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1.研究背景
蓝牙通讯技术已经成为多种便携式设备进行无线连接的新的标准之一,但是在现有的应用情况来看这一技术仅仅于手机之间或手机与其它蓝牙设备间传输数据。目前在3G/WAP收费网络下可以快速的建立互动游戏,实现互相沟通,信息的互递,但是它存在每一台手机都必须接入其网络,并且存在延迟现象,而一旦没有信号,则无法进行通信。而蓝牙是通过两台设备直接建立连接,同时在十米内几乎不会出现延迟现象,到了未来走向,可以基于此功能开发为单独平台,然后加入识别功能,短距离信息可以直接通过此平台发送,但是无法应用于多台设备之间,有延迟性的。延迟性造成就把人耐心给磨消了,造成手机互动娱乐功能的发展滞后却得不到解决。而手机多人蓝牙连接功能则可以突破这个限制,不会延迟的特点势必能更加收到欢迎。当一个蓝牙平台的建成后,兼容多款游戏,并且无延迟的特点,那么势必未来手机游戏的偏向也会有所改变,并且由于聊天功能和短距离短信的传送功能的优势,也可以在一定意义上吸引部分客户。
2.系统设计
蓝牙是通过两台设备直接建立连接,同时在十米内几乎不会出现延迟现象不会延迟的特点势必能更加收到欢迎。而蓝牙与网络进行比较的优越性在于其不需要接入任何网络,即可实现互相沟通和信息的传递。
本文将采用一种新的应用方式——用蓝牙技术模拟多人连接通讯,以此可以解决之现有无线网络中资费过高、传输不稳定等带来的问题。将针对蓝牙基层协议进行修改更正,利用微观下并行传输来模拟实现多设备传输,而将这一技术应用到手机游戏上还在起步阶段。目前市面上已有一些蓝牙游戏,本文以图片传输为例,证实多设备连接的可行性。
2.1 环境配置
开发环境:52d、vs2008、手机模拟器、初始手机固件
串口工具:SSCOM3.2
烧录工具:Flash_Tool2
设备:配套固件手机、USB接口、串口连接线
项目编译地址:D:10AW1116mp_SAGETEL52D_1632_10A_V46_F2_gsm_MMI
2.2 蓝牙函数解析
1. 设备菜单
Bluetooth 入口函数:BTMMI_entry_screen_bt_main_menu()
蓝牙菜单回调函数 MMI_Bool BTMMI_event_handler_main_scr()
2.执行设备配对
(1)搜索设备
BTMMI_scr_display_device_search_progress();BTMMI_discovered_devices()
BTMMI_scr_handle_search_audio_dev_veq()
(2)存在配对设备时运行
BTMMI_entry_screen_bt_main_menu()
(3)找到返回设备
每追加一个设备执行设备数的累加次 函数①;第二台设备执行2次,总执行次数2+1,第三台设备执行3次,总执行次数3+2+1,返回是否找到布尔值 BTMMI_cm_is_searching()通过判断值来找到配对是否完成
(4)请求配对
BTMMI_scr_display_pair_progress();
(5)执行配对
BTMMI_scr_entry_security_user_confirm();
(6)确认/取消配对
主机先确认:BTMMI_scr_display_pair_progress();
子机确认:BTMMI_event_handler_discovered_dences_screen();
取消:BTMMI_scr_pair_result()
3.执行文件传输
请求发送:mmi_send_entry_sending_scr()
文件发送: btsend_selected_dence_cb()(搜寻到接受文件设备是否存在)
文件发送中:Bt_sending_run()
发送关闭:Bt_sending_close()
2.3 蓝牙地址组成
蓝牙地址的原理,它分为三部分:LAP(24位地址低端部分)、UAP(8位地址高端部分)和NAP(16位无意义地址部分)。其中,NAP和UAP是生产厂商的唯一标识码,必须由蓝牙权威部门分配给不同的厂商。而LAP是由厂商内部自由分配。蓝牙传输地址,唯一标识获取。
3. 数据传输
3.1 传输原理
(1)发送文件:选择所需要发送的文件;
(2)选择发送设备:这里选择已经载入的设备数,即已经完成配对的设备数;
(3)载入设备地址:从已经载入的设备数中依次获取设备地址;
(4)根据地址查找本地服务:根据已经获取到的地址来调用蓝牙搜索函数搜索设备是否存在,若存在则执行文件传输操作,不存在则进行检查是否还有剩余设备数;
(5)文件传输:进行文件的传输操作;
(6)返回结束标识:返回结束的标识,使主机设备确认发送成功或者失败。
3.2 传输方式
传输方式一:通过一台手机同时对多个手机进行蓝牙连接,同步传输数据,这种方法在蓝牙协议上是不支持的。
传输方式二:创建一个设备配对单,依次发送,微观下并行传输数据,本文采用这种方式实现。
4. 核心代码实现
4.1 核心代码
当文件发送后,会执行函数mmi_oppc_send_finish(),继而在满足条件下调用mmi_oppc_pre_send(Blue_Addr)。根据判断number数量,若number>0则执行,读取蓝牙已配对设备地址,载入发送函数mmi_oppc_pre_send(Blue_Addr);否则结束。
4.2 模拟测试
编译命令 make SAGETEL52P_1632_10A_gsm(编译目标不写则整体编译)
目标:找到搜索点,发送点,文件返回等
测试方法:串口连接调试
测试原理:在协议代码段插入Trace_po(str *sq,int i)执行编译,烧录手机,通过操作手机获取到已经编译写入trace值
测试返回值:Trace_po返回16进制数字
烧录手机上进行功能调试,用SSCOM3.2工具观察手机运行图片传输,修改手机蓝牙功能的BUG以及部分函数功能解析
5. MTK手机中的移植
在52d工具上修改MTK平台的文件,CMD下编译生成,用本项目生成的lib文件覆盖原项目的蓝牙协议栈并ARM编译生成目标bin文件,通过Flashtool工具将bin文件烧录到目标MTK手机上。
6. 结束语
本文详细介绍了MTK手机蓝牙传输中所用到的协议函数,并改进协议函数,使其能够承担设备与设备之间的连续传输,从而达到微观下并行,初步模拟出一台设备连接多台设备的效果,在此基础上,我们可以开始搭建JAVA应用,开发JAVA模拟器;或者对配对数压栈处理,实现一台设备传输多台设备。
参考文献
[1] 朱勇 嵌入式系统蓝牙联网方式的研究 东北大学 2005
[2] 郭代 基于多蓝牙设备的主机通信设计与实现 数据通信 2004
[3] 彭述清,施心陵 嵌入式蓝牙协议的数据传输实现 通信技术 2009
[4] 蒋粒,钱进 蓝牙协议栈在移动终端中的应用 信息技术
关键词:无线传输 蓝牙 数据采集 测试系统 单元模块
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)08(a)-0252-02
民用飞机液压系统地面模拟试验数采系统主要用机液压能源系统的地面模拟试验,完成试验中各项静态参数的测量,压力脉动试验中信号数据的记录、分析处理,以及各种试验状态性能参数的分析计算,并根据试验测量所记录的数据生成图形曲线;进一步用机液压系统的设计验证、校正、改进。
现有的数采系统一般采用集中式的有线传输形式,所以连接电缆过多,现场较为凌乱,容易出现电缆接线问题,且在传输过程中,可能会出现信号的衰减,影响试验数据的真实有效。此外,民用液压系统采用腐蚀性极强的磷酸酯液压油,对电缆的外包橡胶层腐蚀破坏及其严重,可能影响到系统的正常运行。因此,在民用液压系统地面模拟试验数采测试系统中应尽可能的减少有线电缆连接形式,采用具有稳定传输特性的分布式无线传输形式。
1 无无线传输技术简介及种类区别
工业无线技术是本世纪初新兴的一种面向设备间信息交互的无线通信技术。它是对现有工业通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升,将引发传统工业测控模式的变革,因此目前国内外对工业无线技术的研制、开发、推广、应用十分迅速。
随着通信与信息技术的不断发展,包括蓝牙、IEEE802.11和HomeRF等在内的短距离无线通信技术正日益走向成熟,应用的步伐不断加快。可以肯定的是,各种短距离无线通信技术将在移动通信、计算机及其周边设备、自动化控制与家庭信息化等领域扮演越来越重要的角色,发挥巨大作用。
1.1 蓝牙无线技术
蓝牙是蓝牙特殊兴趣小组(SIG)提出的一种短距离无线通信技术规范,近几年来取得了很大的发展。它的有效范围大约在10 m左右(在增加发射功率的情况下可以达到100 m),在此范围里面,带有蓝牙功能的设备,如:手机、打印机与笔记本电脑等可以进行无线网络连接,组建微微网,理想情况下可以以1 Mb/s的速率互相传递信息。目前,蓝牙技术的一个开发重点就在于多点连接,以方便多个蓝牙设备间的数据共享。而在最新的蓝牙协议规范中,蓝牙的数据传输速率可以达到3 Mb/s。随着蓝牙技术与超宽带技术(UWB)的融合,蓝牙的通信速率将会得到进一步的提升。由于蓝牙具有功耗低、体积小、可以同时传输语音与数据的特点,蓝牙几乎可以应用到各种数字设备中去,如通信、计算机及周边设备、个人随身信息、网络接入与工业设备等。为了增强抗干扰的能力,蓝牙特别设计了快速确认和跳频的方案,每秒钟频率可以跳变1600次。与其他工作在这一频段的系统相比,蓝牙跳变的时间和数据分组都更加短,从而极大提高了链路的稳定性,避免与ISM频段上的其他系统设备互相干扰。
1.2 IEEE802.11无线技术
IEEE802.11也是一种当今非常流行的短距离无线通信技术,它主要用于实现小范围内的无线接入,也是目前无线局域网的主要技术标准。IEEE802.11的覆盖面可以达到300 m,传输速率可达11 Mb/s,这种技术可以构建高速局域网,以替代一些小型的有线局域网络,更适合于人口流动量大的场所。但是它的功耗、体积以及价格等方面一直以来都不能让人太满意,因此在诸如对功耗、价格有很高要求的领域使用比较少,在应用上就有很大的局限性。当然,IEEE802.11的高速率、相对长距离也使很多厂商对它产生了很高的兴趣,可是因为缺乏清晰的赢利模式,它的发展尚处在初始阶段,还有一系列问题要解决。
1.3 HomeRF无线技术
HomeRF技术以共享无线访问协议(SWAP)为基础,采用跳频技术,每秒跳频50次,通讯速率为1 Mb/s或2 Mb/s。这种技术主要为家庭用户设计,同时支持数据与语音通信,侧重于PC与外设组成无线局域网,通过家庭中的某一主机在数据与语音设备之间实现无线通信,而且它最多可以支持6个全双工的语音信道,因此这种技术特别适用于家庭网络环境。
总体而言,上述三种技术各有利弊,有各自适合的应用领域,它们之间不是一种纯粹的竞争与取代关系,而是能够进行很好的互补。蓝牙技术抗干扰能力强,可以应用于绝大多数以无线方式代替线缆的场合,特别适用于需要低功耗或者是双向连接的应用场所;IEEE802.11比较适合于办公网络接入,现在很多企业都已经用该技术绕过无线通信运营商建立无线局域网络,节省了可观的成本;HomeRF则大多应用于家庭中的无线局域网络,进行数据与语音的无线传输。
结合对上述三种短距离无线通信技术的分析发现,将蓝牙技术与数据采集系统结合起来,是蓝牙技术应用中的一个新颖、巧妙的设想。借助蓝牙技术传输采集的数据,可以提高数据采集系统的性能,拓宽其应用场合。在系统设计上,蓝牙模块与系统接口电平兼容,设计简单;系统应用程序只需作较小改动就可以适应蓝牙模块,便于程序的模块化设计。
2 数据采集系统总体思路
系统采用先进成熟的技术手段,在考虑所用技术成熟可靠的同时,将现有的先进技术融入其中,提高系统的自适应性,系统能方便地进行技术更新和产品更新,能得到相对广泛的技术支持和产品支持。系统设计遵从“通用化、系列化、组合化”的设计方法,用统一的、先进的和高度标准化的技术途径,满足测试复杂参数以及将来扩展的需要。进一步加强系统的互换性和互操作性,实现在测试设备的多种物理配置上运行给定的应用程序或TPS的能力,即系统的设计或实现均不依赖特定供应商的硬件设备或软件平台。并具备经由不同设计或制造,但具有足够能力的设备资产代换给定设备资产的能力。实现软件开发平台的开放性。测试软件开发平台,一方面具有测试系统资源配置、流程管理、组态的方便性。另一方面又有开放的扩展接口,采用国际流行的通用软件开发工具和语言接口,测试软件开发符合测试技术领域相关的软件标准。
整套测试系统主要是对压力、流量、温度、线性位移、角度位移、力等信号进行实时采集测量。系统在硬件方面采用分布式的无线传输形式,将数据采集模块和处理模块布置在现场测试点附近,减少现场的有线连接形式,并通过无线传输形式将总控计算机的控制指令发送到现场采集处理模块,然后再将采集得到的并经过处理后的数据传输到总控计算机。方便硬件系统的更换、维修和升级。在软件设计上将采用框架式的测试软件结构;模块化的独立功能封装;通过执行测试软件进行工程参量、测试流程、虚拟仪器、测量结果数据的管理;从而大大提高了系统的通用性和可维护性;方便了测试结果数据的处理,减轻了测试人员的工作强度,提高了测试的可靠性,减少了测试反复的程度。从而降低了测试成本,缩短了测试系统的开发时间,并把风险减少到最低限度。
3 总体方案设计
数采测试系统采用分布式的数据采集系统,每个现场单元模块都由现场传感器采集模块,数据预处理模块和蓝牙数据无线传输模块组成。每个现场单元模块的采集通道一般不超过8个。系统将处于一个区域内的被测点组成一个现场单元模块,通过相应的传感器组件采集这些被测点的数据信号,并将采集到的信号传输到现场单元模块的数据预处理模块中,通过对数据的先期处理后,将数据以数字信号形式通过蓝牙数据无线传输模块传送给上位机,上位机得到数据信号后可对数据进行进一步的处理分析,显示,存储并打印。数据采集系统硬件框架图如图1所示。
整个系统可分为三部分:第一部分为现场的数据采集处理模块,其作用是将现场各处的传感器信号采集到数据采集模块,并通过数据处理模块对采集到的数据进行原始数据预处理和AD格式转换。数据采集处理模块与第二部分中的现场蓝牙通讯模块一起组成了整套测试系统的现场单元模块。第二部分为蓝牙无线通信模块,主要实现数采端与监测控制端实时的数据交换,由两端的蓝牙无线通讯模块组成。第三部分为监测和控制部分,它提供一个友好的界面供操作员实时监测数据并根据实际需要发送控制命令,这部分功能主要由总控计算机完成。
参考文献
[1] 李秀娟,陈明恩.应用蓝牙技术的多通道数据采集与传输系统[J].哈尔滨工业大学学报,2009(5):165-168.
[2] 陈佩珩,杨卫,王正言.多级蓝牙无线数据采集传输系统[J].核电子学与探测技术,2012(4):412-415.
关键词: Android系统; 蓝牙; 单片机; 步进电机
中图分类号: TP 316文献标识码: Adoi: 10.3969
引言Android是Google开发的一款基于Linux的开源手机系统,由于其完全开放的特点,Android开发群体和用户越来越多,逐渐成为市场份额最大的智能手机操作系统。除了在移动通信方面,Android系统已经应用到其它电子领域,如平板电脑、手持设备等。设备间的数据传输方式主要包括USB传输、红外传输、蓝牙传输,USB传输速度快、即插即用、便于扩展,Android系统从SDK3.1平台开始引入ADK(accessory development kit),使不支持USB Host功能的Android设备可以与其它USB设备通信。红外传输是一种无线通信技术,因为传输距离较短、易受干扰,现在更多使用蓝牙作为无线传输[1],蓝牙传输方便稳定。Android系统同时支持蓝牙通信,通过对Android系统的蓝牙开发研究,对蓝牙、单片机编程,以实现与单片机通信。 1系统设计原理Android系统控制单片机步进电机系统结构图如图1所示。首先由Android系统提供的蓝牙API接口,编写应用程序,实现蓝牙设备的基本操作,设备连图1系统结构框图
Fig.1Block diagram of system structure接正常后,通过Bluetoothsocket实现数据的输入、输出。单片机蓝牙模块接到数据命令后,调用单片机控制程序,控制步进电机的加速、减速、转向。2Android蓝牙应用程序设计
2.1Android蓝牙协议栈Android系统从2.0开始支持蓝牙,使用了BlueZ协议栈,BlueZ通过DBUS来通信交互的。BlueZ是Linux内核的官方蓝牙协议栈,目前在较高Linux内核版本中已有支持,也是目前应用最广泛的蓝牙协议栈,几乎支持所有已通过认证的蓝牙设备。该协议栈由多个相对独立的模块组成,内核空间主要包括设备驱动层(蓝牙的设备驱动一般是指电源的开关驱动以及通信接口的驱动,如串口、USB等)、L2CAP层与SCO音频层、RFCOMM、蓝牙核心及HCI层、BNEP、CMTP层与HIDP层、通用蓝牙SDP库和后台服务及面向所有层的标准套接字接口。Android提供Bluetooth通信的API是BlueZ 的RFCOMM的封装,RFCOMM层支持标准的套接口,图2蓝牙通信流程图
Fig.2Flowchart of bluetooth communication process并提供了串行仿真TTY接口,这使串行端口应用程序和协议可以不加更改地运行在蓝牙设备上[24]。蓝牙应用程序设计主要包括:蓝牙打开、蓝牙查找、蓝牙连接、数据通信等四个模块[56],流程图如图2所示。Android系统为蓝牙开发提供了API,其中最主要的几个类包括:BluetoothDevice:蓝牙设备类,包括蓝牙设备的名称、MAC地址等信息。Bluetoothsocket:蓝牙套接字的接口类,蓝牙设备间数据输入输出的连接点。光学仪器第35卷
第1期周进波,等:基于Android系统蓝牙开发的研究与实现
BluetoothAdapter:蓝牙适配器类,所有蓝牙设备交互的接口,包括查找、绑定、监听其它设备。通过调用上面几个基本类中的方法可以实现蓝牙设备的基本操作。
2.2蓝牙设备打开首先获取蓝牙适配器,通过方法GetDefaultAdapter(),返回本地BluetoothAdpter,通过该对象就可以操作蓝牙设备了,如果返回为空,则启动蓝牙失败,需要检测设备蓝牙模块是否正常工作。然后判断蓝牙是否打开,如果蓝牙处于disable状态,则需要封装ACTION_REQUEST_ENABLED到intent对象,通过startActivityForResult()方法调用intent对象打开蓝牙。
2、蓝牙耳机就是将蓝牙技术应用在免持耳机上,让使用者可以免除恼人电线的牵绊,自在地以各种方式轻松通话。自从蓝牙耳机问世以来,一直是行动商务族提升效率的好工具。
3、蓝牙是一种低成本大容量的短距离无线通信规范。蓝牙笔记本电脑,就是具有蓝牙无线通信功能的笔记本电脑。蓝牙这个名字还有一段传奇故事呢。公元10世纪,北欧诸侯争霸,丹麦国王挺身而出,在他的不懈努力下,血腥的战争被制止了,各方都坐到了谈判桌前。通过沟通,诸侯们冰释前嫌,成为朋友。由 于丹麦国王酷爱吃蓝莓,以至于牙齿都被染成了蓝色,人称蓝牙国王,所以,蓝牙也就成了沟通的代名词。一千年后的今天,当新的无线通信规范出台时,人们又用蓝牙来为它命名。1995年,爱立信公司最先提出蓝牙概念。蓝牙规范采用微波频段工作,传输速率每秒1M字节,最大传输距离10米,通过增加发射功率可达到100米。蓝牙技术是全球开放的,在全球范围内具有很好的兼容性,全世界可以通过低成本的无形蓝牙网连成一体。
4、蓝牙耳机的使用距离:不仅取决于耳机
蓝牙耳机的另一重要取决点在于传输距离,这与蓝牙版本无关,而取决于蓝牙技术PowerClass。大部分手机与移动装置所使用的是 PowerClass2,标准传输距离10米;而升级的PowerClass1则是将传输距离提升到100米,两种版本都支持A2DP立体声传输协议,可与立体声耳机互联。一般而言,手机与蓝牙耳机的距离不会太远,如果中间没有大的障碍物,在7米之内传输质量都很好,超过8米将出现断点!超过10米蓝牙设备之间将失去连接。
蓝牙(Bluetooth)初期是由爱立信、Nokia、IBM、Intel、Toshiba等五家厂商制定,为一短距离无线通信技术,基本型通讯距离约10米、传输率约为721kbps,工作在2.4GHz的频带上带宽为1MB/S,支援一对多资料传输及语音通讯。由于蓝牙不是为传输大流量负载而设计的,因此并不适于替代LAN或WAN。
蓝牙耳机
顾名思义蓝牙耳机就是带有上述蓝牙功能的耳机,现在多用于和有蓝牙功能的手机通信。
技术标准
蓝牙规范中广为应用的成熟版本为1.1,带宽约1Mbps,最新规格1.2版本已正式获得批准,未来的版本将达2Mbps。
芯片组
主要是指蓝牙耳机所采用的蓝牙芯片的设计组成。现在市场上的蓝牙芯片生产厂家很多。各大通讯产商都按照蓝牙技术标准规范设计有不同的芯片组。
支援Profile
若支持蓝牙功能的手机与蓝牙耳机相用,蓝牙耳机必须支持两个协议:Headset profile(耳机协议)和HandsFree Profile(免提协议)。
传输功率
是指当蓝牙耳机正常工作如对手机正常通信时,所发射信号的发射功率。蓝牙耳机上的标识其实是用一个信号的强度来表示的,如CLASS2 4dBm,相当于1.49毫瓦。
传输范围
蓝牙的初衷就是短距离传输信号,传输距离小于10米(红外的传输距离在几米以内)。而在信号放大器的帮助下,通讯距离甚至可达100米左右。
无线频率
蓝牙技术在全球通用的2.4GHz ISM(工业、科学、医学)频段,蓝牙的数据速率为1Mb/s。从理论上来讲,以2.45GHz ISM波段运行的技术能够使相距30m以内的设备互相连接,传输速率可达到2Mb/s,但实际上很难达到。蓝牙技术的一大优势是它应用了全球统一的频率设定,这就消除了“国界”的障碍。而在蜂窝式移动电话领域,这个障碍已经困扰用户多年。
接收器敏感度
在保证达到所要求的误比特率的条件下,接收所需要的最小输入功率。接收灵敏度一般用dBm来表示,它是以lmW光功率为基础的绝对功率。
工作电压
蓝牙耳机工作时的由电池提供给耳机正常工作状况下的电压输出。一般也在5V左右。
充电器电源
充电器电源是指对蓝牙耳机的可充电池进行充电时,外部所需的电源电压。一般都是由220V的市电变压为5V的直流电来给电池补充能量。
电池
蓝牙耳机工作时的由电池提供给耳机正常工作状况下的电压输出。一般来说,电池都在“机身”里。当然也有电池部分可以和“机身”分开的蓝牙耳机。好处是换电池很方便、重新设置(reset)也很方便。
通话时间
耳机接收来电话或者往外打电话均称为通话状态。耳机在通话状态下消耗电流比较大,影响耳机通话时间长短的因素是耳机本身质量。在耳机发射功率相同时,质量好的耳机因效率高而耗电小。因此,最大通话时间就长。
待机时间
关键词: 无线电通信蓝牙技术起源简介应用
无线电通信技术与有线电通信相比,具有不用架设传输线路线、脱离传输距离限制、传输距离远、通信灵活等优点,备受市场的青睐。传统的传输线有长度的限制,对设备摆放的位置有一定的要求,传输线太短,设备就不能离电脑太远;传输线太长,又得东缠西绕,麻烦且不美观。无线通信不采用传统电缆线,但就提供传统有线通信的所有功能,能随着人们的需要移动或变化。有了无线通信,我们在进行数据交换时就不必受时间和空间的限制,可以随时随地办公或者娱乐,再也不用为网络布线而苦恼。
无线通信技术具有传统通信无法比拟的灵活性。无线通信范围不受环境条件的限制,网络的传输范围大大拓宽,最大传输范围可达到几十千米。在有线通信中,两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500米以内,即使采用单模光纤也只能达到3000米,而无线通信中两个站点间的距离目前可达到50千米。
作为无线通信技术的蓝牙越来越被人们所接受。蓝牙技术是做为一种“电缆替代”的技术提出来的,发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来,提供话音和数据的接入服务,实现信息的自动交换和处理。
一、蓝牙的起源
Bluetooth原为一千多年前的某个丹麦皇帝的名字,他对四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦的统一有着不朽的功劳。瑞典的Ericsson对这种即将成为全球通用的无线技术命此名,也许大有一统天下的含义。其原本含义也许已经无法得知,但按照英文字面的翻译为“蓝牙”已经为大家所接受。它只是一颗作用巨大的小牙齿,还是会吞噬蓝天,占尽无线天空,我们只能拭目以待。
二、蓝牙简介
Bluetooth(蓝牙)是一种新的无线通讯协定,将逐步取代IrDA红外线技术和现有的串口(也就是Serial Port)。Bluetooth是无线数据和话音传输的开放式标准,以短距离的无线连接为主,一般为0.1-10米范围,若增加功率或是加上某些外设,其连接距离可达到100米。Bluetooth采用2.402―2.480GHz高频无线频率,中心频率为2.45GHz,比现有的GSM1800还要高,在发射机频率为1MHz时,有效的Bluetooth数据速率是721Kbps。相对WAP而言,它规范化了更为具体的硬件、频率、应用等内容。
三、蓝牙的应用
蓝牙主要针对三大类的应用:话音/数据的接入、设备互联和个人局域网。话音/数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备,完成与广域通信网络的互联。设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性标准,它以低成本的近距离无线连接为基础,为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。如果把蓝牙技术引入到移动电话和便携型电脑中,我们就可以去掉移动电话与便携型电脑之间复杂的连接电缆,而使其通过无线建立通信。打印机、PDA、台式电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆和所有其它的数字设备都可以成为蓝牙技术系统的一部分。除此之外,蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口,以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。
蓝牙是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆绑。适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中。比如电话,蓝牙规范接口可以直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备连接。电话的使用模型包括:通过蓝牙无线耳机实现电话的免提功能;与笔记本电脑和手持机的无电缆连接;与其它蓝牙电话、笔记本电脑和手持机的商用卡交易;与信任的蓝牙笔记本电脑或手持机自动同步地址簿。其它蓝牙设备的使用模型包括:耳机、手持机和其它便携设备、人机接口设备、数据及话音接入点。
蓝牙技术在我国有广阔的市场前景。国内专家预言,就当前信息技术产品的普及情况看,蓝牙技术更适合在中国发展。目前中国约有2亿个家庭,近1.5亿台电视,超过1.3亿台家用电脑,固定电话用户已超过2亿,上网用户超过2.5亿,专线上网和拨号上网的计算机800多万台。中国的个人网络终端市场是巨大的,因此,蓝牙技术在中国将有非常广阔的市场前景。
参考文献:
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蓝牙和WiFi运行于未经批准的2.4GHz工业、科学和医学(ISM)频带,以数据包的形式传输数据。尽管蓝牙和WiFi采用不同的频谱,如果WiFi接收器在接收WiFi信号时检测到蓝牙信号,则仍然会产生干扰。蓝牙接收器也会遇到同样的情况。除了与其他无线标准共存产生的挑战之外,蓝牙通信链路还可能被微波炉等其他家用电器设备干扰。
尽管受到环境射频的干扰,蓝牙和WiFi仍然受到越来越多消费者的欢迎,特别是在过去6年中,蓝牙产品和WLAN网络进入了更多的家庭。因为这两种技术非常类似,所以共存是一个首先需要考虑的问题。实际上,已经有许多方法以解决相互间的干扰问题。
为了减低某个ISM频带区域内传输的功率总量,蓝牙和Wi-Fi不得不采用各种数据传输扩频技术。蓝牙采用跳频扩频技术(FHSS),在相对较窄的IMHz带宽范围内传输数据包。这样,在该带宽提供的79个信道范围内,窄带信号的频率变为每秒1600跳。通过围绕频谱频繁跳动,使信号功率扩充到整个频带。
当一般性干扰发生时,所传输数据包的接收可能中断,因为蓝牙和802.11b/g信号发生重叠,造成数据包错误。附近的天线可能对第二个系统的运行造成前端过载干扰。但是,这种干扰的强大要大,所以较一股性干扰来说,这是一种不常见的干扰。
随着蓝牙技术规范的发展,新的技术已被采纳,使蓝牙能够与WiFi及其他潜在干扰源轻松共存。为此而采取的各种办法详述如下。
适应性跳频技术(AFH)
适应性跳频技术(AFH)由蓝牙技术联盟所开发的蓝牙技术规范V1.2版推出,它为蓝牙应对一般性干扰提供了一种有效的途径。AFH可以识别“坏”信道。在这些信道上,可能有其他无线设备干扰蓝牙信号,或是蓝牙信号干扰了其他设备。具备AFH功能的蓝牙设备与蓝牙微型网(Piconet)内的其他设备进行通信,共享有关坏信道的详细信息。这样,这些设备就可以转换到可用的“好”信道,远离干扰区,因此不影响带宽的使用。使用AFH技术时,坏信道的分类必须准确,并且“一般性”干扰应是唯一的干扰形式。
以CSR公司的BlueCore蓝牙芯片为例,其默认设置通常能在大约4S的时间内适应新的干扰源。
信道跳转使V1.1设备获得了AFH技术的优点,但不得不牺牲蓝牙带宽以尽量减少对Wi-Fi信号的影响。然而,AFH功能打开时用户却常常觉察不到,因为立体声音频流和单声道音频耳机等时间敏感型的媒体应用并没有受到影响。
时分多路复用(TDM)
时分多路复用(TDM)是一种应对前端过载型干扰的手段,最初用于保护802.11b/g传输不受蓝牙干扰。其工作原理是:当ISM频带内运行802.11b/g无线电时,除了那些高优先级的蓝牙传输除外,所有蓝牙传输都要关闭。与信道跳转一样,这种方法牺牲了部分蓝牙带宽,所牺牲的带宽与802.11b/g工作周期成比例。因此,如果802.11b/g闲置,则链路维护通讯可能造成带宽下降2%~3%,用户不可能察觉到这个细微的变化。
要增强TDM的效果,就需要具备有关802.11b/g无线电活动的准确信息。为此,CSR公司定义了WLAN_Active硬件信号,以保证当无线电运行时,802.11b/g信号得到保护。但是,也有需要保护蓝牙信号不因802.11b/g干扰而衰退的情况,因此CSR公司开发出了BT_Priority,这是一种可选的信号,指出何时正在发送或接收重要的蓝牙数据包。这种信号可用于保护采用HV3数据包传输的SCO音频,这种格式在单声道耳机的音频流应用中最为常见。
根据信道质量确定数据速率(CQDDR)
现时共有两种分别利用高带宽和中带宽格式的数据包存在,即DH和DM。DH数据包可以传输更多的数据,但是如果部分数据包遭到破坏,整个数据包必须重新传输以恢复数据。DM数据包包含前向纠错(FEC)码,占有效负荷的1/3:每10bit的数据就增加5bit的前向纠错码,因此每15bit的数据/FEC数据块中可以纠正2bit的错误。这种数据包格式可以降低最大的数据传输速率,但比不包含纠错功能的DH数据包更可靠。它允许接收设备与传输设备进行协调,根据环境干扰情况来确定采用何种数据包格式。例如,如果某个设备确定正在接收的数据存在诸多错误,它就会通知传输设备以DM数据包的方式传输数据。如果链路恢复畅通了,它就会允许传输设备回转到DH数据包。
CQDDR只是蓝牙链路的一个可选项,蓝牙技术规范对此并没有做出要求.因此,对于配置了BlueCore芯片的设备向没有配置CQDDR功能的设备发送数据的情况,有专门的算法去评估链路的性能,并且按照确认收到的数据包(A C K)和确认未收到的数据包(NACK)之间的比率来修改数据包的类型。但是,当一个没有配置CQDDR功能的设备接受信息时,如果数据包受损,BlueCore则无法提供应对措施。
扩展型同步定向连接信道(eSCO)
扩展型同步定向连接信道(eSCO)是允许受损语音数据进行再传输的检错语音信道。每一个数据包都有一个CRC(循环冗余校验),这样接收设备就可以检查数据包是否正确接收。在接收过程中存在错误和失的数据包将得到否认,再传输窗口允许未经确认的数据包进行再传输。eSCO由v1.2版蓝牙技术规范推出。
此前版本的蓝牙技术规范采用的v1.1版SCO只能使用单槽数据包,而eSCO允许对同步语音或数据使用三槽数据包。这意味着eSCO可以达到100kb/s以上的连接速率,而V1.1版SCO的连接速率为固定值64kb/s,这是因为在使用单槽数据包时链路容量丢、失,而当无线电改变频率时数据包之间会产生间隙。
在每个eSCO传输过程中,当主设备传输一个eSCO数据包时,从设备会按照SCO常规进行响应(即使没有接收到主设备的数据包,从设备也可以进行响应)。因此eSCO与SCO的不同之处变得明显:eSCO存在一个再传输窗口,在这个窗口中,可以对未经确认的数据
包进行再传输,直至确认收到。eSCO传输的间隔是可以调整的,V1.1版SCO有三种数据包间隔可供选择,传输速率都是64kb/s。扩展型SCO的数据包长度和间隔在链路的两个方向都是可以调整的,因此可以实现不对称传输。
尽管eSCO信道不主动处理或避免干扰,但是受损数据包的再传输仍保证了音频质量受到其他无线电的影响比以前较小。
专利技术
除了上述标准之外,各公司还通过其专利技术做出了进一步的改善。例如,CSR公司开发了一种适用于嵌入式应用的802.11b/g硬件解决方案(UniFi)。由于在嵌入式无线技术方面拥有丰富的经验,该公司能够通过优先级和信道信令开发出更多的优化方法。CSR公司已经实施了这些额外的功能,因为即使采用了目前的保护技术,仍然存在共存问题。例如,某人使用蓝牙耳机配合无线VoIP电话用于语音通讯,同步蓝牙SCO连接仍然会被数据包接收确认中断,WiFi被强行传输,因而造成蓝牙链路语音质量差。
UniFi设备(符合UMA要求的17dBm无线电频率输出功率)采用TDM和CSR公司的专利方法后,同步蓝牙HV3数据包不再产生干扰。CSR公司已经推出了具有业界领先性能的硬件产品。
在这种情况以及其他情况下,采用了CSR公司BlueCore芯片和UniFi单芯片的用户在可以预见的操作情形中保证能够获得无缝共存,因为CSR公司的其他方法满足了这些技术共存的需要。随着越来越多技术先进的电话拥有多媒体功能,预料这样的服务质量将对用户体验带来重大的影响,这方面正在形成一个巨大的全球市场。
结论
1引言
网络教育向人们展示了一个广阔、崭新的学习世界,它为愿意获取知识的人们提供了学习的机会和权力。深化教育改革、增加其互动性是决定现代信息技术在教育革新中价值大小的重要因素,也是教育技术改革追求的重要目标之一。如今的多媒体网络教室的学习环境已经不能与学生进行一对一或一对多的互动学习,也不能自由地走近学生。在传统教学中教师和教材统治的课堂上,同学们只能根据单一表征的视、感知觉信息和抽象的言语信息来进行学习,从而造成想象力、感觉力及实践能力下的协调统一发展。传统的网络教育对线的依赖性较强,缺乏互动性,当多媒体教师的设备过多时,设备之间的布线会更复杂,即使是用笔记本电脑业同样受到网络接入点的限制,不能方便地上网学习。现代化网络通信技术迅猛发展,为教育改革提供了前所未有的推动力和技术条件。无线网络教育打破了传统学校教育方式的束缚,只需一台电脑和网络设备就可以随时随地进行学习或培训。蓝牙技术是无线通信领域中的先进的短距离传输技术,可以同步传输数据及语音,使文字信息、图像信息及语音数据在网络传输的各个方面的技术要求得到很好的满足,是实现移动式网络多媒体教育的最有效的技术。蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM即工业、科学、医学频段,时分双工传输方案,其数据传输速率为1Mbps,被用来实现全双工传输,采用二进制调频FM调制方式,从而使其设备变得更为简单可靠。蓝牙技术产品与因特网之间的通信,使得办公室与教室的设备不需要电缆也能够实现互相通信,大大提高了通信和办公效率。
2蓝牙技术概述
蓝牙(Bluetooth)是由IBM、Ericsson、Intel、Toshiba和Nokia五家公司在1998年联合推出的一项最新的无线近距离网络传输技术,如今已经迅速成为便携式电脑、PDA和其他便携设备之间的低价位、小尺寸、短距离无线连接的领先标准。1998年5月,这五家公司组建了一个特殊兴趣组(SpecialInterestGroup,SIG)来开发此技术及协议,如今已有2500多家公司加入。蓝牙是一种开放的低成本、短距离无线连接技术规范的代称,用于不同设备之间传送语音和数据。蓝牙技术作为便携式电子设备和固定式电子设备之间替代电缆连接的短距离无线通信的标准,其主要特点是工作稳定、设备简单、功率低、对人体危害小且价格便宜。蓝牙技术是以低成本的近距离无线连接为基础,实现了无线语音与数据通信的开放性全球规范,为移动设备和固定式设备通信环境建立了一个特别连接的短距离无线技术。蓝牙最初目的是实现最高传输速率为1Mbps(有效传输速率为721kbps)、最大传输距离为10m(增大发射功率可达100米)的无线通信连接。蓝牙的主要内容是建立通用的无线通信空中接口及其控制软件的标准,使计算机技术和通信技术进一步结合,从而使不同制造商的便携式设备在没有电缆电线互联的情况下可以在近距离范围内具有互操作互用的性能。因此,蓝牙技术特点可归纳为如下特点:(1)全球范围内普遍适用。蓝牙工作频段在免费的ISM(Industrial,ScientificandMedical)频段,适用该频段不需要向各国的无线电管理部门申请许可。(2)由SIG制定的蓝牙通信规范是完全公开,可以在其相应网站上查找相应信息。(3)蓝牙模块体积小,可以方便地嵌入到各种应用设备中。同时,蓝牙通信距离一般为10-100m,功率消耗极低。(4)蓝牙系统采用GFSK调制,同时采用了短包和快跳频技术,具有很好的抗信号衰减性,还可以减少干扰,保证传输的可靠性。(5)蓝牙技术采用电路交换和分组交换相结合技术,可以支持三路语音信道、异步数据与同步语音数据同时传输的信道,以及异步数据信道,可以同时传输数据和语音。(6)蓝牙设备在网络中可以分为主设备和从设备,几个蓝牙设备即可连接成为一个微微网,可以建立临时性的对等连接。
3蓝牙技术体系结构
蓝牙技术规范主要由(SIG)制订,在使用通用数据通信协议和无线传输模块的基础上,开发交互式应用和服务,用于近距离、便携式通信设备。蓝牙技术规范使符合该规范的各种应用之间能够互联,远端设备与本地设备都使用相同协议,所有的应用都要用到蓝牙技术规范中的物理层和数据链路层。(图略)为完整蓝牙协议栈模型。整个蓝牙体系结构可分为底层硬件模块、中间协议层模块和高端应用层模块。核心协议由主机控制接口层(HCI)分为软件和硬件两部分,基带(BB)、射频(RF)和链路管理(LM)这三层通常固化在硬件模块上,组成核心协议的硬件部分;服务发现协议(SDP)、电话控制协议(TCS)、串行端口仿真协议(RFcOMM)和逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)组成了软件部分,通常运行于主机端。目前,蓝牙的标准提供了一般接入、服务发现协议、无绳电话、对讲系统、串口、耳机、拨号网络、传真、局域网访问、通用对象交换、对象推入及文件传输等应用。由此可见,蓝牙可使蜂窝电话系统、无线局域网和因特网等现有网络增添新功能,使各类计算机、传真机、打印机乃至各种室内电子、信息和电器设备增添了无线传输和组网的功能