摘 ?要：近年來信息技術(shù)在民用領(lǐng)域取得飛速發(fā)展，各種智能家居產(chǎn)品紛紛出現(xiàn)，為我們提供了舒適、便捷、健康、安全、低碳的生活。本文簡要介紹了什么是藍牙技術(shù)以及它的技術(shù)特點，智能家居的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，總結(jié)了藍牙技術(shù)應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)中的優(yōu)勢和不足。

關(guān)鍵詞：藍牙技術(shù);智能家居;自動控制

中圖分類號：TP273.5;TN925 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0071-03

Research on Smart Home Based on Bluetooth Technology

LI Dong

（PCI-Suntek Technology Co.，Ltd.，Guangzhou ?510653，China）

Abstract：In recent years，information technology has made rapid development in the civil field，and a variety of smart home products have emerged，providing us with a comfortable，convenient，healthy，safe and low-carbon life. This paper briefly introduces what Bluetooth technology is and its technical characteristics，the composition，working principle，current situation and development prospects of smart home，and summarizes the advantages and disadvantages of Bluetooth technology in smart home system.

Keywords：Bluetooth technology;smart home;auto-control

0 ?引 ?言

從上世紀90年代開始，伴隨著各種無線通信技術(shù)不斷成熟運用，人們的通訊方式變得越來越方便。藍牙作為其中一種極其優(yōu)秀的小范圍無線通信技術(shù)，因為其具有全球統(tǒng)一的標準，傳輸速率快，安全性高等優(yōu)點，得到了越來越多的重視。未來在自動控制、人工智能等技術(shù)支持下，智能家居功能將不斷完善，逐步取代傳統(tǒng)功能單一的家電設(shè)備，成為社會發(fā)展的趨勢。而以藍牙技術(shù)為核心的無線個域網(wǎng)，則會成為智能家居設(shè)備互相連接的橋梁。

1 ?藍牙技術(shù)簡介

1.1 ?技術(shù)原理

藍牙是一種開放的無線電射頻技術(shù)，工作頻段選在的2.4GHz的ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療）頻段，這是一個開放的頻段無須申請就可以使用。藍牙3.0將頻段劃分成79個信道，每個信道帶寬1MHz，藍牙4.0則是把頻段劃分成40個信道，每個信道帶寬2MHz，信道數(shù)量雖然少了，傳輸速率卻得到了成倍地增加。早期藍牙受發(fā)射功率影響有效通訊距離大約為10～100m，下一代藍牙5.0可以突破300m。

1.2 ?關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 ?跳頻技術(shù)

由于2.4GHz的ISM頻段是一個開放的通用頻段，生活中使用這個頻段的設(shè)備非常普遍，因此，在傳輸過程中會遇到各種各樣的干擾源，例如：手機、微波爐、無線路由器等。為減少藍牙傳輸中的由于干擾造成的數(shù)據(jù)錯誤，采用跳頻技術(shù)是一個有效的解決辦法。

跳頻技術(shù)是在每一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，藍牙連接中的發(fā)送方和接收方都按照事先約定好的規(guī)律，先在某一個信道上收發(fā)一段數(shù)據(jù)，而后同時跳轉(zhuǎn)到另一個信道上，如此反復(fù)多次，直到傳輸完成。理論上講第三方干擾源不可能獲取通信雙方的跳轉(zhuǎn)規(guī)律，自然也就無法持續(xù)干擾，這是一種硬件加密方法，可以減少干擾造成的錯誤，提高傳輸效率和穩(wěn)定性。

1.2.2 ?糾錯技術(shù)

藍牙技術(shù)使用三種糾錯方案：1/3前向糾錯（FEC）、2/3前向糾錯和自動重發(fā)（ARQ）技術(shù)。前向糾錯是使用糾錯碼對信息進行冗余編碼，接收方可以通過這些糾錯碼糾正傳輸過程中的錯誤，不需要反向請求數(shù)據(jù)重傳。加入了糾錯碼后會增加信息長度，占用額外的資源，但對應(yīng)保證通信的準確性是必要的。通常在信道的噪聲干擾比較大時，藍牙系統(tǒng)會使用前向糾錯方案，以降低干擾造成的影響，保證通信質(zhì)量。自動請求重發(fā)是接收端進行差錯檢測，發(fā)現(xiàn)錯誤自動請求發(fā)送端重發(fā)，直到接收到正確數(shù)據(jù)為止的差錯控制技術(shù)。

1.2.3 ?一對多通信

藍牙技術(shù)除了支持點對點通信，還支持點對多點通信，可以用來組建無線個域網(wǎng)（WPAN）。利用藍牙連接的無線個域網(wǎng)由一個主控設(shè)備和若干個受控設(shè)備組成。主控設(shè)備在通信過程中負責(zé)運作通信協(xié)議，下發(fā)指令，管理和控制“從設(shè)備”，“從設(shè)備”接收指令并做出回應(yīng)。為避免通信出錯，每次通信過程中所有設(shè)備都采用相同的跳轉(zhuǎn)規(guī)律。不同的無線個域網(wǎng)具備不同的跳轉(zhuǎn)模式。因此在同一區(qū)域內(nèi)，允許多個不同的無線個域網(wǎng)同時存在，它們之間互相獨立，不會出現(xiàn)交叉?zhèn)鬏敗?/p>

1.2.4 ?安全策略

無線傳輸過程中會向四周發(fā)送無線電波，這就非常容易受到攻擊和監(jiān)聽，使用安全機制是保護信息傳輸完整和不被截取的必要手段。跳頻技術(shù)有一定的安全性，但由于信道都是公開的，只要對所有信道進行監(jiān)聽和干擾，就能阻礙接收方接收到正確的數(shù)據(jù)，所以還需要其他更為安全的措施。在鏈路層，藍牙使用128位密鑰的加密技術(shù)，這樣就非常難以破解;在應(yīng)用層，所有連接都需要認證和加密，在認證、加密和授權(quán)完成之前不允許發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

1.3 ?藍牙技術(shù)存在的問題

無線通信都會存在一些問題，藍牙作為開放的通信技術(shù)問題就顯得更加突出。例如：無線跳頻技術(shù)已不能阻止竊聽和截取;128位加密密鑰雖然不容易破解，但在使用過程中可以被篡改;2.4GHz的ISM頻段在工業(yè)、科研、醫(yī)療上有非常廣泛地運用，這些信號交叉在一起就不可避免的產(chǎn)生干擾，即使在安全機制的保障下不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤，也會降低傳輸速率。

2 ?智能家居系統(tǒng)簡介

2.1 ?智能家居的定義

智能家居是指在住宅內(nèi)部，把看似無關(guān)的生活設(shè)施（各類家電設(shè)備、音視頻設(shè)備、安全防范設(shè)備、計量設(shè)備等）通過綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制、人工智能等技術(shù)集成為一體，通過高效的管理系統(tǒng)，構(gòu)建安全、便捷、舒適、環(huán)保的居住環(huán)境，因此又稱智能住宅。

2.2 ?智能家居的結(jié)構(gòu)

智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包含控制管理系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、照明及控制系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、音視頻多媒體系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)等。

控制管理系統(tǒng)是整個智能家居系統(tǒng)的大腦，負責(zé)接收用戶的指令并下發(fā)給其他子系統(tǒng);家居布線系統(tǒng)包括電話線、有線電視、寬帶等，是系統(tǒng)的神經(jīng)，負責(zé)指令和數(shù)據(jù)的傳輸;聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)讓你不論在任何地方都可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時遠程控制家里的電器;照明及控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、音視頻多媒體系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)則負責(zé)帶給你舒適、便捷、安全、環(huán)保的居住體驗。

2.3 ?藍牙技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

藍牙模塊具有成本低、數(shù)據(jù)傳輸速率快、性能相對可靠性等特點，使得社會上出現(xiàn)了各類使用藍牙技術(shù)的智能家居設(shè)備，并開始被人們所接受，這為其以后的發(fā)展打下了有利的基礎(chǔ)。

2.3.1 ?家庭環(huán)境控制

如今社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人們生活水平不斷提升，居住環(huán)境因為直接關(guān)系到人們的身體健康，生活體驗，乃至生命安全等，已得到全社會越來越多的關(guān)注。智能家居首要的作用就是實現(xiàn)對居住環(huán)境的控制，植入了藍牙芯片的環(huán)境監(jiān)控設(shè)備可以實時采集住宅內(nèi)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等參數(shù)上傳給控制管理系統(tǒng)，溫度升高時自動開啟空調(diào)降溫;燃氣泄漏時第一時間自動打開窗戶通風(fēng)，并開啟報警系統(tǒng)通知住宅內(nèi)的人員撤離。

2.3.2 ?家庭資源管理

家居管理控制系統(tǒng)自動檢測住宅內(nèi)是否有人，沒人的時候自動關(guān)閉水、電、燃氣等耗能設(shè)備，等人回來時再按需要開啟，達到節(jié)省資源的目的。

2.3.3 ?家庭流量計費

目前，雖然大多數(shù)計量系統(tǒng)都實現(xiàn)了遠程抄表，其實原理都是通過232或485控制線把計量表連接至各個節(jié)點，再匯總到一起進行統(tǒng)一管理。如果把藍牙芯片置入水表、電表、燃氣表中，就可以去掉這條控制線，把原來的有線連接變成無線連接，從而消除由于線路損壞而造成的故障，降低排查和維修的成本，提高可靠性和穩(wěn)定性。

2.3.4 ?安防系統(tǒng)

智能家居的目標是帶給人們舒適、安全、高效、低碳、環(huán)保的居住體驗。這就提出了一個很高的安全要求：既要保證居民的人身和財產(chǎn)的安全，又要保障家居設(shè)備的完好。為了達到這種安全要求，需要配置相關(guān)的安防設(shè)備和處置措施，例如：電子門禁、語音對講、防盜報警、視頻監(jiān)控、消防系統(tǒng)，如果這些設(shè)備都支持藍牙聯(lián)網(wǎng)，有人非法闖入時，智能家居控制管理系統(tǒng)能自動識別闖入者的身份，推送視頻監(jiān)控給住宅的主人，啟動報警裝置對闖入者進行恐嚇，保存監(jiān)控錄像作為證據(jù);發(fā)生火災(zāi)時自動啟動消防系統(tǒng)滅火，報警通知住宅內(nèi)的人員撤離;而在設(shè)備發(fā)生故障時，控制管理系統(tǒng)也能及時檢測到，然后通知主人進行維修或更換。

2.4 ?智能家居的現(xiàn)狀

智能家居從上世紀90年代開始出現(xiàn)，經(jīng)過緩慢發(fā)展，自2014年以后進入爆發(fā)發(fā)展期，各大廠商密集布局智能家居，紛紛推出自己的產(chǎn)品，在為人們生活帶來便利的同時，也出現(xiàn)了不少的問題：一是各個廠商技術(shù)水平高低不同，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品也參差不齊;二是不同廠家之間的產(chǎn)品兼容性和互聯(lián)互通性不夠完善;三是操作復(fù)雜，對于沒有專業(yè)知識的人，尤其是老人和小孩來說，使用起來很不方便;四是價格較高，難以引起普通民眾的關(guān)注。

由于這些問題，智能家居尚未得到普及應(yīng)用和消費者的認可，目前比較受歡迎的只有安防系統(tǒng)，而在智能家電、家庭網(wǎng)絡(luò)、家庭自動化方面，距離普及仍有一定的距離。

3 ?結(jié) ?論

隨著人們生活水平的不斷提高和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居已經(jīng)成為未來居民生活的發(fā)展方向。隨著市場的不斷深入發(fā)展，政府將制定統(tǒng)一的技術(shù)標準，解決目前產(chǎn)品雜亂和不兼容的問題;受惠于人工智能的發(fā)展，未來智能家居產(chǎn)品使用會越來越簡單和人性化;形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈以后，制造成本和價格也會降低。這些問題的解決，將會給智能家居帶來巨大的市場空間，相信不久的將來，智能家居行業(yè)將成為主流行業(yè)之一，帶給人們舒服、高效、安全、便捷、環(huán)保的生活。

藍牙技術(shù)作為智能家居的一項重要技術(shù)，具有體積小、功耗低、傳輸距離遠、速率快、技術(shù)成熟、使用廣泛等優(yōu)勢，相比Wi-Fi、ZigBee技術(shù)，藍牙無疑是智能家居無線組網(wǎng)和自動化控制的最佳選擇。

不過，藍牙技術(shù)在應(yīng)用上也有一些問題需要解決，如傳輸過程中容易受墻壁，家具的阻擋;組網(wǎng)節(jié)點不夠大。不過這些問題并不會阻礙智能家居的發(fā)展，反而會促使人們不斷深入的研究。相信在不久的將來，藍牙智能家居系統(tǒng)必將是家庭生活的發(fā)展趨勢。

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作者簡介：李東（1985.04-），男，漢族，湖南永州人，本科，研究方向：信息工程、計算機系統(tǒng)。