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蓝牙技术

蓝牙拓扑结构组网


蓝牙拓扑结构组网技术方案

深化教学改革、使教学具有更强的互动性是教育技术发展的重要目标之一,也是现代化技术应用于教育变革中价值的体现。一方面,在传统的教学采用班级授课制等来进行学生划分,学生的水平存在差异,很难满足因材施教。另一方面,传统的教学模式割裂了知识内容与其产生的真实丰富的情景关系,造成了主观上的学习被动型与知识停滞状态,不利于有效地构建完整的知识体系与创新。传统教育采用填鸭式的教育方式,学生无法获得感性的、多元化的学习模式,并且教师与学生之间、学生与学生之间的交互性很差。所以应注重实验方法与技术的提升,互动式教育、自主选择课程及其学习环境等新型教育模式应该被广泛采纳并接受。无线网络教育与传统的校园网络相结合,向人们展示了一个崭新的、广阔的学习层面,突破了传统教育方式的束缚,只要有一台数字终端与接入网络的设备,就可随时随地进行学习与培训。无线通信领域中出现的蓝牙技术可以同步传输语音、图像及文字等数据,是实现无线网络教育的有效技术。

蓝牙(Bluetooth)是1995年由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等5家公司联合制定的近距离无线通信技术标准,其目的是实现最高数据传输率为1Mb/s、最大传输距离为10m的无线通信。蓝牙工作频率为在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段,因此不需要从联邦通信委员会(FederalCommunication Commission)或任何国际管理机构申请适用许可。蓝牙产品与因特网之间相互通信,使得教室与办公室之间、学生数据终端与校园网络之间的设备不需要电缆也能够实现互通互联,大大提高了办公和通信效率。

一、蓝牙技术简介

蓝牙是一种开放的低成本、短距离无线连接技术的规范,用于不同设备之间传送语音、图像及其文本数据。蓝牙作为固定式电子设备与便携式电子设备之间的、替代电缆连接的近程无线互联通信的标准,其主要特点是工作稳定、设备简单、功率低、对人体危害小、价格便宜。蓝牙技术主要面向无线网络中各类语音及数据设备,以无线通信的方式将他们连接成一个微微网,多个微微网之间也可以互联成一个分布式网,从而方便快捷地实现各类设备之间的通信。具有蓝牙功能的通信设备,在一定距离内就可以建立起连接,从而建立临时的个人无线网络。蓝牙技术无线收发器是很小的一块芯片,大约有9mm×9mm,可方便地嵌入到任何固定或便携式设备中,安装方便,不影响设备的外观,具有很高的实用性和可操作性。蓝牙技术支持点对点和点对多的通信,其实现原理是蓝牙设备依靠专用的蓝牙芯片在短距离范围内发送无线电信号,去寻找另一个蓝牙设备,一旦找到设备之间就开始进行通信。

蓝牙技术的特点主要包括:①短程的蓝牙无线通讯距离为10m,节省了电池电量:②功率低、体积小、成本低的无线收发芯片只有0.5平方英寸;③采用简单的链路层协议和二进制跳频技术进而降低了射频芯片的复杂度和成本;④蓝牙技术为微微网提供1Mbit/s的标准速率;⑤用外加的功率放大器可扩展的无线通信距离100m。在一个蓝牙射程范围内,可以存在多个独立的微微网。这些微微网组成分布式网络,以便让更多的蓝牙设备被激活,组合起来提供更高的带宽。

二、蓝牙技术体系的结构特点

与OSI(开放系统互连)一样,蓝牙技术标准的协议体系结构中使用了分层的办法,其目的也是为了使应用程序做到互相操作。远端设备的应用程序如果在同一协议栈上运行,就可以相互通信,不同的应用程序可以使用不同的协议栈。蓝牙协议栈都使用通用的蓝牙数据链路层和物理层协议。

蓝牙核心协议是蓝牙技术标准所特有的协议,由SIG(蓝牙特别兴趣小组)开发制定。蓝牙设备都必须支持蓝牙无线接口和核心协议,而其他的协议可以根据具体情况进行选择,主要包括逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP),以及基带协议与链路管理协议(LMP)。

(1)基带协议。主要负责建立微网内各个蓝牙设备单元之间的物理射频链路,即控制跳频序列的同步和传输。由于蓝牙射频系统使用跳频扩频技术,即在2.4GHz的频段上以1600跳/秒的速率进行跳频来实现信息的发送和接收。分组意为在指定的时间和指定的频率上发送。跳频技术主要是把频段分成若干个跳频信道。在这一层上通过寻呼和查询过程使得不同的蓝牙设备的时钟和发送跳频频率达到同步。

(2)链路管理协议(LMP)。主要负责蓝牙设备之间的链路的控制和建立,以及协商和控制基带分组的大小,主要负责完成设备链路质量管理、设备功率管理、数据分组管理、链路控制管理和链路安全管理等五方面的任务。它通过连接的发起、交换与核实进行身份验证和加密,通过协商确定基带数据分组大小。具有蓝牙功能设备的用户通过链路管理器对远端蓝牙设备及本地蓝牙设备的链路情况进行设置和控制,进而实现对链路的管理。

(3)逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)。逻辑链路控制与适配协议支持高层协议的二次复用,分组的重组和分段以及业务质量。它属于底层的蓝牙传输协议,主要侧重于数据和语音数据的无线通信在物理链路上的实现,是为高层传输层和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议。该协议容许高层协议和应用程序收发长至64K字节的数据。逻辑链路控制与适配协议只支持异步无连接(ACL)链路。

(4)服务发现协议(SDP)。服务发现协议在蓝牙技术框架中起着非常关键的作用,是所有用户模型的基础。在蓝牙设备网络环境中,本地设备的发现和利用远端设备所提供的服务与功能,向其他蓝牙设备提供自身的服务,也是网络资源共享的主要途径,也是SDP需要解决的问题。通过服务发现协议可以查询到设备信息、服务特征和服务类型。用户可以从邻近的服务中选一个可用的,在两个或多个蓝牙设备间建立起连接。

蓝牙支持分组交换和电路交换技术,同时分别定义了两种链路类型,即面向无连接的异步链路(ACL)和面向连接的同步链路(SCO)。每种链路支持16种不同的分组类型,其中4种是用于控制分组。

三、蓝牙网络拓扑结构在现代化高校中的应用

基于蓝牙技术设计的现代化高校网络,首先要解决的是网络结构的划分,因此选择一个合适的网络拓扑结构已成为设定网络结构的关键。网内的设备一般分为主设备与从设备,其中主设备的时钟和跳频序列被用来同步所有的其他设备,即从设备。执行寻呼并建立连接的设备被默认为该网连接的主设备,网中与主设备的时钟和跳频序列同步的设备就是从设备。由于蓝牙标准既支持点到点也支持点到多点连接,根据需要可以建立多网,进而可以将多网连接成为散射网的拓扑图。

由于蓝牙网络的易用性及高度聚合性,可根据不同的网络拓扑图实现高校无线网络结构。典型的基于蓝牙无线网络是以Internet网络管理中心为核心,由管理中心提供有线网络到各功能服务器。用户可以通过智能手机、笔记本电脑以及PDA等具有蓝牙功能的数字终端设备,通过服务器的无线访问节点来访问相应的服务器,无论何时何地,只要有无线网络覆盖,即可访问到相应信息。

总结

根据蓝牙无线网络接入方式的不同,可以构建不同的基于无线网络的解决方案,目前主要采用点对点应用和无线接入点等应用方式。蓝牙无线网络在高校中的构建是随着电脑网络技术及现代化通信技术的迅猛发展而发展起来,无线网络不是对有线网络的取缔,而是对其进行功能性的扩充。虽然目前蓝牙的一些技术细节、蓝牙组建的融合性以及价格方面等存在问题,但是随着技术的不断发展,基于蓝牙的无线网络在高校中的应用前景将更加广阔。

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