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1、蓝牙技术在物联网智能家居中的应用摘 要 智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。从个人、公共服务以及政府需求来看，凸显出发展智能家居产业的迫切性。在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居产业的发展具有重大意义。本文简要介绍了智能家居的由来、系统构成、控制功能和发展前景，以及蓝牙技术的由来、技术特点、系统组成和应用范围。提出了目前基于蓝牙技术的智能家居系统的缺点和不足。关键词 智能家居；物联网；蓝牙技术；Bluetooth Technology in the Application of Thi
2、ngs Networking Intelligent Household2Zhangxinxing(Department of Physics ， Dezhou University ， Dezhou，253023)Abstract Intelligent household as family information realization, has become the development of social informatization is an important part of. From individual, public services and the governm
3、ent needs to see, highlights the urgency of the development of intelligent household industry. In the country to promote industrialization and information of the fusion of two mineralization background, the thing networking will be intelligent household industry in the process of the development of
4、a more realistic breakthrough, the intelligent household industry development is of great significance. This paper briefly introduces the origin of the smart home, system structure, control function and development prospects, and the origin of the bluetooth technology, technical characteristics, sys
5、tem composition and application range. At present are put forward based on the bluetooth technology of intelligent home systems shortcomings and the insufficiency. Keywords Intelligent household；The Internet of things；Bluetooth technology；引言 自上世纪90年代后期以来,各种短距离的无线通信技术标准纷纷涌现,其中蓝牙技术作为一种很有竞争力的小范围无线通信协议，
6、以其全球统一的标准性、数据和语音传输方面的优越性、低功耗、低成本和高安全性等特点，目前得到越来越广泛的应用。随着网络技术和自动化技术的普及，零散的、功能单一的家电设备会被逐步淘汰，智能家庭网络、智能家居必将成为我国今后发展的主流。由于目前蓝牙技术在我们的日常生活中最为常见，在今后的智能家庭中采用蓝牙无疑给客户带来巨大方便。可以说蓝牙是智能家庭网络的理想选择。因此, 对基于蓝牙技术的无线家庭网络进行研究具有极大的理论和实际应用价值。智能家居中的无线联网与通信已成为蓝牙技术的一个重要应用领域。1.蓝牙技术综述 1.1 蓝牙技术的定义“蓝牙”6是一种开放型的技术规范，它可以在世界上任何地方实现短距离
7、的无线语音和数据通信。所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。 1.2蓝牙技术的特点 蓝牙设备的工作频段选在全球通用的24GHz的ISM(I业、科学、医学)频段，这样用户不必经过申请便可以在24002500MHz范围内选用适当的蓝牙无线电收发器频段。频道采用23个或79个，频道间隔均为1MHz，采用时分双工方式。调制方式为BT=0
8、5的GFSK，调制指数为028035。蓝牙的无线发射机采用FM调制方式，从而能降低设备的复杂性。最大发射功率分为三个等级，100mW(20dBm)，25mW(4dBm)，l mw(0dB m)，在420dBm 范围内要求采用功率控制，因此，蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为10100m。另外，由于蓝牙的数据传输率为1Mb/ S，采用数据包的形式按时隙传送每时隙0625 s。蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，蓝牙技术支持一个异步数据通道或一个并发的同步语音通道或一个同时传送异步数据和同步语音通道。每一个语音通道支持64KBS的同步语音，异步通道支持最大速率为721KBS，反向
9、应答速度为576KBs的非对称连接，或者一是速率为4326KBS的对称连接。所以蓝牙技术采用的是 TMDA结构。 1.3蓝牙中的关键技术 1.3.1 跳频技术 蓝牙工作的频段是全球通用的2.4GHz ISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此，蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，例如手机、无绳电话、微波炉等。这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平，为此，采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。 所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道（Hop Channel）。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接收方也是按照相同的跳
10、转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么，否则，从理论上计野外法完整获得信息的，而干扰源也是不可能按同样的规律进行干扰的。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带，使被干扰的可能性变得很小，由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。 1.3.2 纠错技术 在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1/3比例前向纠错码（1/3FEC）、2/3比例前向纠错码（2/3FEC）和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码，实现时对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码是一种（15
11、，10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。使用ARQ方式，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认（或超时）信息。只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端反回确认信息；否则，返回一个错误信息。 1.3.3微微网 蓝牙支持点对点和点对多点的通信，其最基本的网络组成是微微网。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，由一个主设备(MASTER)和若干个从设备（SLAVE)组成，且从设备最多为7台。主设备负责通信协议的运作，而从设备则受控于主设备。一个微微网可以是2台相连的设备，也可以是8台连在一起的设备，所有设备单元均采用同一跳频序列。 蓝牙给每个微微网
12、都提供了特定的跳转模式。因此，它允许大量的微微网同时存在。在同一区域内，多个微微网互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。 1.3.4 安全性 蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，因此，安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要。虽然蓝牙系统所采用中的跳频技术已经提供了一定的安全保障，但是蓝牙系统仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。该措施将用于对等环境。即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。在链路层，蓝牙使用四个参数来保证系统的安全性：每个用户的48位地址，用户的128位验证密钥，用户的8-128位加密密钥，设备产生的一个128位随机
13、数RAND. 1.4蓝牙技术存在的问题 任何科学技术的发展总是从不完善向完善发展的，与其他通信技术一样，蓝牙技术也是一个开放的技术，必然存在一些问题，如保密安全问题，24GH ISM 频段使用的电磁兼容与频率共用问题，互操作性与兼容性问题，价格、可靠性等综合吸引力问题等。例如：蓝牙技术刚开始发展的时候，对保密安全问题考虑不周全，虽采用了无线跳频技术，但窃听者和截取者来说这不是一个技术障碍。蓝牙网络是一个开放式网络，提供128bit的芯片作为设备的健全鉴权号，但在通讯中可以被篡改和冒用。2.物联网的概述 2.1物联网概念物联网的英文名称为“ The Internet of Things” ，简称
14、：IOT。从字面上解释，物联网就是“ 物物相连的互联网”。可以从两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络， 物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义， 有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 2.2物联网相关技术 物联网技术不是对现有技术的颠覆性革命，而是通过对现有技术的综合运用
15、。物联网技术融合现有技术实现全新的通信模式转变，同时，通过融合也必定会对现有技术提出改进和提升的要求，催生出一些新的技术。在通信业界，物联网通常被公认为有3个层次从下到上依次是感知层、传送层和应用层。如果拿人来比喻的话，感知层就像皮肤和五官，用来识别物体，采集信息；传送层则是神经系统，将信息传递到大脑进行处理；应用层类似人们从事的各种复杂的事情，完成各种不同的应用。物联网涉及的关键技术非常多，从传感器技术到通信网络技术，从嵌入式微处理节点到计算机软件系统，包含了自动控制、通信、计算机等不同领域，是跨学科的综合应用。(1)感知层物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部分：传
16、感器(或控制器)、短距离传输网络。传感器(或控制器)用来进行数据采集及实现控制，短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术，例如射频标识(RFID)标签与用来识别RFID信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术(包括由短距离传输技术组成的无线传感网技术)。在实现这些技术的过程中，又涉及到芯片研发、通信协议研究、RFID材料研究、智能节点供电等细分领域。(2) 传送层 物联网的传送层主要完成信息传递和处理，传送层包括两个部分：接入单元、接入网络。接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通信网、有线电话网、有线宽带网等。
