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蓝牙技术

电器网络远程控制


蓝牙技术在构建电器网络集中远程控制中的应用

电器网络是利用数字、网络、智能控制技术对现有普通电器进行管理和控制,使之网络化、智能化,并能实现远程控制和管理.普通电器实现网络化,首先要解决电器之间的互连问题,以及该电器在网络中唯一性(即精准识别)问题,同时,还应解决电器设备之间的通信问题,才能实现电器互联和远程控制.

要实现远程控制,必须解决设备组网以及利用现有公共网络实现远程互控这两大问题.就目前对在室内组网连结方式来看,有以下几种组网形式:

(1)有线组网方式.即利用网络通讯物理线路将电器连接起来,以实现设备的互联,达到组网的目的.这种有线连接抗网络干扰性能力强,但是该网络在室内组网过程中存在很多弊端:如室内如何布线问题,解决布线蜘蛛网问题,在已经组建好的网络中,又如何增加控制点,设备搬移后接入点如何移动等问题.显而易见,有线网络灵活性太差,用户不能随意添加设备、移动设备,不能实现设备的“即插即用”.同时网络连接点可靠性较差,有线连接往往会有通讯连接插头存在,较易出现网络设备连接不正常,导致掉网现象,即“连接可靠性”存在问题.

(2)红外组网方式.此种组网灵活性强,可以实现“即插即用”,同时连接可靠性也较强,但是该连接方式只适用于宽广无阻碍空间,对有实物阻挡的复杂空间不能使用,存在“空间局限性”问题.

(3)微波组网方式.此组网方式具有传送距离远,适应于地形复杂,开阔无阻隔,能相互看到的两点之间传送连接;缺点:成本较高,一旦阻隔,将不能通信.

(4)无线组网连接方式.此种连接方式,能克服有线组网方式不足的缺陷.对用户来说具有的设备入网灵活性强,设备的联网也方便可靠,不存在空间阻挡的问题,同时用户也可以比较随意地移动和添加设备等优点可实现“即插即用”.

因此无线组网是组建家电网络过程中的首选.但就目前的无线组网技术来看,面临以下几个问题:

(1)如何实现电器与控制中心以及公共网络间的互联互通和控制信息交换问题.(2)由于无线网络重复覆盖区域可能存在,则需解决如何准确识别哪些电器设备属于网内设备,哪些电器设备属于网外设备的问题.(3)如何解决网络的向外延伸,实现远程控制问题.

而对于解决以上组网过程中出现的问题,就常规无线技术而言是比较困难,尤其是网内设备的识别过程,以及判定电器设备在控制过程中是否已经完成接受了控制指令而进入了工作状态.而要解决以上的识别和判断过程,必须采用现代无线通讯技术,才能实现控制中心与电器设备的相互通讯、识别和控制过程.而就目前无线通讯技术中,成本低廉的蓝牙技术为首选.

一、蓝牙技术体系特点

1.1蓝牙技术简介

“蓝牙”(Bluetooth)原是十世纪统一了丹麦的国王的名字,现取其“统一”的含义,是爱立信、IBM等5家公司组成的蓝牙利益集团(SIG)在1998年联合推出的一项小范围无线网络技术,蓝牙推出时,就瞄准了无线局域网通信.蓝牙是一种低成本近距离无线数据和语音传输的开放式标准,它可以将各种数字系统设备(包括通信、计算机终端设备等)采用无线方式进行组网.它采用2.4GHzISM频段和调频、跳频技术,79个1MHz带宽跳频点,1600跳/S,支持64kb/s实时语音传输和数据传输,发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW对功耗低人体危害小,传输有效范围半径为10cm~10m,如果加上某些外设增加功率可达到方圆100m的传输距离.使用全球统一的48比特的设备识别码.数据连接方式为面向连接业务SCO和无连接业务ACL两种方式.工作模式为PARK(休眠)、HOLD(保持)、SNIFF(呼吸)三种模式.

1.2系统结构

蓝牙技术的系统结构分为三大部分:底层硬件模块、中间协议层和高层应用.底层硬件部分包括无线跳频(RF)、基带(BB)和链路管理(LM).无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波,实现数据位流的过滤和传输,本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件.基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输.链路管理负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制.

1.3拓扑结构

采用蓝牙技术组网的Piconet(微微网)结构,是由共享同一通道的多个设备组成的网络.该拓扑结构把设备分为主设备和从设备,提出通讯要求的为主设备,被动进行通讯的设备称为从设备.一个主设备最多可同时和7个从设备进行通讯,并可挂接多个保持同步但不通讯的休眠设备.运行时其所有设备本身都是平等的,无主从之分.由多个独立、非同步的微微网彼此之间进行通讯,就组成了蓝牙的Scatternet(分散网).

1.4鉴权认证技术

鉴权技术,是区别传统射频技术和蓝牙技术的重要性能指标,对设备的鉴权与加密服务是由物理层提供.鉴权认证采用口令———应答方式,通过个人识别码PIN、128位随机数和设备的BD_ADDR生成并产生与之匹配的128位鉴权字.通过鉴权,为他们创建链接字,蓝牙设备可存储链接字用于以后的鉴权,避免每次鉴权输入PIN码.在连接过程中,鉴权认证对任何一个蓝牙系统都是极其重要的组成部分,它允许用户自行添加属于自己的可信任的蓝牙设备,并通过反向鉴权,使两蓝牙设备之间建立一一对应关系,在数据传输时,通过特有的链接字,建立专用的数据通道进行传送.网络中其它不同链接字的蓝牙设备仍然处于休眠(PARK)状态不参与数据传输和接受活动.如果用户有更高级别的保密要求,可以使用有效的传输层和应用层安全机制,进行加密传送.通过鉴权认证与识别机制,使得网络中主设备能准确地识别到网内某一设备,并建立链接,将指令和数据准确地传达和控制该设备,并将控制状态信息通过链路返回.此技术解决了设备之间的相互识别问题.

有了以上一系列优点,使得蓝牙技术能有效地克服和解决了前面所述的组网过程中存在的问题,为最佳组网选择技术手段.

二、蓝牙技术在网络电器中的应用

通过蓝牙技术规范的四种基本访问模式可进行电气网络组建和数据交换.通过蓝牙访问应用模式(GAP)使蓝牙单元之间相互发现建立连接;通过服务发现应用模式(SDAP),发现协议的接口,向其他蓝牙单元发出“发送”或者“接收”请求信号;通过串口应用模式(SPP),使两蓝牙单元之间建立虚拟串行口;通过通用对象交换应用模式(GOEP),将数据通过虚拟串口传送到另一蓝牙单元.利用蓝牙技术规范,实现一个全新的电气网络集中远程控制模式.真正实现“零布线,即插即用”.

在整个网络系统集中远程控制结构中,网络电器集中控制器为整个系统的核心控制的蓝牙主设备,起着桥梁作用.通过集中控制器键盘、互联网络、电话等通信方式,接受用户操作指令,并按照用户对网内指定家电设备的工作要求,及时准确地将控制命令通过蓝牙设备发送到指定被控网内蓝牙从设备端控制其工作,并将指定电器被控端运行控制状态数据,通过被控端蓝牙返回到集中控制器,将结果通过语音、WEB的方式通知用户,实现网络电器的集中控制和远程管理.

在网络电器集中控制器中,每新添一项合法的网络电器,均进行蓝牙鉴权,创建网络电器集中控制器与该电器之间的链接字,确认为网内合法设备,并存储以便后续鉴权,用以区别临界周边非网内电器设备,实现精准控制.而在电器客户端,同时也嵌入蓝牙接收发送控制装置.通过集中控制器发出的指令,经蓝牙无线网络传送到指定客户端,并将收到的指令进行判断和识别,按照指令要求进行控制,同时,通过电器工作状态检测单元,将电器受控后实时工作状态进行检测,并将检测结果进行反馈,通过无线蓝牙网络,实时地反馈传送到集中控制器,并通过语音或者WEB将被控电器现有工作状态实时告知用户,从而完成一次完整的实时远程无线控制.

总结

蓝牙技术与传统的无线传输技术相比,有着无法比拟的优势,该技术解决了长期以来射频无线技术只能一对多的广播传输模式,利用鉴权技术,实现了一对一的安全认证传输模式.它是一种新型的传输标准,基于蓝牙技术的产品越来越多,总之,对蓝牙技术的广泛应用,将给人们的生活和工作带来更多的方便.

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