藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù)與智能家居

1、藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù)與智能家居摘要：藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離的無線連接技術(shù)，智能家居系統(tǒng)是整個(gè)未來詢能小區(qū)系統(tǒng)的重要組成部分。在分析藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討藍(lán)牙技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙技術(shù)微微網(wǎng)智能家居系統(tǒng)1概述伴隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，御能化浪潮席卷了世界的每一個(gè)角落，成為勢不可擋 的歷史大趨勢，其中正在興起的科能家居建設(shè)熱潮，就是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而牛的。但是現(xiàn)代家庭屮，弱電線纜越來越多，如電話線、有線電視線、寬帶網(wǎng)絡(luò)線、防盜報(bào) 警信號(hào)線等，帶來線纜多、亂的麻煩，因此，家庭弱電系統(tǒng)需要進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范的管理。然 而，傳統(tǒng)家庭布線方式因?yàn)槭┕げ灰?guī)范、維護(hù)和使用方便等因索，己不能適應(yīng)當(dāng)前家庭裝

2、修 的需要，更無法滿足未來智能家居生活的更高要求。藍(lán)才技術(shù)的出現(xiàn)，正發(fā)解決了這個(gè)問題， 使智能家居屮的無線控制成為可能。2藍(lán)牙技術(shù)2.1藍(lán)牙簡介藍(lán)才技術(shù)是ericsson移動(dòng)通信公司在1994年開始啟動(dòng)的，其d的是實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳 輸速率1 mb/s (有效傳輸速率為721kb/s)、最大傳輸距離為10m的無線通信?！八{(lán)牙(bluetooth)是一個(gè)開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國際上最 新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式、安全、 低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實(shí) 現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通

3、信。由于藍(lán)才技術(shù)可以方便地嵌入到單一的cmos 芯片屮，因此，特別選川于小型的移動(dòng)通信設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過無線 建立通信。藍(lán)牙技術(shù)匚作在全球通用的2.4ghz ism頻段。從理論上講，以2.4ghz ism頻段運(yùn) 行的技術(shù)能使用距30m以內(nèi)的設(shè)備互相連接，但實(shí)際上很難達(dá)到。現(xiàn)階段，藍(lán)牙的發(fā)射范 圍可達(dá)1 0m,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)8臺(tái)設(shè)備的相互聯(lián)通。當(dāng)檢測到距離小t 1 om時(shí)，接收設(shè)備 可動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)功能；當(dāng)業(yè)務(wù)量減小或停止時(shí)，藍(lán)牙設(shè)備即可進(jìn)入低功耗工作模式。2.2藍(lán)牙中的關(guān)鍵技術(shù)2.2.1跳頻技術(shù)藍(lán)牙工作的頻段是全球通川的2.4ghz ism頻段。該頻段對(duì)所有無線電系統(tǒng)都開放，因此

4、，藍(lán)才在使川過程中經(jīng)常會(huì)遇到不可預(yù)測的干擾源，例如手機(jī)、無繩電話、微波爐等。 這使得藍(lán)牙系統(tǒng)的傳送錯(cuò)誤率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際應(yīng)用水平，為此，采用跳頻技術(shù)是避免干擾的- 項(xiàng)有效措施。所謂跳頻技術(shù)，就是將整個(gè)頻帶分成若干跳頻信道(hop channel)。在一次連接中，藍(lán)牙芯片所控制的收發(fā)器按照一定的碼序列，不斷地從一個(gè)信道跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)信道；而接收 方也是按照相同的跳轉(zhuǎn)規(guī)律進(jìn)行通信。這實(shí)際上屬于一種硬件加密手段，除非第三方掌握了 接收雙方的切換信道干什么，否則，從理論上計(jì)野外法完整獲得信息的，而干擾源也是不口j 能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾的。跳頻的瞬時(shí)帶寬很窄，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)，可以使這個(gè)窄帶 寬被成倍地?cái)U(kuò)

5、展成寬頻帶，使被干擾的可能性變得很小，由此就可以保證傳送的完整性和系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.2.2糾錯(cuò)技術(shù)在藍(lán)牙技術(shù)中使用了三種糾錯(cuò)方案:1/3比例前向糾錯(cuò)碼(1/3fec)、2/3比例前向糾錯(cuò)碼(2/3fec)和用于數(shù)據(jù)的自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(arq)方式。1/3比例詢向糾錯(cuò)碼是一種較簡單的糾錯(cuò)碼方式，屬于重復(fù)碼，實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)每位信息重復(fù)三次。2/3比例前向糾錯(cuò)碼是一種(15, 10)精簡的漢明碼表示方法，用于部分分組。使用arq方式，在一個(gè)時(shí)隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)時(shí)隙得到確認(rèn)(或超時(shí))信息。 只有數(shù)據(jù)在接收端通過了報(bào)頭錯(cuò)誤檢測和循環(huán)兀余檢測，被認(rèn)為無錯(cuò)后，才向發(fā)送端反回確 認(rèn)信息；否則，返冋一個(gè)錯(cuò)誤信息

6、。2.2.3微微網(wǎng)藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，其最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)。微微網(wǎng)是通過藍(lán)牙技術(shù)連接起來的一種微型網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)主設(shè)備(master)和若干個(gè)從設(shè)備(slave)組成， 且從設(shè)備最多為7臺(tái)。主設(shè)備負(fù)責(zé)通信協(xié)議的動(dòng)作，而從設(shè)備則受控于主設(shè)備。一個(gè)微微 網(wǎng)可以是2臺(tái)相連的設(shè)備，也可以是8臺(tái)連在一起的設(shè)備，所有設(shè)備單元均采用同一跳頻序列。主從設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。(a)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(b)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微網(wǎng)中主從設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖藍(lán)才給每個(gè)微微網(wǎng)都提供了特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此，它允許人量的微微網(wǎng)同時(shí)存在。同一區(qū)域內(nèi)，多個(gè)微微網(wǎng)互聯(lián)形成了分散網(wǎng)。不同的微微網(wǎng)信道有不同的主單元，因而存在不 同的跳轉(zhuǎn)模

7、式。2.2.4安全性藍(lán)才技術(shù)的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此，安全機(jī)制在藍(lán)才技術(shù)小顯得 尤為重要。雖然藍(lán)牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了 -泄的安全保障，但藍(lán)牙技術(shù)仍然需 要在應(yīng)用層和鏈路層上提供女全措沌。該措施將用于對(duì)等環(huán)境，即藍(lán)才系統(tǒng)每個(gè)單元中設(shè)備 的匹配和加密規(guī)則都將以同樣的方法實(shí)現(xiàn)。在璉路層，藍(lán)才的使川四個(gè)參數(shù)來保證系統(tǒng)的安 全性：每個(gè)用戶唯一的48位地址、用戶的128位驗(yàn)證密鑰、用戶的8128位加密密鑰、 設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)1 28位隨機(jī)數(shù)rand。藍(lán)牙的低層安全是通過基帶和鏈路管理中的鑒權(quán)、匹配和加密完成的。鑒權(quán)基丁競爭-應(yīng)答”算法，是藍(lán)分系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個(gè)人的藍(lán)

8、牙設(shè)備 建立一個(gè)信任域。校驗(yàn)器發(fā)送一個(gè)lmp-au-rand pdu分組給請(qǐng)求者，該pdu (協(xié)議數(shù)據(jù) 單元)分組含有一個(gè)隨機(jī)數(shù)。請(qǐng)求者根據(jù)獲取的分組計(jì)算出應(yīng)答值，然后將應(yīng)發(fā)冋給校驗(yàn)器， 驗(yàn)證應(yīng)答值是否正確。當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備無共川鏈接字時(shí)，則基于個(gè)人識(shí)別碼pin和隨機(jī)數(shù)創(chuàng)建初始化字kinit,這 一過程為匹配。kinit字在校驗(yàn)器向請(qǐng)求者發(fā)ib lmp-in-rand時(shí)創(chuàng)建，然后進(jìn)行鑒權(quán)，共 計(jì)算過程基于kinit字，而不是鏈接字。通過鑒權(quán)后，鏈接字即被創(chuàng)建。加密被用來保護(hù)連接中的個(gè)人信息，密鑰市程序的高層來管理。網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用 程序，可以為用戶提供一個(gè)較強(qiáng)的安全機(jī)制，需要注意的是，加密字節(jié)全不

9、同于鑒權(quán)字。鑒 權(quán)字具有靜態(tài)性，血一旦建立加密字，就山運(yùn)行在藍(lán)牙設(shè)備上的具體應(yīng)用，來決定什么時(shí)候 和是否需耍修改加密字。3智能家居系統(tǒng)智能家居的概念起源于美國。它依靠3c技術(shù)(computer technology communication technology 和 control technology),并結(jié)合信息家電的發(fā)展,為用 戶提供了一種更加安全、舒適、方便、快捷的智能化和信息化?；羁臻g。其內(nèi)涵就是“在具 有個(gè)性化的住宅家庭中，將多元網(wǎng)絡(luò)信息、多樣化的自動(dòng)化控制以及節(jié)能環(huán)保等功能，整合 到一體化的家庭智能信息管理與白動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)上”。智能家居是將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電

10、器和家庭保女裝置，通過家 庭總線技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上，進(jìn)行集屮的或異地的監(jiān)視、控制和家庭雷務(wù)性管 理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過家庭控制器來實(shí)現(xiàn)的。 家庭控制器具有家庭總線系統(tǒng)，通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能，能和住宅以外的外部 世界相連接。所以說，家庭控制器是智能住宅的核心。智能家居中的信息傳輸介質(zhì)，口j以分為電話線、電源線、雙絞線、電纜和無線技術(shù)， 其中無線方式是目前最熱門的發(fā)展方向。4藍(lán)牙技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用正是由丁-藍(lán)牙技術(shù)的低成本、低功耗、高速率、高可靠性利兼容性等特點(diǎn)，使得基于 藍(lán)牙技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能為人們所接受。(1 )家庭環(huán)境

11、控制仞能家居的一個(gè)重要功能就是對(duì)居住環(huán)境的控制，即自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制家庭的溫度、濕 度、光照、空氣質(zhì)量和熱水器等。如今，壞境問題己經(jīng)成為一個(gè)直接關(guān)系到人們身體健康, 乃至生命安全的至關(guān)重要的問題，家庭環(huán)境也不容忽視。智能家居系統(tǒng)，可以改善人們的生 存條件，也可以提髙家庭的生活質(zhì)暈。(2) 能源監(jiān)視與管理主要是指家庭中的水、電、燃?xì)夂凸┡亩〞r(shí)開關(guān)等?？梢宰詣?dòng)關(guān)燈和關(guān)閉電器，節(jié) 省開支；家中沒有人吋，可以調(diào)節(jié)供暖的溫度；在電費(fèi)較低的吋段開啟電器。(3) 家庭流量計(jì)費(fèi)目前，大多數(shù)遠(yuǎn)傳計(jì)量系統(tǒng)采用如下方式：在各個(gè)房間內(nèi)的遠(yuǎn)傳表，通過專用的布線 系統(tǒng)連接至各個(gè)節(jié)點(diǎn)流量控制器，再匯總到物業(yè)管理中心進(jìn)行上位管

12、理。在種能家居系統(tǒng)中 如果釆用了藍(lán)牙技術(shù)，就會(huì)出現(xiàn)新的三表遠(yuǎn)傳流暈計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的局血。通過在支持藍(lán)牙的微芯片中置入相應(yīng)程序，并置入流量表中，可以去掉流量表與節(jié)點(diǎn) 控制器之間的連線，使每個(gè)計(jì)量末端采用無線方式，降低系統(tǒng)由于線路損壞而帶來的系統(tǒng)故 障，提高了系統(tǒng)的可靠性。（4）女防系統(tǒng)智能家居的棊木目標(biāo)為人們提供一個(gè)舒適、安全、方便和高效率的生活環(huán)境。這就需 要一個(gè)安全的家庭體系，其中既包括人身和家庭財(cái)產(chǎn)的安全，也包括家庭設(shè)備的安全。為了 實(shí)現(xiàn)這種安全體系，需要配備相關(guān)的防衛(wèi)措施，例如電子門禁、對(duì)講系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、 玻璃破檢測報(bào)警系統(tǒng)、室內(nèi)跑水檢測與報(bào)警系統(tǒng)、室內(nèi)有毒/害氣體的檢測等。報(bào)警控制器連接至社警鈴、報(bào)警指示燈、電話、若報(bào)警，可按預(yù)先設(shè)置的若干個(gè)電話 號(hào)碼，自動(dòng)拔通進(jìn)行報(bào)警，并報(bào)出家中具體是哪個(gè)系統(tǒng)報(bào)警了。h前在我國，女防系統(tǒng)是一燉