蓝牙技术无线微局域网的实现.docx

蓝牙技术无线微局域网的实现.docx

《蓝牙技术无线微局域网的实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蓝牙技术无线微局域网的实现.docx（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

蓝牙技术无线微局域网的实现

摘要

蓝牙技术作为一个全球统一的无线通信标准，其目的在于建立通用的低功耗、低成本无线电空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆互相连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。

蓝牙的功能非常强大，一台机器要是有了它，就可以通过蓝牙和另外一个带有蓝牙模块的机器实现信息共享。

在我们每天的学校生活中，网络对我们来说是不可缺少的，几乎每一个人都要在宿舍里上网、查资料、玩游戏。

但是，我们面对的一个大问题就是宿舍之间的组网问题。

一个宿舍内部组网我们可以直接用网线连接，密密麻麻的网线虽然不好看但还说得过去。

但要是一个班的三个或四个宿舍要是想组建一个局域网，要是直接用网线连接就有些显得不太合理了。

所以我就想通过这篇论文，在介绍了蓝牙的基本信息以后，给出一种蓝牙组建无限局域网的方法和过程。

通过它，我们可以很方便的和隔壁宿舍组建一个无线局域网。

关键词：

蓝牙；局域网；无线接入

Bluetoothtechnology

——therealizationofwirelesslocalnetwork

Abstract：

Asatelecommunicationprotocol,Bluetoothwirelesstechnologyensurescommunicationcompatibilityworldwide.Itprovidesanopen-standardofwirelessinterfaceandcontrolsoftwarewithalow-cost,low-powerconsumptionsolution.Withindustry-widesupport,Bluetoothwirelesstechnologyfreeyoufromwiredconnections-enablinglinksbetweenmobilecomputers,mobilephones,portablehandhelddevices,andconnectivitytotheInternet.

Thefunctionofthebluetoothisverystrong,onemachineifhaveit,canusethebluetoothcarryoutinformationandsharewithanothermachinethathavethebluetooth.Inourschoollifeofeveryday,thenetworkisindispensabletous,almosteachpersonshavetogettotheInternet,checkdataorplaygames.

But,wehaveagreatprobleminsettingnetproblemandthedormitory.Ifinadormitorywecanusethenetlineconjunctiondirectly,closelyofthenetlineisn'tgood-lookingandstillmakesense.Butifathreeorfourdormitoriesofaclasswanttosetsupareanetinabureau,ifusethenetlineconjunctiondirectlyisnotreasonable.SoIwanttousethissis,introducingthebasicinformationofthebluetoothhereafter,giveakindofbluetoothmethodandprocessthatsetsupareanetininfinitebureau.Accordingit,wecanbeveryconvenientinsettingupawirelessbureauareanetwiththenextdoordormitory.

Keywords:

bluetooth;LAN;wirelessconnected

目录

1绪论1

1.1无线网络的发展1

1.2蓝牙技术的起源与发展2

1.3蓝牙将来的应用4

1.4研究的目的及意义4

1.5本课题研究的主要任务5

2蓝牙与局域网技术概述5

2.1蓝牙技术简介5

2.2蓝牙技术体系结构6

2.2.1蓝牙底层模块6

2.2.2中间协议层20

2.2.3高端应用层23

2.3蓝牙应用模型23

2.3.1蓝牙通用应用模型24

2.3.2蓝牙其它应用模型24

2.4局域网技术简介25

2.4.1802项目25

2.4.2以太网27

3局域网概述28

3.1局域网的基本特征28

3.2局域网的技术特点29

3.2.1局域网的拓扑结构29

3.2.2局域网的传输介质32

3.2.3局域网的标准33

3.3无线局域网34

3.3.1无线局域网的三种选择34

3.3.2蓝牙与802.11组网的利弊34

3.3.3蓝牙组网方案35

3.3.4蓝牙组网实例36

4无线微局域网的组建36

4.1组建局域网的软硬件设备36

4.1.1蓝牙适配器36

4.1.2蓝牙适配器安装38

4.2应用蓝牙适配器组网步骤40

4.2.1开始安装40

4.2.2文件传输41

4.2.3共享上网42

总结：

47

参考文献48

致谢49

1绪论

无线数据通信正在蓬勃发展，从蜂窝移动、无线局域网到蓝牙技术，大有君临天下之气势。

1998年之前，无线局域网设备价格比较昂贵，而且在频率等方面受到国家的管制，因此，无线局域网只是作为固定网络的一种延伸技术应用于一些特殊行业，如军事、警察、医疗等。

随着技术的发展，特别是IEEE802.11b,HiperLAN,HomeRF等标准的出台，芯片的价格迅速下降，频率资源包括2.4GHz和5GHz的开放对无线局域网起了极大的推进作用。

作为一项正在兴起的应用服务，无线局域网正在叩开高速无线数据业务的大门。

1.1无线网络的发展

无线网络的初步应用，可以追溯到五十年前的第二次世界大战期间，美国陆军采用无线电信号传送电文。

并且采用高强度密码进行加密。

当时美军和盟军都广泛使用这项无线电传输技术。

这项技术让许多学者得到灵感，1971年，夏威夷大学的研究人员发明了第一个基于数据包式技术的无线电通讯网络，称作ALOHNET网络，这可以算是最早期的无线局域网，它包括了7台计算机，采用双向星型拓扑，横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛（OahuIsland）上。

从那时开始，无线网络雏形可以说是正式诞生了。

世界上第一个试验性无线局域网是1987年建立的，随后，在医疗、零售、机场等地方，出现一些无线局域网，但各厂商的无线局域网不能互联，于是1990年11月成立IEEE802.11委员会，着手制定无线局域网标准，并于1997年6月制定出全球第一个无线局域网标准1EEE802.11。

IEEE802.11无线局域网标准使得不同供应商的产品具有了互操作性。

目前1Mbps和2Mbps的无线局域网技术和产品已相当成熟，整个系统的实现成本也正逐渐下降。

但与以太网（10Mbps）相比，无线局域网较慢的数据传输率成了其进一步发展的瓶颈。

为此，IEEE工作组相继推出了新的高速标准802.11b和802.11a两个新标准，接着又推出了相当于前二者的混合标准802.11g，使得无线局域网的速度又向前迈进了一大步.欧洲电信标准化协会（ETSI）的宽带无线电接入网络小组着手制定Hiper（HighPerfonnanceRadio）接入标准，研究任务之一是HiperLAN标准，已推出HiperLAN1和HiperLAN2.HiperLAN1对应IEEE802.11b,HiperLAN2与IEEE082.lla具有相同的物理层。

无线局域网技术发展至今，主要分为两大协议体系:

IEEE802.11协议标准体系和欧洲ETSIBRAN制定的HiperLAN协议标准体系。

HiperLAN2工作在5GHz频段，工作速率可达54Mbps.IEEE802.11，802.11a和802.11b是IEEE己经颁布的无线局域网的标准协议，该标准定义了无线局域网物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的规范。

目前无线局域网中应用最为广泛和成熟的是IEEE802.11b局域网体系[2]。

1.2蓝牙技术的起源与发展

所谓蓝牙技术，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，并且能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，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。

通俗地讲，蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网。

其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

蓝牙是全球性无线连接的实际标准，它使各种数字设备摆脱了电缆的束缚。

蓝牙技术基于低功耗的短程无线电连接，这种连接运行于在全球范围开放的2.4GHZISM波段上。

因此蓝牙技术在全球通用。

当两个装备蓝牙的设备相距10米之内时，它们就可以建立起相互之间的连接。

并且，由于蓝牙使用了基于无线电的连接，它不必为了相互通讯而设置可见的有线连接。

运用独特的安全密钥和强健的加密，可靠性和保密性也得到了保证。

蓝牙必将成为历史上最快被采纳的技术。

在不久的将来，它必定会成为上亿部移动电话、个人电脑、膝上电脑、数字照相机及许多其他电子设备的标准。

面对各种设备之间相互连接的复杂电缆，瑞典爱立信公司的一位工程师决心要发明一种"让这些电缆消失在空气中"的技术。

于是，在1994年由爱立信公司率先提出的短距离无线通信的"蓝牙技术"问世了。

1998年5月，瑞典爱立信、芬兰诺基亚、日本东芝、美国IBM和英特尔五家公司自发成立了蓝牙特别兴趣小组。

其后，微软、3COM、朗讯、摩托罗拉和原有的五家公司一起成为蓝牙特别兴趣小组的九个领导成员，共同致力于在全球范围内将此项技术标准推向市场。

在短短的两年多的时间里加盟该小组的企、事业达2500家，其中包括诸如AMD、康柏、戴尔、惠普、德州仪器、高通以及卡西欧、飞利浦、三星、LG、精工、夏普等许多世界最著名的计算机行业、通信领域以及消费电子产品甚至还有汽车与相机的制造商和生产厂家。

蓝牙特别兴趣小组迅速发展壮大，名符其实地成为了世界蓝牙组织--SIG。

"蓝牙"（Bluetooth）是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称，"蓝牙"一词取自一位在公元10世纪统一了丹麦的国王，哈拉德二世、（Harald）的绰号，即"蓝牙"（Bluetooth）。

"蓝牙"技术的最初倡导者是五家世界著名的计算机和通信公司：

爱立信Ericsson,国际商用机器IBM,英特尔Intel,诺基亚Nokia,和东芝Toshiba。

并于1998年5月成立了"蓝牙"特殊利益集团（BluetoothSpecialInterestGroup-SIG），该组织采取了向产业界无偿转让该项专利技术的策略，以实现其全球统一标准的目标。

其目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速度为721kbps）、最大传输距离达10米，用户不必经过允许便可利用2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿（hobbing）方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。

这也就是蓝牙技术的由来和特点。

使用蓝牙技术进行通信的设备，分为决定频率滚齿模式"主叫方"和它的通信对手"受取方"。

主叫方可同时与7台受取方通信。

因此可以把主叫方连同7台受取方共8台设备连接成名为Piconet（锯齿网）的子网。

Piconet内的受取方可以同时作为两个以上Piconet的受取方。

1999年7月，蓝牙公布了正式规格BluetoothVersion1.0。

遵从这一规格的移动电话和笔记本电脑将于1999年底或2000年初上市。

声称要把蓝牙技术产品化的企业正与日俱增，目前蓝牙标准化团体"BluetoothSIG（特别兴趣组合）"的成员企业数已增加到800家以上。

"蓝牙"技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备都能不再用电缆，而是用一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来；进而形成一种个人身边的网络，使得在其范围之内各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。

据国外权威机构预计，几年以后，全世界将会有数以亿计的数字移动电话、PC机以及各种信息设备都会将基于蓝牙技术的无线接口作为一种标准配置。

蓝牙技术将在多种领域迅速发展，其典型应用环境包括无线办公环境（WirelessOffice）、汽车工业、医疗设备等。

Bluetooth将在人们的日常生活和工作中扮演重要角色，市场潜力巨大,该技术正成为21世纪的投资热点

所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线通信技术，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。

说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

“蓝牙”的形成背景是这样的：

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。

芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。

1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。

全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮[3]。

1.3蓝牙将来的应用

随着研究的进展，蓝牙技术的应用领域越来越广阔，比如:

将蓝牙技术应用于汽车行业中，实现对汽车各部件的实时监控;将蓝牙技术应用于建筑行业中，实现智能化住宅;以及在人口密度大的地区（如车站、机场、商场等）为用户提供接入服务等。

局域网（LAN）是一个数据通信系统，他允许在有限的地理范围内的许多独立设备相互之间直接进行通信。

在局域网中有四种体系结构占主导地位:

以太网、令牌总线、令牌环网和光纤分布式数据接口（FDDI），前三者都是IEEE的标准，也是802项目的组成部分，FDDI则是ANSI标准。

无线替代电缆是技术发展的趋势，无线局域网替代传统局域网将是必然的结果[1]。

1.4研究的目的及意义

无线取代电缆是技术发展的必然趋势，虽然无线局域网（802.11标准）占据了越来越主要的地位，但相比较之下，蓝牙技术的成本要低，而且它与无线局域网并不存在矛盾，相反他们可以构成互补关系，正是基于这一点，本文提出了基于蓝牙技术构建无线个域网，这样就可以在办公室，实验室等环境下方便而廉价的组建网络，实现数据的无线共享或传输。

课题的选择可以进一步加深对蓝牙技术的研究，并且对现实的应用也有很强的指导意义。

目前蓝牙协议还处于不断完善期。

虽然由于蓝牙技术的发展速度一直未达到预计要求，而使一些业内人士对蓝牙技术产生了怀疑，但是作为一种前景光明的连接技术，蓝牙仍会以惊人的速度向前发展。

1.5本课题研究的主要任务

蓝牙的开发是一个比较复杂的过程，除了复杂的硬件设计之外，还有针对各种应用模型的软件设计，为完成蓝牙的各种功能，软件的重要角色是不可替代的。

协议栈的开发复杂，短期内不可能独立完成，现有协议栈的购买又十分昂贵。

本论文想通过对蓝牙技术、802.11协议的介绍对比，了解蓝牙的结构和工作原理，以及构造局域网的方法，最终实现用蓝牙技术组建一个小型局域网。

2蓝牙与局域网技术概述

2.1蓝牙技术简介

蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM〔工业、科学、医学）频段。

它的一般连接范围是10米，通过扩展可以达到100米;不限制在直线范围内，甚至设备不在同一间房内也能相互连接。

蓝牙设备有两种组网方式:

微微网（Piconet）和散射网（Scatternet）。

在Piconet中，多个蓝牙设备共享一条信道，其中一个为主单元，最多支持7个从单元。

具有重叠覆盖区域的多个Piconet构成Scatternet，从单元用时分复用的方式参加不同的Piconet，一个Piconet中的主单元可作为另一个Piconet的从单元。

蓝牙使用FHSS（跳频扩频）技术，理论跳频速率1600跳/秒。

跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线收发器按一定的码序列（伪随机码）不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰。

跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄频带成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能产生的影响变得很小。

以2.45GHz为中心频率，最多可以得到79个1MHz带宽的信道。

在日本、西班牙和法国，频段的带宽小，只能容纳23个跳频点，其带宽仍为lMHz间隔。

蓝牙的信道以时间长度625us划分时隙，时隙依据微微网主单元蓝牙时钟来编号。

蓝牙系统中主、从单元的分组传输采用时分双工（TDD）交替传输方式，主单元采用偶数编号时隙开始信息传输，而从单元则采用奇数编号时隙开始信息传输，分组起始位置与时隙起始点相吻合，由主或从单元传输的分组可以扩展到5个时隙。

蓝牙采用的调制方式为GFSK，使用三种功率:

OdBm（1mW）,4dBm（2.5mW）,20dBm（100Mw）。

在主单元和从单元之间，可以建立不同类型的链路，如同步面向连接链路（SCO）,异步无连接链路（ACL）.SCO链路是在主单元和指定的从单元之间实现的对称的、点对点连接，SCC连接方式采用预留时隙，因此该方式可看作是在主单元和从单元之间实现的电路交换链路，它主要用于支持类似于象话音这类时限信息。

ACL连接定向发送数据包，它既支持对称连接又支持不对称连接。

在非SCO连接的保留时隙里，主单元可以以时隙为单位与任何从单元的分组交换连接。

蓝牙支持一条异步数据通信信道、三条同步语音信道或一条同时支持异步数据和同步语音的信道。

语音信道速率为64Kbps，语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制（CVSD）。

异步数据通信信道速率:

不对称时，一个方向最大723.2Kbps，反向时57.6Kbps；对称时为433.9Kbps[1]。

2.2蓝牙技术体系结构

蓝牙特别兴趣小组（SIG）制定了蓝牙规范1.1，能够利用可操作的无线模块和数据通信协议开发交互性服务。

蓝牙协议栈的体系结构如图2.1所示。

它是由底层硬件模块，中间层和高端应用层三大部分组成[8]。

图2.1蓝牙协议栈

2.2.1蓝牙底层模块

底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底层模块。

它主要由链路管理层（LMP:

LinkManagerProtocol）、基带层（BB:

BaseBand）和无线收发部分组成。

其功能是:

无线收发器通过2.4GHzISM频段，实现数据流的过滤和传输。

蓝牙规范主要定义了在此频段工作的蓝牙接收机应满足的要求;基带层提供了两种不的物理链路:

同步的面向连接链路SCO（SynchronousConnectionOriented）和异步的无连接链路ACL（AsynchronousConnectionLess）负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输，且对所有类型的数据包提供了不同层次的前向纠错码FEC或循环冗余校验CRC;LMP层负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口;蓝牙主机控制器接口HCI（HostControllerInterface）由基带控制器、链路管理器、控制和事件寄存器等组成。

它是蓝牙协议中软硬件之间的接口，提供了一个调用下层BB,LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过HCI的解释才能进行。

HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过传输层进行交互[6]。

1.蓝牙无线规范

（1）频段和信道安排

蓝牙运行信道是不用营运批准的2.4GHzISM频段，但是世界上却有两种不同的频段定义。

大多数国家将频段定义成2.400~2.4835GHz；法国等少数国家将频段定义成2.4465~2.4835GHz。

蓝牙规范为了适应两种不同的频段定义，提出了两种蓝牙运行信道的分配方案。

对2.400~2.4835GHz的频段分配了79个跳频信道，每个信道带宽1MHz；对2.4465~2.4835GHz的频段分配了23个跳频信道，每个信道带宽1MHz。

如下表2.1所示。

表2.1

为了减少带外的辐射和干扰，系统留有保护带，对于79信道系统，下保护带是2MHz，上保护带是3.5MHz。

蓝牙规范为信道分配设计了专门的跳频算法。

由于不同跳频频段的设备不能兼容，蓝牙SIG当前正在做工作，企图说服各国政府调整自己的频率划分，让全世界运行在一个频率上，便于蓝牙产品畅通无阻地进入到世界各个角落。

（2）发射器特征

这部分声明要求的功率电平是指在设备的天线连接器处测得的功率电平。

根据功率的电平值，可以把设备分成3个级别，见表2.2

表2.2

功率级别1设备需要功率控制。

功率控制用于限制发射功率，使之不超过0dBm,0dBm以下的功率控制是可选的，主要用于优化功率消耗和整体的干扰电平。

功率调整步幅从8dB到2dB，形成一个单调序列。

一个具有20dBm的功率级的设备必须具有调整其功率到达4dBm以下的能力。

具有功率控制能力的设备使用链路管理器协议（LMP）指令来优化链路的功率输出。

功率控制通过测量接收信号强度指示（RSSI）来实现，如果需要进行功率调整就返回一个报告。

在2.4GHzISM频段中工作的蓝牙随时有不可预测的干扰。

为了确保正常工作，蓝牙采取了“快速确认”和“跳频”方案保证信道稳定。

■调频技术

跳频技术是把频带分成若干个“跳频信道”（HopChannel），在发射和接收的一次连接中，无线电发射器和接收器按照一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，这种信道的跳动就称为跳频技术。

发射方和接收方双方约定好跳频的时刻和方法，其它的干扰由于是随机的，不可能按频率跳动的同一规律对蓝牙发生干扰。

如表1中射频信道所示

分配方案信道分配频率带宽

79信道跳频