蓝牙技术的现状及发展论文

蓝牙技术的现状及发展论文（通用7篇）

蓝牙技术的现状及发展论文 篇1

1.1 发展迅速，应用广泛

自从提出蓝牙技术以来，蓝牙技术的发展异常迅速。蓝牙Bluetooth作为一种新的短距离无线通信技术标准，受到全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。成立了世界蓝牙组织Bluetooth SIG，采用技术标准公开的策略来推广蓝牙技术，现已发展成为一个相当大的工业界高新技术标准化组织，全球支持蓝牙技术的多家设备制造商都已经成为它的会员，一项公开的、全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持在以往是罕见的。近年来，世界上一些权威的标准化组织，也都在关注蓝牙技术标准的制定和发展。例如，IEEE的标准化机构，也已经成立了802.15工作组，专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。IEEE 802.15.1 TG1就是讨论建立与蓝牙技术1.0版本相一致的标准;IEEE 802.15.2 TG2是探讨蓝牙如何与IEEE 802.11b无线局域网技术共存的问题;而IEEE 802.15.3 TG3则是研究未来蓝牙技术向更高速率(如10-20Mbits/s)发展的问题。国内的一些生产厂家与研究部门也准备开始组织蓝牙技术产品的开发。由来自国家主管部门、企业界、学术界以及研究生产机构的领导、专家、教授等权威人士发起成立的中国蓝牙技术发展与应用论坛，吸引了众多关注蓝牙技术的各界人士，还组织国内各界与世界蓝牙组织SIG的代表，就双方所关注的问题进行了认真的讨论。并就双方今后进一步加强联系、共享蓝牙技术信息资源、共同促进蓝牙技术在中国的推广与应用等问题达成共识。

蓝牙是取代数据电缆的短距离无线通信技术，可以支持物体与物体之间的通信，工作频段是全球开放的2.4GHz频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mb/s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。 蓝牙技术的应用被认为非常广泛而且极具潜力。它可以应用于无线设备(如PDA、手机、智能电话、无绳电话)、图像处理设备(照相机、打印机、扫描仪)、安全产品(智能卡、身份识别、票据管理、安全检查)、消费娱乐(耳机、MP3、游戏)汽车产品(GPS、ABS、动力系统、安全气袋)、家用电器(电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机)、医疗健身、建筑、玩具等领域。蓝牙行业对于市场的持续增长感到欣慰，现在没有人再质疑它的生命力。，400余种蓝牙产品的销量总共达到了3000万件;而的数字是20的2倍。In-Stat/MDR公司预测，蓝牙市场的规模在将膨胀到6亿件。爱立信技术授权公司的总裁Maria Khorsand表示：“在如此艰难的经济环境下，蓝牙是少数仍在增长的产品之一”。

1.2 技术应用问题凸现

虽然蓝牙技术发展迅速，应用广泛，市场前景良好，但蓝牙技术目前的现状，特别从20的蓝牙世界大会所暴露的问题来看，前景仍然不容乐观。

1.2.1 蓝牙技术目前仍未获得消费者的足够认可

虽然目前蓝牙技术在业界受到广泛的关注，但是仍未获得消费者的足够认可。菲利浦半导体公司商业线路连接部总经理Paul Marino指出：“蓝牙行业没有清楚地告诉消费者，该技术会给他们带来什么价值。”而TI公司的短距离无线业务部总经理Ari Rauch将蓝牙与IrDA红外规范相提并论：“尽管事实上基于IrDA的红外技术已被嵌入到各类产品中，但现今，没有人再使用Ir-DA。”他甚至警告说：“确实，蓝牙最后有可能不会为用户提供任何价值。”以前国内有些媒体报道存在失实现象，例如把明明是用红外技术开发的点菜机当作蓝牙技术来报道，并且以冒牌教授的名义大谈蓝牙技术的概念;另外还有一些企业把自己的其他产品也冠以“蓝牙技术”进行销售。

在进行蓝牙产品的销售过程中，没有很好地为消费者解释为什么要使用蓝牙技术，因为消费者只想使用可行的无线技术，而并不是过分关心它的类别。例如IXI移动公司的个人移动网关(PMG)技术将有助于利用蓝牙为运营商带来价值，通过将普通的电话变成无线路由，从而可以扩大其他数据设备的使用，完全可以由个人移动网关将数据通过蓝牙转移到所谓的瘦客户终端以提高其可用性，这恰恰可以解决目前由于使用数据不方便的问题。但同时IXI移动公司的技术似乎也并非专为蓝牙所设计，Wi-Fi和Zigbee等其他无线联网技术也可适用其架构。

年在阿姆斯特

丹举行的第五届蓝牙世界大会上，业界内部的讨论已从芯片级问题，如成本、尺寸、功耗等，转向更重要的议题，如应用、系统和易用性。PalmSolutions Group新兴软件解决方案部经理Eric Klein表示：“过去蓝牙大会的焦点一直是芯片，但现在那已不是头号问题;目前应该是指出我们希望用蓝牙为消费者解决哪些问题的时候了。”

此届的蓝牙世界大会始终笼罩在一种低沉的气氛下，尽管蓝牙的实际应用仍在稳定的增长，甚至分析师们还表示了非常乐观的预测。表面的数字的确值得兴奋，近两年支持蓝牙的设备已经超过4000万件，2003年甚至将超过7500万件，但真正对蓝牙功能的使用却仍微乎其微。一项对11个欧洲国家用户调查中显示，69%的受访者没有使用蓝牙的计划，而对Wi-Fi却有超过42%的用户正在使用。

这些问题的出现，恰恰说明了消费者对蓝牙技术概念的本质还不够深入理解，蓝牙技术仍未获得消费者的足够认可。

1.2.2 蓝牙设备好卖不好用

虽然蓝牙技术的出现将会给人们的工作和生活方式带来很大变革，人机接口会更加人性化。目前蓝牙技术1.0的标准还只能传输1Mbit/s的语音和数据，但是2003年推出的蓝牙技术2.0标准的传输速率可达到12Mb，它还将采用智能跳频技术可以与1.0的标准兼容。也许在不久的将来，人们外出乘坐火车与飞机将会变得非常方便，订票、买票、检票登机等等，都会变得非常轻松自然;人们家庭中的保安系统、信息家电的遥控与使用也都会实现自动化和网络化。这些非常美好的应用前景还需要我们做很多工作，但是蓝牙技术的发展的确能够提供这种实现的可能性，提供这样一些新的概念。在近几年的业界共同努力下，蓝牙产品发展迅速，销售状况良好，但是大部分用户在设置和连接蓝牙设备时面临许多困难。 目前，购买了蓝牙设备的顾客首先要花几个小时的时间来研究菜单、配对蓝牙设备和设置规则，然后才能连接两个蓝牙系统，使用起来极不方便。蓝牙业界正在探索一条新的途径，以确保消费者在购买蓝牙设备后，能够迅速地建立起蓝牙连接。这方面，索尼公司走在了前列。索尼公司在2003年蓝牙世界大会上推出的FEEL专有蓝牙应用技术将能实现为索尼公司的产品之间提供蓝牙的快速方便连接，FEEL能在当手机及PDA接近个人电脑等时，在其间进行用户认证及内容传输，这大大提高了蓝牙产品的可用性。但目前仅仅只能使用在部分索尼公司的蓝牙设备之间，要想大面积使用，尚需业界的多年努力。总的来说，蓝牙好卖不好用是目前蓝牙设备存在的一大难题。

1.2.3 互操作性

互操作性是所有通信设备的重要特性，蓝牙产品也不例外。从理论上说只要通过了产品的一致性和互连性测试，互操作性问题就可以得到解决。目前蓝牙协议许多互连测试规范尚未推出，即使推出了，其测试的完备性有个过程。国际SIG对蓝牙互操作非常重视，因为它涉及到蓝牙产品的进一步应用，各大公司接连不断开会，进行沟通、测试、实验，目的就是使其产品相互可操作。

使用蓝牙技术的产品， 由于历史和技术的原因，各自采用的CPU、操作系统、通信协议可能差别很大。协议是在基于某一特定的操作系统(如Windows)开发出来的，开发出来后用于某一专用设备(如PDA、移动电话)时，由于这些设备使用的操作系统不是开发时基于的操作系统，必须做操作系统移植，而经过移植的协议栈应当保持原有的稳定性和效率。这些问题对蓝牙特殊兴趣小组(SIC)来说，可能已经考虑到。但有些问题的存在也可能SIG有自己的考虑，比如不采用某领域最先进的技术，是因为采用最先进技术会使成本太高，而且局部最优并不等于整体最优。

在本届蓝牙世界大会上，种类繁多的“协议子集”也是蓝牙业界内部讨论最多的话题之一。对许多OEM来说，为他们的每种设备选择合适的协议子集是头等重要的任务。业界还没有就哪类产品必须支持哪些协议达成一致意见，所以要由设备制造商自己来决定。如果一款蜂窝电话支持某种协议子集，而另PDA支持另一种协议子集，那么两者将无法进行互操作。例如：Plam的Klein指出，Plam支持蓝牙的20个有效子集中的3个，包括串行、目标互换和拨号网络，它们基本上都是为特定功能而度身定做的高层协议软件包。

1.2.4 蓝牙的生存

在目前充满竞争的无线标准市场，要指明蓝牙的未来并不是一件容易的事。一方面，蓝牙技术需要不断改进，以适应医疗电子、工业控制和家电自动化领域的潜在应用，另一方面，许多人警告，随着数据率的增高，蓝牙的市场定位更变得令人困惑。在本届蓝牙世界大会上召开的研讨会揭示，蓝牙的生存将取决于它能否与其他技术共存在庞大的无线技术家族中。本届是最后一次独立的蓝牙世界大会，，蓝牙技术将被并人一个名为“无线连接世界”的新展会，该展会还将涵盖WLAN和若干其它技术。

蓝牙技术的现状及发展论文 篇2

1蓝牙技术的特点

蓝牙技术及蓝牙产品的特点主要有:蓝牙技术的适用设备多, 无需电缆, 通过无线使电脑和电信连网进行通信。蓝牙技术的工作频段全球通用, 适用于全球范围内用户无界限的使用, 解决了蜂窝式移动电话的“国界”障碍。蓝牙技术产品使用方便, 利用蓝牙设备可以搜索到另外一个蓝牙技术产品, 迅速建立起两个设备之间的联系, 在控制软件的作用下, 可以自动传输数据。蓝牙技术的安全性和抗干扰能力强, 由于蓝牙技术具有跳频的功能, 有效避免了ISM频带遇到干扰源。蓝牙技术的兼容性较好, 目前, 蓝牙技术已经能够发展成为独立于操作系统的一项技术, 实现了各种操作系统中良好的兼容性能。

2蓝牙技术系统的构成

2.1底层硬件模块。蓝牙技术系统中的底层硬件模块由基带、跳频和链路管理。其中, 基带是完成蓝牙数据和跳频的传输。无限跳频层是不需要授权的通过2.4GHz ISM频段的微波, 数据流传输和过滤就是在无线调频层实现的, 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。链路管理实现了链路建立、连接和拆除的安全控制。

2.2中间协议层。蓝牙技术系统构成中的中间协议层主要包括了服务发现协议、逻辑链路控制和适应协议、电话通信协议和串口仿真协议四个部分。服务发现协议层的作用是提供上层应用程序一种机制以便于使用网络中的服务。逻辑链路控制和适应协议是负责数据拆装、复用协议和控制服务质量, 是其他协议层作用实现的基础。

2.3高层应用。在蓝牙技术构成系统中, 高层应用是位于协议层最上部的框架部分。蓝牙技术的高层应用主要有文件传输、网络、局域网访问。不同种类的高层应用是通过相应的应用程序通过一定的应用模式实现的一种无线通信。

3蓝牙技术的应用

3.1计算机应用。计算机作为应用最广泛的电子产品, 在蓝牙技术的开发与应用中已将日渐成熟。在传统的计算机应用中, 若要是利用手机和移动硬盘与计算机进行文件的传输, 只能够通过软盘驱动器的下载, 或者是利用USB连接, 才可能进行文件与数据的传输。在蓝牙技术的应用中, 则通过无线连接技术, 在不携带任何连接设备中就可以实现数据的接受, 不仅提高了使用的便利性, 还提高了信息数据的安全性传输。

3.2语音通信应用。在手机通讯应用中, 蓝牙耳机的应用形式为较多的商务人士提供了方便。蓝牙耳机是在可移动电话中, 在语音通信上进行无形技术的连接, 在拨打电话中可以单纯借助耳机进行语音通讯, 对于开车人士具有重要的应用价值。但是, 随着科技的发展, 蓝牙技术在手机中的应用有了进一步的升级, 能够在单个设备间进行信息的传输, 实现了个人局域网络的构建, 方便了人们在工作和生活中手机性能的应用。

3.3在办公室中的应用。在蓝牙技术的众多应用领域中, 办公室的自动化和电子商务可谓是具有较大的变革, 如在无线鼠标和无线键盘的应用体验中, 建设了局域网中设备线路的连接, 将复杂的工作环境简单化处理, 同时在打印机和调制解调器的应用中, 通过局域网络的无线共享, 提高了材料复印的工作效率。另外, 在办公室会议中, 通过远程调控技术和蓝牙技术的应用, 能够在无线连接的条件下进行会议视频, 便于领导人员在繁忙的工作中随时随地的进行会议总结与战略部署, 提高了现代化企业的工作效率。

3.4家庭的应用。蓝牙技术在家庭方面的应用, 可以改造电话系统进行个人通讯, 可以实现“三表”的远程输送和自动抄录。嵌入式蓝牙芯片的“信息家电”能够自动获取、发布和处理网络信息终端的信息, 将家庭和社会紧密连接。

4蓝牙技术的发展前景

4.1普及蓝牙技术的认知与利用。虽然在现阶段, 蓝牙技术已经在实际的生活与工作中有了较多的应用, 但是人们对于蓝牙技术并没有过多的认识, 除了在手机蓝牙的传输功能与语音功能的应用外, 对于无线打印机、无线会议等蓝牙应用没有足够的认识。因此, 在未来的蓝牙技术发展中, 应对蓝牙技术进行宣传, 将成本低和技术先进的蓝牙技术推广在更广泛的应用平台中。

4.2拓展蓝牙技术的应用领域。蓝牙技术的应用领域要向广度发展。蓝牙技术的第一阶段是支持手机、PDA和笔记本电脑, 接下来的发展方向要向着各行各业扩展, 包括汽车、信息加点、航空、消费类电子、军用等。

4.3与更多的操作系统之间兼容。在计算机系统中, 若要进一步提高蓝牙技术的应用, 就要将蓝牙兼容技术与计算机操作系统同步发展, 除了与Windows、xp和pc平台兼容外, 还要跟进技术水平, 例如在win8系统的计算机应用中建立支持性, 提高蓝牙技术在计算机和相关工程中的应用。另外, 在兼容性的技术发展中, 要不断的对电子产品的发展方向进行研究, 在预见性的规划安排中, 提高蓝牙技术的应用能力。

4.4低成本发展, 芯片小巧且价格下降。蓝牙技术中应用的芯片的成本较低, 并且在向着单芯片的方向发展, 已经开发除了嵌入电池中的单芯片, 蓝牙芯片将越来越小巧, 价格越来越低。

4.5加强合作开发趋势。蓝牙技术的发展主要得益于通讯技术的支持, 在未来的经济建设中, 各行各业都需要在信息自动化的应用中提高生产水平, 因此, 要将蓝牙应用技术与多种行业建立合作形式。比如在汽车制造中, 可以将蓝牙技术设计到汽车的智能化应用系统中, 增加汽车的使用功能, 通过无线数据的连接, 将汽车、计算机、手机和人进行紧密的联系, 通过手机等设备的简单操作就可以控制汽车运行系统等, 如在手机中下载汽车的开关系统, 一是保证了汽车的个人使用安全, 二是在忘记开关车门时可以避免回到停车地点复查。

结束语

蓝牙技术系统的是由底层硬件模块、中间协议层、高层应用三个部分构成的。蓝牙技术主要应用于计算机、语音通信、办公自动化和电子商务和家庭应用方面。蓝牙技术将向着提高消费者的认知度, 拓展蓝牙技术的应用领域, 获得更多操作系统的支持, 低成本发展, 芯片小巧且价格下降和加强合作开发趋势方向发展。

摘要：蓝牙技术在突破了传统的应用形式后, 通过无线打印机、无线会议和无线通讯的使用, 在计算机、办公室和通讯工程中体现了巨大的应用价值。不仅简化了设备之间的连接, 通过先进的技术应用, 提高了工作的效率, 保证了信息传输过程中的安全性。下面文章针对蓝牙技术进行了特点分析, 同时列举了在实际生活中的应用体现, 并根据现阶段的科技发展, 对蓝牙技术的发展前景做出了展望。

关键词：蓝牙技术,特点,发展应用,发展前景

参考文献

[1]张鹏富.浅谈蓝牙技术的发展现状和前景[J].计算机光盘软件与应用, 2014 (8) .

蓝牙技术应用现状和未来发展趋势 篇3

【关键词】蓝牙;应用;发展趋势

1.蓝牙技术的起源

蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王 Harald Blatand , Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着各个系统领域之间的良好交流，例如计算，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。 1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。

而蓝牙这个标志的设计：它取自 Harald Bluetooth 名字中的「H」和「B」两个字母，用古北欧字母来表示，将这两者结合起来，就成为了蓝牙的 logo。

2.蓝牙技术的优势

2.1全球可用

Bluetooth 无线技术规格供我们全球的成员公司免费使用。许多行业的制造商都积极地在其产品中实施此技术，以减少使用零乱的电线，实现无缝连接、流传输立体声，传输数据或进行语音通信。Bluetooth 技术在2.4GHz波段运行，该波段是一种无需申请许可证的工业、科技、医学(ISM)无线电波段。正因如此，使用 Bluetooth 技术不需要支付任何费用。但您必须向手机提供商注册使用GSM或CDMA，除了设备费用外，您不需要为使用 Bluetooth技术再支付任何费用。

2.2设备范围

Bluetooth技术得到了空前广泛的应用，集成该技术的产品从手机、汽车到医疗设备，使用该技术的用户从消费者、工业市场到企业等等，不一而足。低功耗，小体积以及低成本的芯片解决方案使得Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。请在 Bluetooth产品目录和组件产品列表中查看我们的成员提供的各类产品大全。

2.3易于使用

Bluetooth技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。您不需要电缆即可实现连接。新用户使用亦不费力–您只需拥有Bluetooth品牌产品，检查可用的配置文件，将其连接至使用同一配置文件的另一 Bluetooth设备即可。后续的 PIN 码流程就如同您在 ATM 机器上操作一样简单。外出时，您可以随身带上您的个人局域网(PAN)，甚至可以与其它网络连接。

2.4全球通用的规格

Bluetooth 无线技术是当今市场上支持范围最广泛，功能最丰富且安全的无线标准。全球范围内的资格认证程序可以测试成员的产品是否符合标准。自1999 年发布 Bluetooth规格以来，总共有超过 4000 家公司成为Bluetooth特别兴趣小组(SIG)的成员。同时，市场上Bluetooth产品的数量也成倍的迅速增长。产品数量已连续四年成倍增长，安装的基站数量在 2005 年底也可能达到 5 亿个。

3.蓝牙技术应用现状

3.1居家

现代家庭与以往的家庭有许多不同之处。在现代技术的帮助下，越来越多的人开始了居家办公，生活更加随意而高效。他们还将技术融入居家办公以外的领域，将技术应用扩展到家庭生活的其它方面。

通过使用Bluetooth技术产品，人们可以免除居家办公电缆缠绕的苦恼。鼠标、键盘、打印机、膝上型计算机、耳机和扬声器等均可以在 PC 环境中无线使用，这不但增加了办公区域的美感，还为室内装饰提供了更多创意和自由（设想，将打印机放在壁橱里）。此外，通过在移动设备和家用 PC 之间同步联系人和日历信息，用户可以随时随地存取最新的信息。

3.2工作

过去的办公室因各种电线纠缠不清而非常混乱。从为设备供电的电线到连接计算机至键盘、打印机、鼠标和 PDA的电缆，无不造成了一个杂乱无序的工作环境。在某些情况下，这会增加办公室危险，如员工可能会被电线绊倒或被电缆缠绕。现在，通过Bluetooth无线技术，办公室里再也看不到凌乱的电线，整个办公室也像一台机器一样有条不紊地高效运作。PDA可与计算机同步以共享日历和联系人列表，外围设备可直接与计算机通信，员工可通过 Bluetooth 耳机在整个办公室内行走时接听电话，所有这些都无需电线连接。

Bluetooth技术的用途不仅限于解决办公室环境的杂乱情况。启用 Bluetooth 的设备能够创建自己的即时网络，让用户能够共享演示稿或其它文件，不受兼容性或电子邮件访问的限制。Bluetooth 设备能方便地召开小组会议，通过无线网络与其它办公室进行对话，并将干擦白板上的构思传送到计算机。

数控技术的现状及发展论文 篇4

1 数控技术的发展历史

数控技术的发展前后一共经历了硬件数控时代和软件数控时代两个阶段，硬件数控时代起自1952年的电子管时代，最终发展到1965年小规模的集成电路时代。软件数控时代从1970年的小型计算机开始，经历微处理时代发展到基于个人计算机的数控时代。

当前数控机床的构成主要包括三个基本构件——机床主体，数控装置和伺服机构。其中伺服机构通过依靠先进传感器，调速装置等技术，经历了开环、半闭环、闭环三个发展阶段，从而使机床运行稳定性得到质的提高。而数控装置包括程序读入装置，从而实现点位控制、直线控制和连续轨迹控制。

2 数控技术的国内外现状

当前我国数控机床产业快速发展，但同国外先进国家比较仍存在不小的差距。主要体现在技术含量不高、低端产品过剩、高端产品不足、自有独创技术缺乏，高质量的功能部件仍然依靠进口或者靠合资生产。比如我国机床数量已达300万台高居世界第一，但数控化率才仅仅不到2%，大大低于西方发达国家。这已成为我国走向高端制造业的现实瓶颈。

光纤通信技术发展的现状及趋势 篇5

年级：大一

学号：***

姓名：傅天一

专业：计科

指导老师：

二零一四年五月

摘要：由于光纤通信具有损耗低、传榆频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点,备受业内人士青睐,发展非常迅速,文章概述光纤通信技术的发展现状,并展望其发展趋势。

关键词：光纤通信技术;趋势;光纤到户;全光网络

一、前 言

1966年,美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文,预见了低损耗的光纤能够用于通信,敲开了光纤通信的大门,引起了人们的重视。1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤,光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点,备受业内人士青睐,发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从

1980年到2000年增加了近1万倍,传输速度在过去的10年中大约提高了10倍。

二、光纤通信技术的发展现状

为了适应网络发展和传输流量提高的需求,传输系统供应商都在技术开发上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纤上进行了55x20Gbit/s传输的研究,实现了1.1Tbit/s的传输。NEC公司进行了132x20Gbit/s、120km传输的研究,实现了2.64Thit/s的传输。NTT公司实现了3Thit/s的传输。目前,以日本为代表的发达国家,在光纤传输方面实现了10.96Thit/s(274xGbit/s)的实验系统,对超长距离的传输已达到4000km无电中继的技术水平。在光网络方面,光网技术合作计划(ONTC)、多波长光网络(MONET)、泛欧光子传送重叠网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传送和接入网(WOTAN)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成,为下一代宽带信息网络,尤其为承载未来IP业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。

(一)复用技术

光传输系统中,要提高光纤带宽的利用率,必须依靠多信道系统。常用的复用方式有:时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、空分复用(SDM)和码分复用(CDM)。目前的光通信领域中,WDM技术比较成熟,它能几十倍上百倍地提高传输容量。

(二)宽带放大器技术

掺饵光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键,它具有对偏振不敏感、无串扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的EDFA放大带宽较窄,约有35nm(1530~1565nm),这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有:(1)掺饵氟化物光纤放大器(EDFFA),它可实现75nm的放大带宽;(2)碲化物光纤放大器,它可实现76nm的放大带宽;(3)控制掺饵光纤放大器与普通的EDFA组合起来,可放大带宽约80nm;(4)拉曼光纤放大器(RFA),它可在任何波长处提供增益,将拉曼放大器与EDFA结合起来,可放大带宽大于100nm。

(三)色散补偿技术

对高速信道来说,在1550nm波段约18ps(mmokm)的色散将导致脉冲展宽而引起误码,限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说,色散限制仅仅为50km。因此,长距离传输中必须采用色散补偿技术。

(四)孤子WDM传输技术

超大容量传输系统中,色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中,使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散,因而可以显着增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合,凸出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势,继而向高速、宽带、长距离方向发展。

(五)光纤接入技术

随着通信业务量的增加,业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务,而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络,用户接人部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求,只有带宽能力强的光纤接人才能将瓶颈打开,核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接入中极有优势的PON技术早就出现了,它可与多种技术相结合,例如ATM、SDH、以太网等,分别产生APON、GPON和EPON。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问题,APON发展基本上停滞不前,甚至走下坡路。但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用,APON将用于实现FITH方案。GPON对

电路交换性的业务支持最有优势,又可充分利用现有的SDH,但是技术比较复杂,成本偏高。EPON继承了以太网的优势,成本相对较低,但对TDM类业务的支持难度相对较大。所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今95%的局域网都使用以太网,所以选择以太网技术应用于对IP数据最佳的接入网是很合乎逻辑的,并且原有的以太网只限于局域网,而且MAC技术是点对点的连接,在和光传输技术相结合后的EPON不再只限于局域网,还可扩展到城域网,甚至广域网,EPON众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON技术。

三、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言,超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标,光纤到户和全光网络也是人们追求的梦想。

(一)光纤到户

现在移动通信发展速度惊人,因其带宽有限,终端体积不可能太大,显示屏幕受限等因素,人们依然追求陆能相对占优的固定终端,希望实现光纤到户。光纤到户的魅力在于它有极大的带宽,它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代,光纤到户的成本大大降低,不久可降到与DSL和HFC网相当,这使FITH的实用化成为可能。据报道,1997年日本NTT公司就开始发展FTTH,2000年后由于成本降低而使用户数量大增。美国在2002年前后的12个月中,FTTH的安装数量增加了200%以上。在我国,光纤到户也是势在必行,光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展,预计2012年前后,我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设高潮。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点,伴随着相应技术的成熟与实用化,成本降低到能承受的水平时,FTTH的大趋势是不可阻挡的。

(二)全光网络

传统的光网络实现了节点间的全光化,但在网络结点处仍用电器件,限制了目前通信网干线总容量的提高,因此真正的全光网络成为非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点,节点之间也是全光化,信息始终以光的形式进行传输与交换,交换机对用户信息的处理不再按比特进行,而是根据其波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性,并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率,网络结构简单,组网非常灵活,可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术,它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。目前全光网络的发展仍处于初期阶段,但已显示出良好的发展前景。从发展趋势上看,形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层,建立纯粹的全光网络,消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势,更是未来信息网络的核心,也是通信技术发展的最高级别,更是理想级别。

四、结 语

蓝牙技术的现状及发展论文 篇6

物联网已成为我国政府重点规划的战略方向之一。李克强总理在2016年政府工作报告中强调要大力发展以物联网等为主的战略新兴产业，在2017年政府工作报告中又进一步要求“深入实施‘中国制造2025’，加快大数据、云计算、物联网应用的发展”；国家“十三五”规划纲要提出“积极推进物联网发展，推进物联网感知设施规划布局，发展物联网开环应用”。

2017年1月，工信部发布《物联网发展规划（2016-2020年）》，提出到2020年，物联网总体产业规模突破1.5万亿元，公众网络M2M（机器到机器通信）连接数突破17亿个。随着物联网应用示范项目的大力开展，“中国制造2025”、“互联网+”等国家战略的推进，以及云计算、大数据等技术和市场的驱动，我国物联网市场的需求将会进一步被激发，我国物联网生态环境将进一步发展成熟，成为继移动互联网之后的下一个“风口”，成为我国新的经济增长点之一。

一、物联网通信技术概况及主要应用领域

按照信号的传输距离，物联网通信技术可以分为两大类：一类是短距离通信技术，代表性技术有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，在家庭和办公室等场景下具有广泛的应用，典型应用如智能家居等；另一类是近年国际上出现的一种革命性的广域物联网通信技术，总称为LPWAN（低功耗广域网），适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。

一般来说，短距离物联网技术的终端产品低成本、低功耗，反之，长距离技术则是另一个极端，但是LPWAN技术具有远距离传输、低功耗、低运维成本等特点，与WiFi蓝牙、ZigBee等现有技术相比，LPWAN可真正实现大区域物联网低成本全覆盖。LPWAN网络可以覆盖一个城市、甚至一个国家，很容易将收集的数据集成到一个公共数据平台，如智慧交通、智慧城市、智慧工厂等，有利于大幅提高城市管理和社会公共管理的效率。在物联网发展多年之后，LPWAN是最具体的万物联网实现方式。因此特别受到产业链的追捧，正在兴起一波产业投入热潮。

IDC在2016年发布的研究数据显示：2015年中国LPWAN市场的整体规模约为5.474亿元；预计到2019年，在各类物联网技术中，LPWAN的连接数将跃居首位。此 1 外，全球移动通信协会在2015年4月发布的研究报告《物联网的发展》中预测，2013-2020年，中国LPWAN物联网连接总数将会呈现指数级的增长态势，如图1所示。

图1 中国LPWAN物联网连接总数预测（单位：亿）

如图2所示，Cisco公司在发布的报告IoT Global Market Valuation 2020中预测，2020年全球电信运营商的物联网收入将达到14.4万亿美元。

图2 Cisco公司对2020年全球电信运营商物联网（包括固定物联网）市场体量的预测

全球移动通信协会还定义了6种LPWAN应用分类：

公共事业。天然气及用水计量，配水网络监控，微型发电。

工业。设备状态，工厂控制、处理以及安全监控。

物流。工业资产，集装箱跟踪(位置及状态更新)。

智能楼宇。报警系统，制动器，空调系统，接入控制。

消费品及医疗。可穿戴设备，家用电器，VIP（小孩或家养宠物）跟踪，智能自行车，辅助生活，临床远程监控。

农业及环境。农业应用（养殖及土地监测、禽畜跟踪），环境监测（污染、噪声、雨、云、河水流速、健康危害、水井等的数据采集和实时监控）。

二、低功耗广域物联网技术（LPWAN）发展现状及对比分析

目前较受关注的六种LPWAN技术中，根据该技术所使用的无线电频段的性质可以分成两大类：第一类是授权频段（Licensed Band）技术，为3GPP主导的NB－IoT（窄带物联网）技术，基于现有4G移动通信网络，由通信监管部门指配专用频段开展物联网业务，又被称为“移动物联网”或“蜂窝物联网”技术，主要投入方为电信运营商与相关设备厂商。我国工信部计划于2017年出台NB-IoT的专有频率规划；第二类是非授权频段（Unlicensed Band）技术，包括SigFox、LoRaWAN、Weightless、RPMA、HaLow等等，由于可以使用与其他业务可共用的非专有频段，因此无需得到通信监管部门的许可，大部分不属于电信领域的ICT厂商都投入了这些技术，而其中最受关注、产业链最为成熟与完备的是LoRa技术。

1、NB-IoT发展现状

近几年来，全球通信企业普遍面临市场饱和、增长乏力等问题，国内外电信运营商纷纷加快向万物互联和数字化经营的转型。在此背景下，移动通信业界从2015年8月开始加快NB-IoT的标准化进程。2016年6月，NB-IoT的第一个国际标准获得3GPP通过，结束了现有物联网行业在终端、网络、芯片、操作系统、平台等各方路径不一的“碎片化”现象。

部署NB-IoT不需要重新建设网络（LPWAN网络需要架设网关（Gateway）或称为“基站”，但是电信运营商可以利用现有3G/4G基站资源），产业链也与现有电信网络产业的厂商一致，包括设备供应与网络服务都是现有的，利用现有的4G基站资源进行融合组网，可以最大化的提升现网资产利用率，提高边际收益。因此，NB-IoT被芯片商、模组商、设备商、移动通信运营商、部分垂直行业等产业链各方一致看好，有望在2018年开始大规模商用。除此以外，NB-IoT还具备以下4大优势：

（1）广覆盖

3GPP在2016年发布的TR45.820标准中，基于仿真数据对NB-IoT的覆盖性能进行了测算，结果显示：在独立模式部署方式下，NB-IoT最大空间路径损耗可达164dB。这意味着在同样的频段下，NB-IoT比现有LTE网络的覆盖能力高100倍左右。

（2）低功耗

NB-IoT通过多种节能技术的应用，包括空口信令简化（通过避免发送过多不必要的信令而达到节能目的）、PSM（节能模式）等，使得NB-IoT终端采用AA电池即能达到超过10年的工作寿命。

（3）低成本

NB-IoT采取了多种关键技术，包括可降低基带复杂度的180kHz窄带系统、可降低射频成本的单天线和半双工模式、可降低闪存/随机存储器要求的采样速率、单芯片里内置效率高的功率放大器等等来降低成本，随着市场发展带来的规模效应的逐步释放，NB-IoT终端模块成本有望进一步降低。

（4）大容量

NB-IoT基站的每个扇区能够支持10万个无线物联网连接，比现有LTE网络要高50倍。

国际运营商积极推进NB-IoT的商用。全球范围内，基于NB-IoT的多种优势，并且有3GPP的主导与全球电信营运商背书，而且采用电信级网络与服务，不需要另外建网，产业链也与现有电信网络产业的厂商一致，被视为具有低功耗物联网时代霸主的潜力。目前在亚洲、欧洲、美洲等区域已开通实验网，预计到2018年全球至少超过30家运营商会投入营运。除移动通信行业应用外，电子制造行业如白色家电厂家也开始采用NB-IoT芯片进行智能家电类产品开发。

国内运营商计划于2017-2018年实现全网NB-IoT覆盖。2017年1月18日，工信部发布《信息通信行业发展规划（2016-2020年）物联网分册》，明确提出要加快发展NB-IoT。国内的三大通信企业均于2016年发布了其最新版的物联网业务发展规划：中国电信在2016年提出的“转型战略3.0”把发展重点聚焦于智慧家庭、物联网等新兴业务领域，计划在2017年实现全网的NB-IoT覆盖。中国移动在2016年对其2020发展愿景进行了扩展，提出“大连接”战略，明确要做大连接规模，由十亿级的移动互联扩展到百亿级的万物互联，计划在2018年实现全网的NB-IoT覆盖。中国联通在2016年提出打造增长新引擎，聚焦平台类业务及产业互联网，其中包括物联网，计划在2017年实现全网的NB-IoT覆盖。2016年11 月，福建联通已经先行启动了中国首个NB-IoT商用网络建设。

2、LoRa发展现状

LoRa技术最初是由Semtech公司研发的，后来，Semtech公司和多家业界领先型企业，如Cisco、IBM及Microchip发起建立了LoRa联盟（截至目前的联盟成员数量已400余家），致力于推广其联盟标准LoRaWAN技术，以满足各种需要广域覆盖和低功耗的M2M设备应用要求，目前产业链最为完整和成熟。2016年12月2日，鹏博士、Semtech、中兴通讯、诺基亚上海贝尔、中科智城、唯传、云帝斯、信长城技术研究院等又发起成立了中国LoRa应用联盟。

LoRa目前的芯片成本约为1美元，模块成本约为5美元，终端模组约为30元，基本满足了业界对低功耗广覆盖物联网技术的要求。截至目前，已经有17个国家公开宣布LoRa建网计划（大多是非电信运营商），超过120个城市已有运行网络，国内也从2016年开始有了小规模的LoRa商用。值得一提的是，鹏博士对LoRa持积极态度，将在国内200多个城市的10000个基站上部署LoRa网络，还提出构建LoRa家庭物联网生态，基于鹏博士云网、骨干网、物联网接入网能力打造家庭全连接网络，实现产业闭环。

不过，LoRa在目前400多个联盟会员中，芯片厂商算是相对弱势的一环，LoRa虽然也积极与芯片商合作，但其核心技术掌握在发起厂商之一的Semtech身上，芯片厂商要合作通常只能以MCU（微控制单元）搭配Semtech的通讯芯片，或者推出模块的方式。

从国内的应用现状看来，LoRa的运营还存在以下三大问题：

一是国内产业链比较松散。虽然在国外，LoRa技术是目前物联网LPWAN技术中产业链最为成熟的技术，但是国内的应用仍有待规范。目前，国内已有众多厂商的LoRa设备可支持窨井盖监控、停车位监控、气表/电表数据上报等应用，但这些设备普遍未使用LoRaWAN协议，而是厂商自定义的MAC层协议，长此以往，将不利于LoRa产业的 4 发展扩大。因此还是需要进一步推广LoRaWAN标准，推动国内的LoRaWAN一致性测试，建立符合LoRaWAN认证的产品授权机制。

二是标准松散带来的规模化不足。目前，国内的LoRa应用普遍为单个垂直行业的应用，而且网络规模较小甚至很小，一般是由1个公司提供端到端的LoRa设备，各个厂商的设备尚不具备一致性，且网络服务器的功能和性能要求也较低。但是，规模化的LoRa网络运营需要通过LoRa网络服务器接入各个不同厂商的设备。

三是国内工作频段可能受限。LoRa是非授权频段技术，在欧洲的频段为433MHz频段和868MHz频段，在美国的常用频段为915MHz频段。而国内目前中国LoRa应用联盟（CLAA）推荐的是470~510MHz，LoRa产业链支持的频率情况如表1所示。《中华人民共和国无线电频率划分规定》明确“多种业务共用同一频带，相同标识的业务使用频率具有同等地位；遇有干扰时，一般应本着后用让先用、无规划的让有规划的原则处理；当发现主要业务频率遭受到次要业务频率的有害干扰时，次要业务的有关主管或使用部门应积极采取有效措施，尽快消除干扰。”因此，在国内使用LoRa建设物联网的前提就是不能对当地已在表1所示频段中运行的其他业务：如无线广播电视、水上移动业务、航空无线电导航业务产生干扰，保证该频段足够干净，且必须满足最大发射功率的限制。

表1 国内LoRa的射频参数

3、LoRa与NB-IoT的对比

NB-IoT（窄带物联网）基于电信运营商的移动蜂窝技术，使用电信级网络，对于网络质量、讯息安全都有高度的保障，因此需要进行收费运营，什么样的服务消费者会愿意付费，目前仍在探索合适的商业模式。虽然一般预测2018年以后才会是NB－IoT技术大显身手、领导LPWAN市场的时间，但是一旦具备成熟的商机，产业链将立即准备妥当，产业爆发指日可待。LoRa则是利用非授权频段，使用户可以甩开运营商，自主建网，可以让企业搭建属于自己的网络实现业务运营，也拥有最多的厂商支持。

从技术上看，NB-IoT和LoRa两者之间差异不大，各具特点，例如：

标准化程度。NB-IoT和LoRa均得到了标准组织支持，标准化程度较高。

设备功耗。NB-IoT和LoRa终端设备在理想状态下均可实现10年左右的电池使用寿命，LoRa在发射功率方面更低，NB-IoT则具有更好的节能管理和深度睡眠功能，支持eDRX（非连续接收延长）和PSM（节电模式）。

建设成本。LoRa相比NB-IoT起步较早，目前的终端模组成本为30元，低于NB-IoT约35元的终端模组成本（不含sim卡座）。但是在后期维护成本方面，由于LoRa需要独立建网，运维成本较高；NB-IoT则是与现有LTE移动蜂窝网融合运维，可摊薄运维成本。

安全性。NB-IoT在数据传输和设备认证方面均可以提供电信级的安全，LoRa则是通过多层加密的方式提供数据安全支持。目前两种技术体制都具有较高的安全性。

可靠性。NB-IoT基于授权频谱，并保证丢包重传，通信体验稳定，而LoRa则基于非授权频谱，易产生信号干扰问题，导致丢包。

网络覆盖能力。NB-IoT相比LoRa具有更高的链路预算和更大的发射功率，部分解决了高频覆盖能力的不足，与LoRa均能实现长距离的广覆盖。但考虑到工作于非授权频段的LoRa需限制发射功率，NB-IoT具有更好的实际覆盖能力。

表2给出了更为详尽的对比，如下：

表2 LoRa与NB-IoT的对比

三、我国广电企业开展物联网业务的相关建议

1、提前部署，积极开展物联网业务试验或试点。

广电企业拥有较为优质的频段资源，可以此提供可靠、安全的物联网业务，同时也具备丰富的基础网络运维经验，应抓住万物互联发展新机遇，借“十三五”的东风，积极关注并研究跟进NB-IoT以及LoRa的国内最新进展，争取提前进场，占领先机。在部署下一代广播电视无线网NGB-W时，统筹规划、建设无线物联网络，探索跨行业协作和应用创新模式，打造新型商业模式，创造服务价值。当前，建议具备条件的广电企业可以考虑基于NGB-W的低频段开展NB-IoT试验或试点，不具备NGB-W网络资源条件的广电企业可以考虑基于LoRa技术，利用表1所述的频段开展LoRa试验或试点，但注意要尽量选择比较干净的频段，并适当限制发射功率，规避与本地其他无线电业务产生相互干扰。

2、有针对性地选择开展物联网业务的切入点。

在发展初期，广电企业可聚焦于两类垂直行业进行切入：一是目前已拥有一定市场关系资源的垂直行业或有高收入价值的垂直行业，比如视频监控。这类物联网业务，可以由广电企业自行独立开展；二是不具备市场优势或类似购买模式经验的垂直行业，比如水、电、气、热，广电企业应与第三方服务和应用提供商合作，必要时可聘请相关垂直行业的专家，以全面、深入了解行业需求，研发定制化的解决方案。

3、根据重点业务需求综合权衡选取物联网通信技术。

在技术能力方面，LoRa与NB-IoT均具有满足低功耗、广覆盖类型物联网业务需求的能力，其中，对于移动性要求高、工业系统监控等时效性要求高以及网络可靠性要求高的需求场景，需要专用频段来保障的物联网应用，宜选取NB-IoT技术；对于移动性、时延性、网络可靠性要求不高的物联网应用，以及数据量较小、有深度覆盖要求且对终 端电池有一定要求的物联网应用，可选取LoRa技术，并综合考虑市场环境、产业链情况及未来发展预期等各方面因素。

4、高度重视物联网的网络信息安全问题。

蓝牙技术的现状及发展论文 篇7

现阶段随着物联网的发展, 对短距离无线通信技术, 尤其是对2.4G ISM频段上的无线技术的研究越来越多, 然而对各种技术的特点和互补性却极少研究。在物联网的发展中, 短距离无线通信技术会越来越多的被应用, 在2.4GHz ISM频段上各种技术的互补优势会渐渐凸显出来, 多种技术的融合使用也会越来越多, 对物联网信息技术的发展也极为重要。如在家庭中会同时存在蓝牙耳机、蓝牙设备和Zig Bee家电监控器、环境监测器等, 这就存在两种设备共存的问题。因此本文通过对Zig Bee技术和Bluetooth技术的研究, 从二者的侧重点不同, 根据Zig Bee技术在传感器网络和蓝牙在移动网络接入等方面的优势, 设计了基于Zig Bee和蓝牙技术的互补性网关。并通过实验验证该网关能有效的简化Zig Bee传感器网络与因特网Internet之间的信息交互、实现有效的远程控制。使短距离通信与长距离通信能更好的互联互通, 拓宽短距离无线通信的应用。

2 Zig Bee与蓝牙网络共存分析

Zig Bee与蓝牙都属于无线个域网络 (WPAN) 标准, 且都工作于2.4GHz频段, 有相同点又有区别。在Zig Bee和蓝牙的关系上, Zig Bee联盟认为Zig Bee和蓝牙是互为补充, 而不是互相竞争[1]。

应用上, 蓝牙技术主要面向话音和更高的数据传输速率, 适合于语音和手机设备等, 是侧重于用户设备的移动性和消除短距离设备之间的电缆的技术[1]。用蓝牙技术, 能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信, 也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信, Zig Bee技术则在这方面存在不足。Zig Bee技术更适合控制设备、环境监测, 它不需要很高的传输速率, 但是要求低功耗、低成本和易使用, 可用于环境监测、遥控、家庭自动化等, 其侧重于远程控制与自动化[2,3]。由于侧重点不同, 这两个技术可能同时都需要, 例如在家庭中会同时存在蓝牙耳机和Zig Bee家电监控器、环境监测等, 这就存在两种设备共存的问题。

在性能上, 蓝牙采用FHSS并将2.4GHz ISM频段划分成79个1MHz的信道, 蓝牙设备以伪随机码方式在这79个信道间每秒钟跳1 600次。跳频技术的理论是根据在多组使用2.4GHz频带的系统下, 这些系统仅在部分时间才会发生使用频率冲突.其他时间则能在彼此相异无干扰的频道中运作。Zig Bee系统是非跳频系统, 所以蓝牙在79次通信中才有1次会和Zig Bee的通信频率产生重叠。且将会迅速跳至另一个频率。在大多数情况下, 蓝牙不会对Zig Bee产生严重威胁, 而Zig Bee对蓝牙系统的影响可以忽略不计[4]。文献[5]和[4]对两者共存以及相互干扰的特性的研究, 证明两者互联工作的方案切实可行。

3 基于蓝牙和Zig Bee信息交换的协议栈设计

通过对Zig Bee和蓝牙的分析与比较, 从性能和应用上讨论了Zig Bee与蓝牙二者共存的可行性, 并依据二者的优势和互补特性设计了信息交换的协议栈。

3.1 Zig Bee与蓝牙模块的硬件连接

Zig Bee模块采用无线龙公司的CC2430模块, 集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机和高性能、低功耗的8051微控制器内核。具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性能, 其电压范围为1.8V~3.6V[2]。Zig Bee的外围设备由4个按键和RS-232接口等组成。蓝牙设备主要采用CSR BC03MM External芯片的BC417蓝牙模块。集成了蓝牙V2.0的协议规范, 其内置16位立体声编解码器和DSP, DAC信噪比达80d B。内部DSP结合CVC软件, 可实现免提消回音功能。该模块可方便应用于多种蓝牙产品, 且具有PIO, AIO, UART, USB, PCM, SPK OUT (L, R) , MIC IN等多种应用接口, 供电电压为1.8V~3.3V。

两个芯片之间的通信通过RS-232串口完成, 其中CC2430是这个系统中关键, 两设备之间的所有管理程序我们都写在CC2430芯片中。同时, 蓝牙芯片和Zig Bee芯片的供电电压范围为 (1.8V~3.3V) 。在连接两个设备时, 只要接口配置好了, 中间就不需另加电平转换模块。两设备的连接图如图1所示。

3.2 Zig Bee、蓝牙设备之间信息的数据域格式的设计

在Zig Bee协调节点将终端节点上传的数据帧格式依次进行网络层、MAC层和PHY层的帧头和帧尾进行解封, 获得终端节点的数据。然后将数据发送至蓝牙设备, 蓝牙设备对数据添加L2CAP头的蓝牙分组、物理层头的蓝牙分组发送至蓝牙设备 (智能手机) [6]。

本设计将对信息的数据域格式进行如下规定:定义一个字节的数据命令域, 2个字节的节点地址域和数据有效载荷域。

规定数据命令域包括, 1比特的数据方向位和7比特的数据控制命令位。

数据命令域的最高比特位为数据传输方向位, 分为上下行数据传输。当最高比特位为1时, 为下行数据传输。最高比特位为0时, 为上行数据传输。本设计中的上行数据传输为数据由Zig Bee终端节点传至Zig Bee协调节点, 再传至蓝牙, 蓝牙传至上层设备。下行数据传输为数据由上层设备传至蓝牙, 蓝牙传至zigbee协调节点, 再传至Zig Bee终端节点。

数据命令域的低7位为数据的控制命令, 用户可以设置27个数据命令, 来对下层终端设备进行控制。主要考虑到控制命令是由上层设备对下层设备的操作, 因此本设计的命令主要是针对下行数据而言。也可设计Zig Bee网络节点之间的控制命令, 设计中先不考虑。

节点地址域为Zig Bee终端设备16比特的网络地址, 是传输数据的源地址和命令数据的目的地址。

数据有效载荷域为传输的有效数据。

为了减小蓝牙设备对Zig Bee设备的干扰, 在Zig Bee协议栈中设置每次数据发送后返回确认帧, 在有效的重发次数 (3次) 内实现数据的传送, 若在重发次数内无法实现数据的有效传输, 则丢弃该帧, 发送下一帧数据。

3.3 应用层数据处理设计与分析

蓝牙与Zig Bee之间数据传输的一般过程。

对从Zig Bee设备发送到上层蓝牙设备 (如智能手机) 的数据来说, 在蓝牙与Zig Bee之间它需经过以下处理:Zig Bee协调节点从Zig Bee设备接收到的数据, 去掉物理层头的Zig Bee分组, 去掉MAC层头的Zig Bee分组, 再去掉网络层头的Zig Bee分组, 通过应用层解析获得传输的实时数据, 在由Zig Bee协调节点对数据进行规定数据格式帧封装后由串口发送至蓝牙缓存区, 在通过处理器对从串口收到的数据添加L2CAP头的蓝牙分组, 添加物理层头的蓝牙分组, 发送至具有蓝牙的设备。对从蓝牙设备发送到Zig Bee的数据来说, 它需要经过以下处理:从蓝牙设备接收到的数据, 去掉物理层头的蓝牙分组, 去掉L2CAP头的蓝牙分组, 再由串口发送至Zig Bee串口接收的缓存区, Zig Bee根据获得的数据按照规定的数据帧的格式进行封装向下转发, 然后添加网络层头的Zig Bee分组, 添加MAC头的Zig Bee分组, 再添加物理层头的Zig Bee分组。

通过Zig Bee与蓝牙应用层对数据的解析/封装后经射频模块发送至各自网络终端节点。根据所设计的Zig Bee、蓝牙设备之间信息转换的数据帧格式, Zig Bee应用层实现的具体过程如下:

(1) Z i g B e e网络的终端节点将采集的数据信息经Zig Bee协议栈的应用层将数据信息根据设计的数据帧格式进行装载。设置数据域的高8位为0 (不考虑Zig Bee网络节点之间的控制命令) ;接下来的16比特装载采集数据的源地址信息;采集所得信息装载到地址信息后面。数据信息的第一个字节为采集的信息类型 (如温度、湿度、血压、脉搏等) , 其后面的n (n小于87, 因为MAC数据包的最大长度为127字节, MAC层同步包头长度为25个字节, 考虑到Zig Bee的同步包头为15个字节, 可用于传输有用信息负载的空间就剩下87字节了[3,7]) 个字节为实时采集的数据。

(2) 应用层将终端节点采集的数据信息封装完成后, 发送至网络中的路由转发至Zig Bee协调节点。Zig Bee协调节点收到信息帧后, 发送确认信息帧, 告知终端节点, 数据传输成功。若终端节点没有收到返回的确认帧, 则重发。

(3) Zig Bee协调节点提取信息帧中的源地址 (主要是指网络节点的16位网络地址) , 然后依次去除信息帧中的网络层帧头和帧尾, MAC层的帧头和帧尾, 物理层的帧头和帧尾。获取有效的数据载荷。

(4) 根据判断的数据帧格式的最高位来控制数据的传输方向, 若最高位为0, 则将所得的数据信息由串口发送至蓝牙设备。蓝牙设备将数据经蓝牙协议栈封装后发送至带有蓝牙适配器的智能手机上, 提取数据的信息 (信息的源地址、数据的类型和实时数据等) 。

(5) 同样, 上层蓝牙设备向zigbee网络发送控制信息和数据, 是根据设计的数据帧的格式, 通过对蓝牙手机的软件开发来实现的。依次设置数据域的最高位为1、7位的控制命令信息、16比特的目的地址信息和有效的数据信息 (该有效数据域可为0) 。封装完成后, 发送至蓝牙设备。

(6) 蓝牙设备收到上层设备的信息后, 依次去掉蓝牙物理层的分组和L2CAP头的分组, 将信息发送至Zig Bee协调节点。

(7) Zig Bee协调器根据判断的信息的最高位来控制数据的传输方向, 若最高位为1, 则提取数据命令域后的目的地址信息, 将所得的数据命令信息由射频模块发送至指定的网络终端。

以此来实现蓝牙设备与Zig Bee网络的通信。

4 验证基于蓝牙和Zig Bee技术的网关实验

根据Zig Bee与蓝牙模块的硬件连接和协议栈的数据帧格式的定义, 本文将通过在轮椅网络化系统上进行实验, 验证Zig Bee/蓝牙网关的设计可行性。轮椅网络化系统由家居监测网络、智能轮椅部分和远程监控三部分组成, 家居监测网络主要是完成家居安全状况、家居环境、用户健康指标三个部分的监测, 主要由传感器、Zig Bee终端节点和路由组成;智能轮椅部分主要由网关, 控制器, 智能轮椅组成, 网关主要实现Zig Bee网络与Internet网络或移动通信网络的互联互通。控制器主要实现对轮椅的控制。通过Zig Bee/蓝牙网关的设计, 使Zig Bee网络与Internet网络或移动通信网络的互联互通。总体设计框图如图3所示。

4.1 智能轮椅部分

智能轮椅部分主要实现Zig Bee网络与Internet网络或移动通信网络的互联互通, 并以智能手机为中间媒介进行对轮椅等设备的控制和远程交互。智能轮椅作为家居无线网络中的一个移动终端设备, 选用ARM920T为内核的S3C2410 ARM9微处理器, 采用Linux操作系统, 其上集成有Ad Hoc网络等协议栈。采用智能手机作为智能轮椅的小型化控制系统, 开发相应的应用程序通过网关连接Zig Bee网络来获取家居监测网络采集到的家电、环境、人体健康等信息, 实现用户与智能轮椅以及家居环境、家电设备的交互控制, 实现家居的无障碍生活。用户与轮椅的交互控制, 主要是智能手机通过Ad Hoc网络操控智能轮椅。

4.2 Zig Bee设备

Zig Bee设备主要包括传感器、CC2430模块和外围电路等组成。传感器主要采集家电、环境 (如温度、湿度、烟气等参数) 、人体健康 (血压、脉搏、体温等生理参数) 信息, 通过外围预处理电路和CC2430模块的A/D采样送入CPU处理后由射频模块送。

4.3 蓝牙设备

蓝牙设备主要作用是与Zig Bee协调器进行数据的转换, 作为家居传感器网络与智能轮椅、移动网络的连接媒介, 通过数据信息的交互, 实现与上层蓝牙设备的进行通信互联。上层的蓝牙设备为具有蓝牙适配器的智能手机, 可以根据其自身的功能, 来实现与远程用户或设备交互, 另外, 一方面通过Ad Hoc网络建立与智能轮椅的通信连接, 对智能轮椅进行操控;另一方面, 通过与家居网络建立的连接, 来对家居设备进行控制。

4.4 实验结果

系统连接过程, 首先开启Zig Bee协调节点建立网络, 相应的子节点加入网络。然后开启蓝牙设备, 使之与Zig Bee协调节点建立连接后, 通过智能手机开启蓝牙适配器与蓝牙设备进行连接, 实现手机与Zig Bee网络进行通信.

实验结果:

Zig Bee/蓝牙网关的实现使Zig Bee/蓝牙网关+智能手机取代了Zig Bee网关+PC机, 可以有效的简化Zig Bee网络与Internet网络或移动通信网络的互联互通。同时也增加了用户对Zig Bee传感器网络检测和监控的灵活性。

5 结论

系统充分考虑了蓝牙技术采用无线接口来代替有线电缆连接, 具有很强的移植性, 且适用于快速移动的端点, 具有高效、快速、可靠的通信能力和Zig Bee协议组网灵活方便的优越性, 架构设计合理, 系统功能实现较好, 性能优良、稳定、安全、可靠, 具有低复杂度、低功耗、低成本等优点。因此结合两者的优点, 我们设计了基于Zig Bee技术和蓝牙技术的网关, 通过实现了智能轮椅的网络化实验, 完成了家居短距离通信与移动长距离通信互联互通。从理论和试验中证明了Zig Bee和蓝牙互联工作的方案是切实可行的。该网关在信息无障碍的应用中, 可以方便的以智能手机作为智能轮椅的控制系统, 可实现了智能轮椅的控制系统小型化, 能有效的扩展信息无障碍网络的互联, 实现老年人和残障人士的无障碍生活空间。在物联网技术发展中, 可为物物相连提供一种信息互补共存技术。

摘要：现阶段随着物联网的发展, 对短距离无线通信技术的研究越来越多, 然而各种技术的互补性却极少研究。文章通过ZigBee和蓝牙技术对比分析, 在ZigBee协议栈的基础上, 设计了一个ZigBee和蓝牙设备之间信息转换的数据帧格式, 以蓝牙设备作为ZigBee传感器网络与移动网络/互联网的链接和接入媒介, 设计了基于ZigBee和蓝牙技术的网关, 并进行实验。从理论和试验中证明了ZigBee和蓝牙互联工作方案的设计是切实可行的。

关键词：ZigBee,蓝牙,短距离无线通信,共存

参考文献

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