SDP協(xié)議等。</p><p>　　(2) RFCOMM電纜替代協(xié)議。它是一種仿真協(xié)議 , 在藍牙

47、基帶協(xié)議上仿真 RS - 232 控制和數(shù)據(jù)信號 , 為上層協(xié)議提供服務(wù)。</p><p>　　(3) TCS BIN 電話控制協(xié)議。它是面向比特的協(xié)議 , 定義藍牙設(shè)備間建立數(shù)據(jù)和話音呼叫的控制信令和處理藍牙 TCS設(shè)備群的移動管理進程 ，其AT控制命令集是定義在多用戶模式下控制移動電話、調(diào)制解調(diào)器和用于仿真的命令集。</p><p>　　(4) 與 Internet 相關(guān)的高層協(xié)議。它

48、定義了與Internet 相關(guān)的 PPP、UDP、TCP/ IP協(xié)議及無線應(yīng)用協(xié)議 WAP。</p><p><b>　　核心協(xié)議</b></p><p>　　(1) 基帶層協(xié)議。藍牙技術(shù)協(xié)議體系內(nèi)基帶層位于發(fā)射層之上 , 在LMP 協(xié)議之下 , 基帶設(shè)備收到來自上層LMP的信號后 , 經(jīng)基帶層處理再傳輸?shù)桨l(fā)射層。基帶層決定和展示了藍牙的空中接口。同時 , 它還定義了

49、設(shè)備之間相互查找的過程以及建立連接方式?；鶐右惨?guī)定了支持同步和異步業(yè)務(wù)的各種分組類型 , 同時定義了各式各樣的分組處理過程 , 包括檢錯、糾錯、信號白化、加密、分組的傳輸和重傳。</p><p>　　(2) LMP協(xié)議。鏈路管理器協(xié)議 (LMP) 的消息主要用于鏈路的建立、安全和控制。這些消息在凈荷中傳輸。LMP協(xié)議層位于基帶層的上層, LMP接受來自更高層的協(xié)議的指令, 向下傳遞到基層。 LMP層的主要工作是

50、建立與管理LMP連接, 具有下列功能：主從網(wǎng)絡(luò)管理、鏈路設(shè)置和安全功能。</p><p>　　(3) L2CAP協(xié)議。邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP) 是位于基帶層上的協(xié)議 , 必須能夠接受來自基帶層產(chǎn)生的事件 , 并能把這些事件發(fā)往上層的SDP、RFCOMM、TSC BIN 協(xié)議 , 同時它也能夠?qū)⑸蠈拥膮f(xié)議與訪問分割成較小的包后 , 通過基帶層的信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)程設(shè)備。L2CAP 負(fù)責(zé)高層協(xié)議復(fù)用、提取 MT

51、U、組管理 , 以及將服務(wù)質(zhì)量信息傳遞到鏈路層次。</p><p>　　(4) SDP協(xié)議。服務(wù)搜索協(xié)議(SDP) 提供應(yīng)用發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)，以及確定可用的服務(wù)特點的方法。SDP 協(xié)議提供很多服務(wù) , 如為客戶提供查詢功能 , 允許根據(jù)服務(wù)的特殊屬性進行所需的服務(wù)查詢；允許根據(jù)服務(wù)類型發(fā)現(xiàn)服務(wù)；能夠瀏覽服務(wù) , 無需事先知道這些服務(wù)的特性；對服務(wù)、服務(wù)類型和服務(wù)屬性提供唯一的標(biāo)示；允許一個設(shè)備上的客戶直接發(fā)現(xiàn)另外設(shè)

52、備上的服務(wù) , 無需查詢第三方設(shè)備等等。</p><p>　　2.1.2 信息家電控制系統(tǒng)總體設(shè)計思路</p><p>　　我們的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以家居服務(wù)器為核心的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系和信息交換，在家庭內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間需要一個家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway, 簡寫為RG)。圖2.1.2-1顯現(xiàn)了基于家居服務(wù)器的家庭網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。</p&g

53、t;<p>　　圖2.1.2-1 以家居服務(wù)器為基礎(chǔ)的家庭網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　在家庭網(wǎng)絡(luò)中，信息家電要想進入網(wǎng)絡(luò)，首先要進行家電注冊，找到自己的身份，把自己的信息痕跡留在家居服務(wù)器中，以便操作板通過家居服務(wù)器對信息家電進行控制。在網(wǎng)絡(luò)中，無線通信的環(huán)節(jié)有兩個，第一環(huán)節(jié)，家具服務(wù)器和信息家電之間的通信；第二環(huán)節(jié)，操作板和家居服務(wù)器之間的通信。兩個環(huán)節(jié)使用的無線通信技術(shù)均為藍牙技術(shù)，也

54、就是說藍牙主要被用3種設(shè)備上：家居服務(wù)器、信息家電和操作板。由于在家庭網(wǎng)絡(luò)中采用胖服務(wù)器--瘦客戶機的體系結(jié)構(gòu)，因此操作板對信息家電的控制一定是通過家居服務(wù)器來完成。圖2.1.2-2是家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2.1.2-2 家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在家居服務(wù)器上設(shè)置，使音箱、燈光、冰箱、洗衣機、空調(diào)對應(yīng)編號為1、2、3、4、5，操作班上的編號也與之相對應(yīng)

55、。</p><p>　　對于音箱的控制有：(1)音樂的選擇 (2)音量的大小 (3)音效 </p><p>　　對于燈光的控制有：(1)明暗程度 (2)房間的號碼 (3)自動調(diào)整 </p><p>　　對于冰箱的控制有：(1)食物的儲存種類 (2)每種食物的數(shù)量 (3)放入的天數(shù) </p><p>　　對于洗衣機的控制有：(1)洗衣時間的

56、長短 (2)甩干時間的長短 </p><p>　　對于空調(diào)的控制有：(1)自動調(diào)整 (2)手動調(diào)整</p><p>　　當(dāng)我們想了解冰箱中食物的種類時，可以按操作板3號鍵，配合控制鍵進入對操作板的控制狀態(tài)，然后再按操作板1號鍵，這樣控制信息就發(fā)送出去了，等待信息家電返回狀態(tài)信息即可，操作板的模式類似于手機，只是結(jié)構(gòu)相對簡單，有個小的屏幕配合按鍵來操作。以上對每種信息家電的控制還可以通過家居

57、服務(wù)器設(shè)置增加新的項目，也可以在網(wǎng)絡(luò)中隨時增加新的家電。</p><p>　　我們之所以選擇胖服務(wù)器--瘦客戶機的體系結(jié)構(gòu)，是有原因的。如果采用直接控制家電的方式，那樣勢必將會提高對單個家電信息處理能力和網(wǎng)絡(luò)功能的要求，同時，這種控制方式安全性不好，由此引入家居服務(wù)器來完成家庭網(wǎng)關(guān)的功能和對家電的集中控制?？刂葡到y(tǒng)由人機交互端(遠(yuǎn)端PC和操作板)、家居服務(wù)器、信息家電三部分組成，連接關(guān)系如圖2.1.2-3所示：&

58、lt;/p><p>　　圖2.1.2-3 信息家電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（虛線微無線通信）</p><p>　　按通信的主動性的需要，這三部分組成藍牙樹狀散射網(wǎng)，這種樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以減少對傳輸時隙的爭奪和路由的開銷。按系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以劃分出兩個微微網(wǎng)： 操作板和家居服務(wù)器、家居服務(wù)器和信息家電。家居服務(wù)器作為兩個微微網(wǎng)的橋節(jié)點，分時從事著不同的設(shè)備角色：它和操作板通信時作為從設(shè)備，和信息家電通信時作

59、為主設(shè)備。其中家居服務(wù)器和信息家電組成的藍牙子系統(tǒng)是家庭網(wǎng)絡(luò)中的最小控制單元。人機交互端作為用戶控制家電的人機界面，只負(fù)責(zé)輸入和顯示。對用戶信息的認(rèn)證、家電的注冊和對家電的綜合控制功能都上遷到家居服務(wù)器上完成。信息家電資源有限，所以盡可能地將數(shù)據(jù)處理和所需的存儲器也都上遷到家居服務(wù)器上實現(xiàn)，家電上只設(shè)置通訊接口，處理與家居服務(wù)器的信息交互。</p><p>　　2.2 家庭網(wǎng)絡(luò)藍牙子系統(tǒng)的硬件分析</p&

60、gt;<p>　　實際中藍牙芯片采用CSR公司的BlueCore2芯片。英國CSR(Cambridge Silecon Radio)公司是世界主要的藍牙芯片供應(yīng)商之一。在所有正規(guī)的藍牙產(chǎn)品中，大約有60%都采用了CSR公司的Blue Core系列藍牙芯片。圖2.2-1為BC 02 芯片結(jié)構(gòu)圖[1]：</p><p>　　圖2.2-1 BC 02 芯片結(jié)構(gòu)圖：</p><p>

61、　　藍牙通信是面向連接的點對點或點對多點通信，要求兩端的通信設(shè)備都具有全雙工通信能力的藍牙模塊。一般的完整的藍牙模塊都固化了無線收發(fā)層、基帶層、鏈路管理層和主機控制器接口層協(xié)議，但是主機和主機控制器完全分離，所以要外加設(shè)備作為藍牙主機。 在家居服務(wù)器端，藍牙模塊通過串口與家居服務(wù)器相連，家居服務(wù)器作為藍牙主機。在信息家電端，通過藍牙模塊的串口外擴一個MCU作為藍牙的主機，同時也作為信息家電控制信號的處理中心。藍牙子系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理框圖

62、如圖2.2-2所示：</p><p>　　圖2.2-2 藍牙子系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理框圖：</p><p>　　上面用到了MAX232芯片，它是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路電壓轉(zhuǎn)換芯片，將電壓轉(zhuǎn)換成可以和電腦串口匹配的電壓。</p><p>　　單片機和藍牙模塊之間是基于HCL層來實現(xiàn)信息傳輸?shù)?。在藍牙的實現(xiàn)方案中, 一般電纜替代層協(xié)議、無線接口層

63、、基帶層、鏈路管理協(xié)議層是以硬件、固件出現(xiàn)的, L2CA P 層及以上的協(xié)議，由于因自身任務(wù)的復(fù)雜性、多樣性, 則以主機軟件方式實現(xiàn)。二者之間的消息和數(shù)據(jù)的接口是HCI 。藍牙標(biāo)準(zhǔn)對HCI定義如下：HCI是一個調(diào)用和訪問基帶控制器，鏈路控制器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口，這一接口提供了一個訪問藍牙基帶功能的統(tǒng)一方法。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，HCI層是最值得注意的。HCI層之所以重要，是因為可以實現(xiàn)主機設(shè)備與藍牙模塊之間的互操作, 也就

64、是說HCI層是藍牙協(xié)議中軟硬件之間的接口。藍牙為應(yīng)用提供的無線傳輸功能, 在用戶看來, 就是HCI規(guī)范中的對應(yīng)指令所體現(xiàn)的功能。可以這么說， 今后藍牙技術(shù)的應(yīng)用，除了用量極大、對成本要求極嚴(yán)格的場合, 都會和當(dāng)前各種功能性模塊一樣, 以可編程接口器件的形式實現(xiàn)。 HCI接口是龐大復(fù)雜的藍牙協(xié)議體系中唯一必須掌握的部分, 這對應(yīng)用者來說是十分方便的。</p><p>　　第3章 家庭網(wǎng)絡(luò)中藍牙子系統(tǒng)的軟件分析&l

65、t;/p><p>　　3.1 信息家電網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)</p><p>　　實現(xiàn)在Web服務(wù)器上的家電控制功能時，系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖3.1-1所示。</p><p>　　圖3.1-1 信息家電網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)</p><p>　　邏輯上的主網(wǎng)關(guān)由Web服務(wù)器、CGI程序、LAC(應(yīng)用間進程)駐留進程組成。Web服務(wù)器與CGI程序負(fù)責(zé)為

66、客戶瀏覽器提供靜態(tài)、動態(tài)的HTTP頁面。由于CGI程序只在用戶點擊后的瞬間執(zhí)行，如果直接由CGI程序與子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的主程序通信，則每次CGI程序被運行都要執(zhí)行與主程序建立Socket連接的操作，這將大大增加主程序的復(fù)雜程度和網(wǎng)關(guān)的運行負(fù)擔(dān)，使用戶感覺到網(wǎng)頁的響應(yīng)變慢?？梢允褂靡粋€IAC駐留進程負(fù)責(zé)接收CGI程序發(fā)出的控制命令，并與子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)程序交互。該進程在系統(tǒng)啟動時，緊跟子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主程序啟動，在整個網(wǎng)關(guān)運行期間一直存在。</p>

67、<p>　　邏輯上的子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由USB驅(qū)動模塊、虛擬串口驅(qū)動模塊、TCP/PI/PPP組件、配置管理程序、設(shè)備描述文件及注冊表、子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主程序組成。</p><p>　　3.2 信息家電網(wǎng)關(guān)的協(xié)議架構(gòu)</p><p>　　由此，無線藍牙通信存在于兩部分，一部分是信息家電網(wǎng)關(guān)和移動控制終端之間，另一部分是信息家電網(wǎng)關(guān)和信息家電之間。用戶在室內(nèi)使用移動控制終端進行信息家電設(shè)備控

68、制，協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3.2-1所示：</p><p>　　圖3.2-1 移動控制終端與信息家電通信的協(xié)議結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)用戶打開移動控制終端電源的時候，移動控制終端的用戶界面就會顯示出來，用戶界面上顯示了當(dāng)前在移動控制終端所在信息家電控制子網(wǎng)中的所有家電。同時，移動控制終端會發(fā)出一組查詢命令，逐個查詢信息家電控制子網(wǎng)中所有的信息家電控制子網(wǎng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，收到返回信息后顯示各個家

69、電的狀態(tài)參數(shù)。選擇用戶界面上要控制的家電圖標(biāo)，可以進入此家電的控制界面。控制界面上顯示了此家電的所有控制選項，選擇想要進行相應(yīng)控制的選項，移動控制終端設(shè)備根據(jù)用戶的選擇和設(shè)備描述文件生成UDCP數(shù)據(jù)幀，傳給藍牙通信模塊，由藍牙鏈路將UDCP幀傳輸給信息家電子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的UDCP層，在由信息家電子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳給信息家電設(shè)備的應(yīng)用層，信息家電設(shè)備應(yīng)用層得到控制此設(shè)備的相應(yīng)控制命令和有效參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作。在動作完成后，返回給移動控制終端相應(yīng)的反饋

70、信息，反饋信息指示了當(dāng)前該家電的現(xiàn)行狀態(tài)。如果移動控制器在一段時間間隔后沒有得到相應(yīng)的反饋信息，則進入重發(fā)功能，索取此次控制的反饋信息。當(dāng)移動控制終端接收到反饋信息后，更新該家電的用戶界面，并顯示當(dāng)前的運行狀態(tài)。這是用戶在信息家電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過移動控制終端控制信息家電的一次通信過程。</p><p>　　用戶從Web上訪問信息家電網(wǎng)關(guān)，控制家電設(shè)備，協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3.2-2所示：</p><p>

71、;　　圖3.2-2 Web與信息家電通信的協(xié)議結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)用戶通過因特網(wǎng)登錄到信息家電網(wǎng)關(guān)時，就可以進入信息家電網(wǎng)絡(luò)的控制界面，界面出現(xiàn)當(dāng)前信息家電控制子網(wǎng)設(shè)備，點擊要控制的家電設(shè)備的圖標(biāo)，可以進入對應(yīng)家電的控制界面?？刂平缑嫔巷@示了該家電的所有控制選項，用戶點擊想要進行相應(yīng)控制的選項，被控設(shè)備根據(jù)用戶的命令執(zhí)行相應(yīng)的動作，在此動作完成后，返回給網(wǎng)關(guān)相應(yīng)的反饋信息，反饋信息指示了當(dāng)前該家電的現(xiàn)行

72、狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)接收到反饋信息后，更新該家電的網(wǎng)絡(luò)界面，顯示當(dāng)前的運行狀態(tài)。這是用戶通過外部網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過信息家電主網(wǎng)，子網(wǎng)通信協(xié)議控制信息家電設(shè)備的一次通信過程。</p><p>　　3.3 軟件編程及非對等層通信問題</p><p>　　實際中的軟件編程(包括對藍牙芯片寄存器的設(shè)置)主要通過專業(yè)藍牙編程軟件Bluelab等來實現(xiàn)。編程語言不算簡單，可能和C語言有相通之處吧。實際中藍牙模塊主

73、要與家庭網(wǎng)絡(luò)主機、客戶端或是移動控制器的串口相連，通過藍牙無線技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給另一個或幾個藍牙模塊。</p><p>　　家居服務(wù)器(PC機，MAX232和藍牙芯片組成)上的藍牙應(yīng)用是基于開放協(xié)議棧 BlueZ 開發(fā)的。BlueZ是一種結(jié)構(gòu)簡單、高度模塊化的、有較強兼容性(支持大多數(shù)廠商的不同型號的藍牙模塊)的開放藍牙協(xié)議棧。它實現(xiàn)了藍牙協(xié)議的主機控制器接口(HCI層)和邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)層，B

74、lueZ已經(jīng)嵌入到高版本Linux內(nèi)核中。為了降低人機接口的開發(fā)難度，家居服務(wù)器采用在Linux操作系統(tǒng)下安裝BlueZ，配合藍牙模塊，基于 L2CAP 層建立相關(guān)協(xié)議的方式進行開發(fā)。而信息家電由于處理器資源有限，只能在藍牙模塊固化的 HCI 層上直接開發(fā)，從而產(chǎn)生了必須解決的非對等層通信的問題。</p><p>　　家居服務(wù)器基于 L2CAP 層開發(fā)，而信息家電開發(fā)是在HCI層，為了解決非對等層通信問題，就需要

75、提升家電實現(xiàn)的協(xié)議層，考慮到家電處理器資源的限制，只能實現(xiàn)部分L2CAP 層協(xié)議以滿足通訊的需要，即這里只要實現(xiàn)兩條L2CAP層信令就能滿足需求。 由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是控制信號和狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)量很小，所以將數(shù)據(jù)加載于 L2CAP 層(數(shù)據(jù)包具體格式如圖)的信令L2PING中。在HCI層上建構(gòu)簡化的 L2CAP層協(xié)議的具體實現(xiàn)方法：單片機將收到的含控制指令的 HCI 數(shù)據(jù)分組(數(shù)據(jù)包格式如圖)解包，按 L2CAP 的請求數(shù)據(jù)包格式進行分析，分

76、離出控制指令；單片機應(yīng)答服務(wù)器，返回家電狀態(tài)信息，將狀態(tài)信息先打包成 L2CAP 的應(yīng)答數(shù)據(jù)包格式，再封裝成HCI的數(shù)據(jù)分組傳送給藍牙模塊。</p><p>　　L2CAP數(shù)據(jù)包格式:</p><p>　　第一行：L2CAP頭部 第二行：信令頭部 第三行：信令數(shù)據(jù)</p><p>　　HCL數(shù)據(jù)分組格式:</p><p>　　3.4

77、 服務(wù)器的主要功能</p><p>　　如果把家居服務(wù)器看作主機的話，那么它在家庭網(wǎng)絡(luò)中要實現(xiàn)的主要功能可是很多了：</p><p>　　(1) 能夠與家庭網(wǎng)絡(luò)客戶端(信息家電)之間相互通信。要把控制信息傳遞給客戶端，客戶端也要把自己的工作狀態(tài)告訴主機，這就需要主機和客戶端之間能夠進行雙向(采用全雙工通信的藍牙模塊)無線的通信。為了增加家庭網(wǎng)絡(luò)的普及性并降低家庭網(wǎng)絡(luò)的成本，家庭網(wǎng)絡(luò)中主

78、機和客戶端的通信最好用普及性高，接口簡單并有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)，成本低的通信技術(shù)。不止一次的提到，在此，更適合的無線通信技術(shù)一定是藍牙技術(shù)了，當(dāng)然，還需要其他的相關(guān)技術(shù)做支援。主機和客戶端分別與藍牙電路板用串口相連，藍牙模塊之間采用藍牙技術(shù)進行無線短距離的通信。</p><p>　　(2) 能夠記錄自己控制范圍內(nèi)的的客戶端及和可以控制的方式。主機要對客戶端進行控制，就必須知道要控制誰和要控制什么，因此在主機中要記錄這些信

79、息。同時，一些控制信息，比如空調(diào)的溫度變化范圍、電視的音量范圍等，也要在主機中記錄。</p><p>　　(3) 能夠顯示客戶端的狀態(tài)。主機要對客戶端進行有效的控制，就必須知道</p><p>　　客戶端當(dāng)前的工作狀態(tài)。這樣一方面可以及時改正家庭網(wǎng)絡(luò)使用者的不當(dāng)操作，避免不必要的損失，又可以減少重復(fù)操作的次數(shù)，省去很多麻煩?；旧弦龅?，我讓你做什么你就做什么(權(quán)限范圍以內(nèi))，你做了什么我

80、會知道。</p><p>　　(4) 能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)其他特殊的要求。遠(yuǎn)程控制是家庭網(wǎng)絡(luò)的一個非常有用的功能。研究中采用Internet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。隨著人們對家居生活質(zhì)量的進一步提高，必會對家庭網(wǎng)絡(luò)主機有新的要求，主機要能滿足這些要求。</p><p>　　家庭網(wǎng)絡(luò)中主機對客戶端的通信主要包括客戶端工作狀態(tài)初始化、查詢客戶</p><p>　　端的工作狀態(tài)、主

81、機對客戶端工作狀態(tài)的控制等。</p><p>　　圖3.4-1 客戶端工作狀態(tài)初始化</p><p>　　(1) 客戶端工作狀態(tài)的初始化：是指主機剛開始工作時，要對客戶端的工作</p><p>　　狀態(tài)進行記錄；或是新的客戶端入網(wǎng)時，要對新的客戶端的工作狀態(tài)進行記錄，</p><p>　　以便主機之后對其進行控制。對前一種情況，主機開始工作

82、時，發(fā)送開始工作的信號，客戶端收到這個信號之后，將自己的工作狀態(tài)發(fā)送給主機，主機收到其工作狀態(tài)的信息之后更新數(shù)據(jù)和自己的顯示，并發(fā)送一個代表已收到的消息給客戶端，客戶端收到這個消息則結(jié)束通信，否則客戶端重新發(fā)送自己的工作狀態(tài)給主機。如圖3.4-1所示。對后一種情況，首先要在主機登記新加入的客戶端的信息，包括識別信息、可控制的項目和范圍等。在設(shè)定完這些信息后，主機會向客戶端發(fā)送一個查詢信息，下面的過程和前一種情況相同。</p>

83、<p>　　(2) 查詢客戶端的工作狀態(tài)：為了保證主機對客戶端的控制準(zhǔn)確，主機要定</p><p>　　時對客戶端的工作狀態(tài)進行查詢，客戶端提交自己的工作狀態(tài)后，主機及時修改</p><p>　　自己相應(yīng)的顯示狀態(tài)，保證主機的顯示和客戶端的工作狀態(tài)一致。具體的通信流</p><p>　　程為：主機發(fā)送查詢信息，如沒收到客戶端的反饋信息則重發(fā)；客戶端接到

84、查詢</p><p>　　信息后，對主機發(fā)送自己的工作狀態(tài)，如未收到主機的結(jié)束通信的消息則重發(fā)；</p><p>　　主機收到客戶端的工作狀態(tài)信息后發(fā)送結(jié)束通信的消息；客戶端收到主機發(fā)來的</p><p>　　結(jié)束通信的消息結(jié)束通信。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3.4-2 主機查詢客戶機的工作狀態(tài)的通信流程圖</p>

85、<p>　　(3) 主機對客戶端工作狀態(tài)的控制：通信過程中，主機首先發(fā)出控制動作，并發(fā)送控制信息，如客戶端無反應(yīng)重新發(fā)送；客戶端收到控制信息，改變自己的工作狀態(tài)，并發(fā)送收到消息，如之后未收到主機的結(jié)束通信消息則重新發(fā)送；主機收到客戶端發(fā)來的收到控制信息的消息，更新自己的相應(yīng)的顯示狀態(tài)，并向客戶端發(fā)送結(jié)束本次通信的消息；客戶端收到主機的結(jié)束本次通信的消息后，通信結(jié)束。如圖3.4-3所示：</p><p>

86、;　　圖3.4-3 主機對客戶端工作狀態(tài)的控制的通信流程圖</p><p>　　3.5 散射網(wǎng)通信</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)采用的是藍牙散射網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于操作板對家電的控制具有突發(fā)性和主動性，所以操作板作為主設(shè)備，家居服務(wù)器作為從設(shè)備。家居服務(wù)器需要傳遞控制指令，而家電在執(zhí)行完受控操作之后才返回狀態(tài)信息，這時連接的主動權(quán)由家居服務(wù)器掌握，所以家居服務(wù)器作為主設(shè)備，家電作為從設(shè)備。

87、</p><p>　　如果橋節(jié)點采用支持散射網(wǎng)的藍牙芯片， 硬件上支持雙跳頻序列，與兩個微微網(wǎng)的連接共存，兩個微微網(wǎng)間數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)不中斷，由硬件和固化在模塊中的藍牙底層協(xié)議來完成。可是目前國內(nèi)出售的主流藍牙芯片大都不支持藍牙散射</p><p>　　網(wǎng)。使用這樣的芯片就需要解決兩個微微網(wǎng)間數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)問題。 網(wǎng)絡(luò)采用兩次連接并配合類似網(wǎng)橋技術(shù)的方案變通地解決了這個問題。 操作板與家居服

88、務(wù)器的連接在接收完控制信息之后斷開，緊接著服務(wù)器上的藍牙與家電建立連接，在應(yīng)用層上實現(xiàn)藍牙協(xié)議中橋節(jié)點的分時通訊，取代了藍牙芯片上以硬件和固化底層協(xié)議棧來實現(xiàn)的方法。由于建立連接耗時，必然帶來傳輸?shù)难舆t。家居服務(wù)器充分利用這段延遲時間，開辟多線程運行橋程序，完成其他協(xié)議格式向家電控制協(xié)議數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。圖3.5-1描述了控制過程中所涉及部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以及每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的觸發(fā)條件。</p><p>　　圖3.5

89、-1 狀態(tài)機轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　3.6 家電注冊</p><p>　　新家電通過家電注冊可以方便的加入現(xiàn)存的家庭網(wǎng)絡(luò)。而藍牙的SDP(服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議)需要建立在L2CAP層上，家電處理器資源限制，不能實現(xiàn)完整的 L2CAP 層協(xié)議，所以家電上設(shè)計了基于 HCI 層的注冊程序和注冊信息。通過設(shè)置操作板的家電注冊界面， 使家居服務(wù)器進入新家電搜索狀態(tài)，同時將新家電設(shè)置成可發(fā)現(xiàn)狀態(tài)。

90、家居服務(wù)器發(fā)現(xiàn)新設(shè)備后與其建立藍牙 HCI 鏈路，發(fā)出注冊命令，家電進入注冊程序，將注冊信息發(fā)送給家居服務(wù)器，家居服務(wù)器根據(jù)注冊信息中提供的下載源信息下載驅(qū)動程序， 并且將注冊信息分析后送操作板顯示。注冊信息數(shù)據(jù)格式如圖。 條形碼信息低 13 位用商標(biāo)注冊的 EAN-13 碼表示，高三位補0。下載源類別標(biāo)識驅(qū)動程序下載源是光盤(0x01)或網(wǎng)址(0x02) 驅(qū)動下載源信息包括下載驅(qū)動程序的具體網(wǎng)址或者驅(qū)動光盤名稱以及驅(qū)動程序的存貯路徑。

91、</p><p>　　表3.6-1 家電注冊信息數(shù)據(jù)表格：</p><p>　　第4章 信息家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測試</p><p>　　評價局域網(wǎng)性能的技術(shù)指標(biāo)主要是信息吞吐率、平均報文延遲時間、系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間、系統(tǒng)報文的平均隊列長度、最大工作站數(shù)、網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大距離和可靠性等。其中最重要的兩個技術(shù)指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延遲時間。</p><p&

92、gt;　　網(wǎng)絡(luò)吞吐量: 有時候也被稱作吞吐率。表示信道傳送信息的時間也就是有效時間,與信道總的可用時間的比值。這里的有效時間一般不包括傳輸沖突、調(diào)度周期之類的開銷時間。</p><p>　　延遲時間: 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、接收一個完整的報文或一段信息所用的時間。通常情況下所說的某個網(wǎng)絡(luò)的延遲都是指統(tǒng)計平均量。延遲時間是隨著負(fù)載的增大而增大的，因此一般給出延遲--負(fù)載的變化曲線圖來說明網(wǎng)絡(luò)延遲性能的優(yōu)劣。</p>

93、<p>　　利用網(wǎng)絡(luò)測試儀對信息家庭網(wǎng)絡(luò)進行測試，使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀通過標(biāo)準(zhǔn)RFC2544測試方法測試系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)時延，測試采用3個典型包長：64字節(jié)、512字節(jié)、1518字節(jié)，測試流量采用系統(tǒng)吞吐量的90％，測試時間設(shè)置為30秒，每種包長測試一次。記錄結(jié)果應(yīng)包括平均轉(zhuǎn)發(fā)延時、最大轉(zhuǎn)發(fā)時延和最小轉(zhuǎn)發(fā)時延。 </p><p>　　然后把測試數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)正常運行時應(yīng)該存在的數(shù)據(jù)進行比對，主要是看數(shù)據(jù)

94、傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和延遲時間是否達到要求。值得注意的是，現(xiàn)在家庭中基本都有使用微波爐，國際上規(guī)定用于加熱和干燥的微波頻率有4段，分別為:L段，頻率890MHz～940MHz；S段，頻率為2.4GHz～2.5GHz；C段，頻率為5.725GHz～5.875GHz；K段，頻率為2.2GHz～2.225GHz。而家用微波爐的頻段為L段和S段，其中又以S段居多，微波爐的額定微波頻率是2450MHz。這一頻率，恰好和藍牙的工作頻率2.4GHz相近，而家

95、用微波爐的功率則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般信息家電的功率，即使屏蔽得再好，正在使用的微波爐對信息家庭網(wǎng)絡(luò)的影響也是巨大的，所以如果測試參數(shù)與正常值相差很大時，要考慮到這一點。遠(yuǎn)離正在工作的微波爐5米，基本就可以避免強烈干擾。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高, 傳統(tǒng)的家用電器已經(jīng)逐漸無法滿足現(xiàn)代家庭的需求，一方面, 傳統(tǒng)的家電

96、無法自動獲取外界的信息, 形成信息的孤島, 另一方面, 不同的家電之間互相獨立，無法協(xié)同工作。 為了解決這些問題, 出現(xiàn)了利用計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù), 使傳統(tǒng)家電智能化并具有網(wǎng)絡(luò)信息終端功能的信息家電。整個社會正在向數(shù)字化、 信息化、 網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展， 通訊行業(yè)、 家電行業(yè)、電腦行業(yè)三者間的不斷融合已經(jīng)是技術(shù)進步的必然趨勢。由于受限于家庭空間的困擾，無線接入技術(shù)已經(jīng)漸漸被人們所發(fā)現(xiàn)，藍牙作為一個很有競爭力的小范圍無線通信協(xié)議，在家庭

97、網(wǎng)絡(luò)和信息家電的發(fā)展中將起著不可忽視的作用。</p><p>　　藍牙技術(shù)是一種低成本、 低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合于短距離的無線網(wǎng)絡(luò)組建。本文提到的無線接入技術(shù)就是藍牙技術(shù)。</p><p>　　我們所涉及到的組網(wǎng)，是利用藍牙技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)的融合，并不是真正意義上的無線組網(wǎng)，而實際中的網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)是無線和有線技術(shù)的結(jié)合使用，很少有純粹的無線，而真正的無線家庭網(wǎng)絡(luò)就更少了。不過隨著科學(xué)技

98、術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，無線網(wǎng)絡(luò)代會逐漸的，一步一步的代替有線網(wǎng)絡(luò)的，而成為人們的寵兒。而藍牙技術(shù)也會發(fā)揮它自己的優(yōu)勢，成為家庭網(wǎng)絡(luò)的必不可少的一部分。現(xiàn)在最常見的藍牙技術(shù)是學(xué)生之間用手機傳歌和圖片，藍牙耳機，藍牙鼠標(biāo)等。不久的將來可能就見不到音響線，電話線，閉路線，鍵盤線了，人們就不會被錯綜繁復(fù)的線路所困擾了。</p><p><b>　　致謝</b></p>

99、<p>　　時間過得真快，一轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了。借此機會向大學(xué)四年中教育，指導(dǎo)過我的老師說一聲謝謝，向幫助我學(xué)習(xí)的宿舍舍友和同班同學(xué)說一聲謝謝。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計的題目我選的是鄭老師的，題目為：無線接入技術(shù)以及在信息家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，在這次畢業(yè)設(shè)計中，指導(dǎo)老師鄭老師非常細(xì)心，給我推薦了做設(shè)計要用到的一些資料，告訴我什么時期要做些什么，指導(dǎo)我一些有難度的計算機操作。在此，我向我

100、的指導(dǎo)老師鄭華以衷心的感謝和崇高的敬意。在寫畢業(yè)論文期間，鄭老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)以及豐富的專業(yè)知識使我受益終生，他孜孜不倦的教誨我將永遠(yuǎn)銘記在心。同時同宿舍的李所林同學(xué)，郭志光同學(xué)在資料搜集方面和畫圖方面給予了我很大的幫助，讓我在寫論文的時候省去了許多不必要的麻煩。</p><p>　　大學(xué)的四年，不但讓我長了很多的知識，而且教會了我許多做人的道理，一個人在外面，有許多事都是靠同學(xué)和老師幫忙的，

101、老師和同學(xué)給了我一種近似于家的感覺，在電信05通信的大家庭中，我們成長了，但是成長了也就要畢業(yè)了，現(xiàn)在時常會回想起大一剛來時候的情景，只是覺得好像就在昨天一樣。天下沒有不散的宴席，我們05一級就要畢業(yè)了，希望大家都有個好的前程。</p><p>　　在此，還是要感謝一下北方民族大學(xué)，電氣信息工程學(xué)院，05通信班，感謝電信老師的培養(yǎng)，指導(dǎo)老師鄭華的細(xì)心指導(dǎo)。我會努力工作，以良好的表現(xiàn)來回報學(xué)校，老師和社會的。<

102、;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].韓江洪，黃麗，《家庭網(wǎng)絡(luò)中藍牙技術(shù)的研究與實現(xiàn)》，合肥工業(yè)大學(xué)，2003年9月</p><p>　　[2].徐殿國，牟英峰等，《家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2003年第5期</p><p>　　[3].韓江洪，段玲琳，張建軍，王景

103、華，《嵌入式信息家電中藍牙子系統(tǒng)的研究和開發(fā)》，合肥工業(yè)大學(xué)，2004年</p><p>　　[4].劉電霆，王蘭萍，牛秦洲，沈卓君，《藍牙技術(shù)及應(yīng)用》，桂林工學(xué)院學(xué)報，2003年第10期</p><p>　　[5].尹寶財，《寬帶無線接入技術(shù)》，中國鐵通淄博分公司，2009年第1期</p><p>　　[6].劉新，劉大茂，《基于藍牙技術(shù)的嵌入式信息家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)

104、計》，《現(xiàn)代電子技術(shù)》 2008 年第 10 期總第 273 期 </p><p>　　[7].張堯，黃布毅，黃道穎，《采用RF401的嵌入式信息家電無線通信接口設(shè)計》</p><p>　　鄭 州 輕 工 業(yè) 學(xué) 院 學(xué) 報，2002年第3期</p><p>　　[8].李偉，呂楊，《嵌入式信息家電平臺中的藍牙通信研究與實現(xiàn)》</p><p>

105、;　　昆明理工大學(xué)校報，2007年第5期</p><p>　　[9]. 柳平,張志 ，《基HCI實現(xiàn)藍牙模塊與單片機的通訊》 ，汕頭大學(xué)學(xué)報2003 年8 月第3 期</p><p>　　[10] . 張方奎，張春業(yè)，《短距離無線通信技術(shù)及其融合發(fā)展研究》，電測與儀表, 2007</p><p>　　[11]. 傲丹，方旭明，馬忠建 《無線網(wǎng)格網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用》，