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蓝牙技术在物联网智能家居中的应用

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-17 22:27
tags:

-

2021年2月17日发(作者:acetone)


蓝牙技术在物联网智能家居中的应用







智能家居作为家庭信息化的实现方式,


已成为社会信息化发展的重要 组成


部分。


从个人、


公共服务以及政府 需求来看,


凸显出发展智能家居产业的迫切性。


在国家大力推动 工业化与信息化两化融合的大背景下,


物联网将是智能家居产业


发展过程中一个比较现实的突破口,


对智能家居产业的发展具有重大意义。


本文


简要介绍了智能家居的由来、


系统构成、


控制功能和发展前景,


以及蓝牙技术的


由来、


技术特点、


系统组成和应用范围。


提出 了目前基于蓝牙技术的智能家居系


统的缺点和不足。



关键词



智能家居;物联网;蓝牙技术;




Bluetooth


Technology


in


the


Application


of


Things


Networking


Intelligent Household


Abstract


Intelligent household as family information realization, has


become


the


development


of


social


informatization


is


an


important


part


of.


From


individual,


public


services


and


the


government


needs


to


see,


highlights


the


urgency


of


the


development


of


intelligent


household


industry.


In


the


country


to


promote


industrialization


and


information


of


the fusion of two mineralization background, the thing networking will


be intelligent household industry in the process of the development of


a


more


realistic


breakthrough,


the


intelligent


household


industry


development is of great significance. This paper briefly introduces the


origin


of


the


smart


home,


system


structure,


control


function


and


development


prospects,


and


the


origin


of


the


bluetooth


technology,


technical


characteristics,


system


composition


and


application


range.


At


present


are


put


forward


based


on


the


bluetooth


technology


of


intelligent


home systems shortcomings and the insufficiency.


Keywords



Intelligent


household



The


Internet


of


things



Bluetooth


technology






1


引言



自上世纪

< br>90


年代后期以来


,


各种短距离 的无线通信技术标准纷纷涌现


,


其中


蓝 牙技术作为一种很有竞争力的小范围无线通信协议,以其全球统一的标准性、


数据和语音 传输方面的优越性、


低功耗、


低成本和高安全性等特点,


目前得到越


来越广泛的应用。


随着网络技术和 自动化技术的普及,


零散的、


功能单一的家电

< br>设备会被逐步淘汰,


智能家庭网络、


智能家居必将成为我 国今后发展的主流。



于目前蓝牙技术在我们的日常生活中最为 常见,


在今后的智能家庭中采用蓝牙无


疑给客户带来巨大方便。


可以说蓝牙是智能家庭网络的理想选择。


因此

< br>,


对基于


蓝牙技术的无线家庭网络进行研究具有极大的 理论和实际应用价值。


智能家居中


的无线联网与通信已成为蓝牙 技术的一个重要应用领域。



1.


蓝牙技术综述



1.1


蓝牙技术的定义



“蓝牙”


[6]


是一种开放型的技术规范,它可 以在世界上任何地方实现短距离


的无线语音和数据通信。所谓蓝牙


(Bluetooth)


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 信终端设备之间的通信,


也能够成功地简化以上这些设备与因特网


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。



1.2


蓝牙技术的特点




蓝牙设备的工作频段选在全球通用的

< br>2



4GHz



ISM(I


业、科学、医学


)



段,


这样用户不必经过申请便可以在


2400



2500MHz


范围内选用 适当的蓝牙无线


电收发器频段。频道采用


23

< br>个或


79


个,频道间隔均为


1M Hz


,采用时分双工方


式。调制方式为


BT=0



5



GFSK


,调制指数为


0



28



0


< p>
35


。蓝牙的无线发射


机采用

FM


调制方式,从而能降低设备的复杂性。最大发射功率分为三个等级,

< p>
100mW(20dBm)



2

< br>.


5mW(4dBm)



l mw(0dB m)


,在


4~20dBm

范围内要求采用功率


控制,因此,蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为


10



100m


。另外,由 于蓝牙


的数据传输率为


1Mb/ S


, 采用数据包的形式按时隙传送每时隙


0



625 s


。蓝牙


系统支持实时的同步定向联接和非实时的异 步不定向联接,


蓝牙技术支持一个异


步数据通道或一个并发的同 步语音通道或一个同时传送异步数据和同步语音通



2


道。每一个语音通道支持


64KB



S


的同步语音,异步通道支持最大速率为


721 KB



S


,反向应答速度为

< p>
57



6KB



s


的非对称连接,或者一是速率为


432



6KB



S


的对称连接。所以蓝牙技术采用的是



TMDA


结构。




1.3


蓝牙中的关键技术



1.3.1


跳频技术





蓝牙工作的频段是全球通用的


2.4GHz ISM

< p>
频段。该频段对所有无线电系统


都开放,因此,蓝牙在使用过程中经常会遇 到不可预测的干扰源,例如手机、无


绳电话、


微波炉等。


这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平,


为此,


采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。



所谓跳频技术,就是将整个频带分成若干跳频信道(


Hop < /p>


Channel



。在一次


连接中,


蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列,


不断地从一个信道跳转到


另一个信道;


而接收方也是按照相同 的跳转规律进行通信。


这实际上属于一种硬


件加密手段,


除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么,


否则,


从理论上计


野外法完整获得信息的,


而干扰源也是不可 能按同样的规律进行干扰的。


跳频的


瞬时带宽很窄,

< p>
但通过扩展频谱技术,


可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带,


使被干扰的可能性变得很小,由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。


1.3.2


纠错技术



在蓝牙技术中使用了三种纠错方案:


1/3

比例前向纠错码(


1/3FEC




2/3


比例前向纠错码(


2/3FE C


)和用于数据的自动请求重发(


ARQ


)方式。


1/3


比例


前向纠错码是一 种较简单的纠错码方式,


属于重复码,


实现时对每位信息重复三


次。


2/3


比例前向纠错码是一种(< /p>


15



10


)精 简的汉明码表示方法,用于部分分


组。


使用

ARQ


方式,


在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得 到确认


(或超


时)


信息。


只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测,


被认为无错


后,才向发送端反回确认信息;否则,返回一个错误信息。



1.3.3


微微网




蓝牙支持点对点和点对多点的通信,

< br>其最基本的网络组成是微微网。


微微网


是通过蓝牙技术连 接起来的一种微型网络,


由一个主设备


(MASTER)


和若干个从设


备(


SLAVE)


组成,且从设备最多为


7


台。主设备负责通信协议的 运作,而从设备


则受控于主设备。



一 个微微网可以是


2


台相连的设备,


也可 以是


8


台连在一起的



3


设备,所有设备单元均采用同一跳频序列。




蓝牙给每个微微网都提供了特定的跳转模式。


因此,


它允许大量的微微网同


时存在。


在同一区域内,


多个微微网互联形成了分散网。


不同的微微网信道有不


同的主单元,因而存在不同的跳转模式。



1.3.4


安全性




蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击,


因此,


安全机制在蓝牙技


术中显得尤为重要 。


虽然蓝牙系统所采用中的跳频技术已经提供了一定的安全保


障 ,


但是蓝牙系统仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。


该 措施将用于对


等环境。即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实 现。


在链路层,


蓝牙使用四个参数来保证系统的安全性:


每个用户的


48


位地址,

用户



128


位验证密钥,


用户的


8-128


位加密密钥,


设备产生的一个


128


位随机数

RAND.


1.4


蓝牙技术存在的问题




任何科学技术的发展总是从不完善向完善发展的,


与其他通信技 术一样,



牙技术也是一个开放的技术,必然存在一些问题,如 保密安全问题,


2



4GH


ISM


频段使用的电磁兼容与频率共用问题,


互操作性与兼容性问题,


价格、


可靠性等


综合吸引力问题等。



例如:


蓝牙技术刚开始发展的时候,


对保密安全问题考虑不周全,


虽 采用了


无线跳频技术,


但窃听者和截取者来说这不是一个技术障 碍。


蓝牙网络是一个开


放式网络,提供


128bit


的芯片作为设备的健全鉴权号,但在通讯中可以被篡改

和冒用。



2.


物联网的概述



2.1


物联网概念



物联网的英文名称为“


The Internet of Things




,简称:

< p>
IOT


。从字面


上解释,物联网就是“

< p>


物物相连的互联网”。可以从两方面去理解:其一,物

< br>联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络,



物 联网的核心和基础仍然


是互联网;


其二,


其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,


进行信息交换


和通信。关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义,



有 一个较为普遍认


同的定义是物联网通过射频识别


(RFID)< /p>


装置、


红外感应器、


全球定位系统、


激光


扫描器等各种信息传感设备,


按约定的 协议,


把任何物品与互联网相连接,


进行



4


信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监 控和管理的一种网络。



2.2


物联网相关技术




物联网技术不是对现有技术的颠覆性革命,而是通过对 现有技术的综合运


用。


物联网技术融合现有技术实现全新的通信 模式转变,


同时,


通过融合也必定


会对 现有技术提出改进和提升的要求,


催生出一些新的技术。


在通信 业界,


物联


网通常被公认为有


3


个层次从下到上依次是感知层、


传送层和应用层。

如果拿人


来比喻的话,感知层就像皮肤和五官,用来识别物体,采集信息;传送层则 是神


经系统,将信息传递到大脑进行处理;应用层类似人们从事的各种复杂的事情,


完成各种不同的应用。


物联网涉及的关键技术非常多,


从传感器技术到通信网络


技术,从嵌入式微处理节点到计算机软件系统,包含 了自动控制、通信、计算机


等不同领域,是跨学科的综合应用。



(1)


感知层



物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部分:


传感器


(


或控制器


)


、< /p>


短距离传输网络。


传感器


(


或控制器


)


用来进行数据采集及实

< br>现控制,


短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令< /p>


发送到控制器。


感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输 网络技术,



如射频标识


(RFID)


标签与用来识别


RFID


信息的扫描仪 、视频采集的摄像头和各


种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术

< p>
(


包括由短距离传输技术组


成的无线传感网技术< /p>


)


。在实现这些技术的过程中,又涉及到芯片研发、通信协


议研究、


RFID


材料研究、智能节点供电等 细分领域。



(2)


传送层




物联网的传送层主要完成信息传递和处理,

< p>
传送层包括两个部分:


接入单元、


接入网络。


接入单元是连接感知层的网桥,


它汇聚从感知层获得的数据,


并将数


据发送到接入网络。


接入网络即现有的 通信网络,


包括移动通信网、


有线电话网、

有线宽带网等。


通过接入网络,


人们将数据最终传入互联网 。


传送层是基于现有


通信网和互联网建立起来的层。

< p>
传送层的关键技术既包含了现有的通信技术,



移 动通信技术、


有线宽带技术、


公共交换电话网

< br>(PSTN)


技术、


Wi-Fi


通信技术等,


也包含了终端技术,


如实现传感网与通信网结合的 网桥设备、


为各种行业终端提


供通信能力的通信模块等。




5

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本文更新与2021-02-17 22:27,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/663483.html

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