躺上床了，卻想起忘記關(guān)窗戶，或是忘記關(guān)燈了？沒關(guān)系，你不必再拖著慵懶的身軀爬起來，只需要拿起枕邊的手機按幾個按鍵就可以了?？茖W家最近發(fā)明了一套利用藍牙系統(tǒng)連接的智能家居裝置，借助這套系統(tǒng)再利用系統(tǒng)配備的特制手機，你就可以輕松的“一機在手，掌控全家”了。

據(jù)研究人員介紹，該系統(tǒng)名為“自行組控藍牙網(wǎng)絡(luò)”。該網(wǎng)絡(luò)通過在家居環(huán)境中各個需要或開或關(guān)的裝置中都嵌入藍牙裝置來組建，無論是各個居室的窗戶或是燈，又或者是各類電器設(shè)備，只需要進行相應(yīng)的改進，便都可以納入該系統(tǒng)之內(nèi)。

而該系統(tǒng)配備的一個藍牙手機，則成為所有設(shè)備的遙控器。只要主人攜帶這部手機回到家中，手機就會通過藍牙裝置自動接入家居環(huán)境中的上述網(wǎng)絡(luò)，而無需進行有線連接或是其他的繁瑣操作。這樣，你只需要通過操作手機上簡單的幾個按鈕，便可以對家中的各類設(shè)備進行遙控了。

既然藍牙技術(shù)這么神奇，那讓我們走進它。

藍牙技術(shù)簡介

1. 藍牙簡介

藍牙技術(shù)是Ericsson移動通信公司在1994年開始啟動的，1998年5月，Ericsson聯(lián)合Nokia、Intel、IBM、Toshiba這4家公司一起成立了藍牙特別興趣小組（Special Interest Group，SIG），負責藍牙技術(shù)標準的制定、產(chǎn)品測試，并協(xié)調(diào)各國藍牙的具體使用。3Com、Lucent、Microsoft和Motorola很快加盟SIG，與SIG的5個創(chuàng)始公司一同成為SIG的9個倡導(dǎo)發(fā)起者。自藍牙規(guī)范1.0版推出后，藍牙技術(shù)的推廣與應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。截至目前，SIG的成員已經(jīng)超過了2500家，幾乎覆蓋了全球各行各業(yè)，包括通信廠商、網(wǎng)絡(luò)廠商、外設(shè)廠商、芯片廠商、軟件廠商等，甚至消費類電器廠商和汽車制造商也加入了SIG。

“藍牙（Bluetooth）是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式、安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通信。由于藍牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此，特別選用于小型的移動通信設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。

藍牙技術(shù)工作在全球通用的2.4GHz ISM頻段。從理論上講，以2.4GHz ISM頻段運行的技術(shù)能使用距30m以內(nèi)的設(shè)備互相連接，但實際上很難達到?，F(xiàn)階段，藍牙的發(fā)射范圍可達10m，可以同時實現(xiàn)8臺設(shè)備的相互聯(lián)通。當檢測到距離小于10m時，接收設(shè)備可動態(tài)地調(diào)節(jié)功能；當業(yè)務(wù)量減小或停止時，藍牙設(shè)備即可進入低功耗工作模式。

2.藍牙中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 跳頻技術(shù)

藍牙工作的頻段是全球通用的2.4GHz ISM頻段。該頻段對所有無線電系統(tǒng)都開放，因此，藍牙在使用過程中經(jīng)常會遇到不可預(yù)測的干擾源，例如手機、無繩電話、微波爐等。這使得藍牙系統(tǒng)的傳送錯誤率遠遠高于實際應(yīng)用水平，為此，采用跳頻技術(shù)是避免干擾的一項有效措施。

所謂跳頻技術(shù)，就是將整個頻帶分成若干跳頻信道（Hop Channel）。在一次連接中，藍牙芯片所控制的收發(fā)器按照一定的碼序列，不斷地從一個信道跳轉(zhuǎn)到另一個信道；而接收方也是按照相同的跳轉(zhuǎn)規(guī)律進行通信。這實際上屬于一種硬件加密手段，除非第三方掌握了接收雙方的切換信道干什么，否則，從理論上是無法完整獲得信息的，而干擾源也是不可能按同樣的規(guī)律進行干擾的。跳頻的瞬時帶寬很窄，但通過擴展頻譜技術(shù)，可以使這個窄帶寬被成倍地擴展成寬頻帶，使被干擾的可能性變得很小，由此就可以保證傳送的完整性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 糾錯技術(shù)

在藍牙技術(shù)中使用了三種糾錯方案：1/3比例前向糾錯碼（1/3FEC）、2/3比例前向糾錯碼（2/3FEC）和用于數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)（ARQ）方式。

1/3比例前向糾錯碼是一種較簡單的糾錯碼方式，屬于重復(fù)碼，實現(xiàn)時對每位信息重復(fù)三次。2/3比例前向糾錯碼是一種（15，10）精簡的漢明碼表示方法，用于部分分組。

使用ARQ方式，在一個時隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個時隙得到確認（或超時）信息。只有數(shù)據(jù)在接收端通過了報頭錯誤檢測和循環(huán)冗余檢測，被認為無錯后，才向發(fā)送端返回確認信息；否則，返回一個錯誤信息。

2.3 微微網(wǎng)

藍牙支持點對點和點對多點的通信，其最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)。微微網(wǎng)是通過藍牙技術(shù)連接起來的一種微型網(wǎng)絡(luò)，由一個主設(shè)備（Master）和若干個從設(shè)備（Slave）組成，且從設(shè)備最多為7臺。主設(shè)備負責通信協(xié)議的動作，而從設(shè)備則受控于主設(shè)備。一個微微網(wǎng)可以是2臺相連的設(shè)備，也可以是8臺連在一起的設(shè)備，所有設(shè)備單元均采用同一跳頻序列。

藍牙給每個微微網(wǎng)都提供了特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此，它允許大量的微微網(wǎng)同時存在。同一區(qū)域內(nèi)，多個微微網(wǎng)互聯(lián)形成了分散網(wǎng)。不同的微微網(wǎng)信道有不同的主單元，因而存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。

2.4 安全性

藍牙技術(shù)的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此，安全機制在藍牙技術(shù)中顯得尤為重要。雖然藍牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了一定的安全保障，但藍牙技術(shù)仍然需要在應(yīng)用層和鏈路層上提供安全措施。該措施將用于對等環(huán)境，即藍牙系統(tǒng)每個單元中設(shè)備的匹配和加密規(guī)則都將以同樣的方法實現(xiàn)。在鏈路層，藍牙使用四個參數(shù)來保證系統(tǒng)的安全性：每個用戶唯一的48位地址、用戶的128位驗證密鑰、用戶的8～128位加密密鑰、設(shè)備產(chǎn)生的一個128位隨機數(shù)RAND。

藍牙的低層安全是通過基帶和鏈路管理中的鑒權(quán)、匹配和加密完成的。

鑒權(quán)基于“競爭-應(yīng)答”算法，是藍牙系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個人的藍牙設(shè)備建立一個信任域。校驗器發(fā)送一個LMP-au-rand PDU分組給請求者，該PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）分組含有一個隨機數(shù)。請求者根據(jù)獲取的分組計算出應(yīng)答值，然后將應(yīng)答值發(fā)回給校驗器，驗證應(yīng)答值是否正確。

當兩臺設(shè)備無共用鏈接字時，則基于個人識別碼PIN和隨機數(shù)創(chuàng)建初始化字Kinit，這一過程為匹配。Kinit字在校驗器向請求者發(fā)出LMP-in-rand時創(chuàng)建，然后進行鑒權(quán)，共計算過程基于Kinit字，而不是鏈接字。通過鑒權(quán)后，鏈接字即被創(chuàng)建。

加密被用來保護連接中的個人信息，密鑰由程序的高層來管理。網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用程序，可以為用戶提供一個較強的安全機制，需要注意的是，加密字節(jié)不同于鑒權(quán)字。鑒權(quán)字具有靜態(tài)性，而一旦建立加密字，就由運行在藍牙設(shè)備上的具體應(yīng)用，來決定什么時候和是否需要修改加密字。

藍牙技術(shù)的協(xié)議標準

SIG 所頒布的藍牙規(guī)范（Specification of the Bluetooth System）就是藍牙無線通信協(xié)議標準，它規(guī)定了藍牙應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)遵循的標準和需要達到的要求。

藍牙規(guī)范包括核心協(xié)議（Core）與應(yīng)用框架（Profiles）兩個文件。協(xié)議規(guī)范部分定義了藍牙的各層通信協(xié)議，應(yīng)用框架指出了如何采用這些協(xié)議實現(xiàn)具體的應(yīng)用產(chǎn)品。藍牙協(xié)議規(guī)范遵循開放系統(tǒng)互連參考模型（Open System Interconnetion/Referenced Model, OSI/RM），從低到高地定義了藍牙協(xié)議堆棧的各個層次。

按照藍牙協(xié)議的邏輯功能，協(xié)議堆棧由下至上分為3個部分：傳輸協(xié)議、中介協(xié)議和應(yīng)用協(xié)議。其功能簡介如下：

1.傳輸協(xié)議

負責藍牙設(shè)備間相互確認對方的位置，以及建立和管理藍牙設(shè)備間的物理和邏輯鏈路。這一部分又進一步分為低層傳輸協(xié)議和高層傳輸協(xié)議。低層傳輸協(xié)議側(cè)重于語音與數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奈锢韺崿F(xiàn)以及藍牙設(shè)備的物理和邏輯鏈路。低層傳輸協(xié)議包括藍牙的射頻（Radio）部分、基帶與鏈路管理協(xié)議（Baseband & Link Manager Protocol, LMP）。高層傳輸協(xié)議包括邏輯鏈路控制的物理實現(xiàn)以及藍牙設(shè)備間的連接與組網(wǎng)。高層傳輸協(xié)議包括邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP）和主機控制器接口（Host Controller Interface, HCI）。這部分為高層應(yīng)用程序屏蔽了諸如跳頻序列選擇等低層傳輸操作，并為高層應(yīng)用傳輸提供了更加有效和更有利于實現(xiàn)的數(shù)據(jù)分組格式。

2.中介協(xié)議

為高層應(yīng)用協(xié)議或程序在藍牙邏輯鏈路上工作提供了必要的支持，為應(yīng)用層提供了各種不同的標準接口。這部分協(xié)議包括以下幾部分：

●串口仿真協(xié)議（RFCOMM）

基于歐洲電信標準化協(xié)會（European Telecommunication Standardization Institute, ETSI）的TS07.10標準制定。該協(xié)議用于模擬串行接口環(huán)境，使得基于串口的傳統(tǒng)應(yīng)用僅作少量的修改或者不做任何修改可以直接在該層上運行。

●服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol，SDP）

為實現(xiàn)藍牙設(shè)備之間相互查詢及訪問對方提供的服務(wù)。

●IrDA（Infrared Data Association）互操作協(xié)議

藍牙規(guī)范采用了IrDA的對象交換協(xié)議（OBEX），使得傳統(tǒng)的基于紅外技術(shù)的對象（如電子名片（vCard）和電子日歷（vCal）等）交換應(yīng)用同樣可以運行在藍牙無線接口之上。

●網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議

該部分協(xié)議包括點對點協(xié)議（Point to Point Protocol, PPP）、網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol, IP）、傳輸控制協(xié)議（Transfer Control Protocol, TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol, UDP）等，用于實現(xiàn)藍牙設(shè)備的撥號上網(wǎng)，或通過網(wǎng)絡(luò)接入點訪問Internet 和本地局域網(wǎng)。

●電話控制協(xié)議

該協(xié)議包括TCS、AT指令集和音頻。電話控制協(xié)議性能（Telephone Control Protocol Specification，TCS）是基于國際電信聯(lián)盟電信標準化部門（International Telecommunication Union-Telecommunication，ITU-T）的Q.931標準制定的，用于支持電話功能；藍牙直接在基帶上處理音頻信號（主要指數(shù)字語音信號），采用SCO鏈路傳輸語音，可以實現(xiàn)頭戴式耳機和無繩電話等的應(yīng)用。

3.應(yīng)用協(xié)議

是指那些位于藍牙協(xié)議堆棧之上的應(yīng)用軟件和其中所涉及的協(xié)議，包括開發(fā)驅(qū)動各種諸如撥號上網(wǎng)和通信等功能的藍牙應(yīng)用程序。藍牙規(guī)范提供了傳輸層及中介層定義和應(yīng)用框架，在傳輸層及中介層之上，不同的藍牙設(shè)備必須采用統(tǒng)一符合藍牙規(guī)范的形式；而在應(yīng)用層上，完全由開發(fā)人員自主實現(xiàn)。事實上，許多傳統(tǒng)的應(yīng)用都可以幾乎不用修改就在藍牙協(xié)議堆棧之上運行，如基于串口和OBEX協(xié)議的應(yīng)用。通常藍牙技術(shù)應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）函數(shù)的開發(fā)由開發(fā)工具的設(shè)計人員來完成，這樣有利于藍牙技術(shù)與各類應(yīng)用的緊密結(jié)合。

藍牙技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于藍牙技術(shù)的免布線、低成本、低功耗、高速率、高可靠性和兼容性等特點，使得基于藍牙技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能為人們所接受。

●家庭電器控制

嵌入了藍牙芯片的“信息家電”，也具有了網(wǎng)絡(luò)信息終端的功能，可以主動地發(fā)布、獲取和處理相關(guān)信息，使得個人家庭與現(xiàn)代信息社會的信息高速公路通信網(wǎng)緊密相連。可以設(shè)想一下，所有的信息家電通過一個遙控器來進行控制，既可以控制電視，也可以控制計算機和空調(diào)器，同時還可以用作無繩電話或者移動電話，甚至可以在這些信息家電之間共享有用的信息，在家庭內(nèi)部形成一個個人智能網(wǎng)絡(luò)。

●家庭流量計費

目前，大多數(shù)遠傳計量系統(tǒng)采用如下方式：在各個房間內(nèi)的遠傳表，通過專用的布線系統(tǒng)連接至各個節(jié)點流量控制器，再匯總到物業(yè)管理中心進行上位管理。在智能家居系統(tǒng)中如果采用了藍牙技術(shù)，就會出現(xiàn)新的三表遠傳流量計費系統(tǒng)的局面。

通過在支持藍牙的微芯片中置入相應(yīng)程序，并置入流量表中，可以去掉流量表與節(jié)點控制器之間的連線，使每個計量末端采用無線方式，降低系統(tǒng)由于線路損壞而帶來的系統(tǒng)故障，提高了系統(tǒng)的可靠性。

●安防系統(tǒng)

智能家居的基本目標為人們提供一個舒適、安全、方便和高效率的生活環(huán)境。這就需要一個安全的家庭體系，其中既包括人身和家庭財產(chǎn)的安全，也包括家庭設(shè)備的安全。為了實現(xiàn)這種安全體系，需要配備相關(guān)的防衛(wèi)措施，例如電子門禁、對講系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、玻璃破檢測報警系統(tǒng)、室內(nèi)跑水檢測與報警系統(tǒng)、室內(nèi)有毒/害氣體的檢測等。

報警控制器連接至社警鈴、報警指示燈、電話，若報警，可按預(yù)先設(shè)置的若干個電話號碼，自動拔通進行報警，并報出家中具體是哪個系統(tǒng)報警了。

藍牙技術(shù)可以使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛。

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文