蓝牙技术在现代化高校中的应用与实现

・信息教育・　农业网络信息　ＡＧＲＩＣＥＪｚ．ＴＺ　Ｅ／ＶＥ＇／ＷＯＰ，．Ｋ　Ｚ地ｔＺｆ０｜　２０１１年第５期　蓝牙技术在现代化高校中的应用与实现　闰　实　（牡丹江医学院教育技术与信息中心，牡丹江１５７０１　１）　摘要：蓝牙技术是一种短距离无线通信技术全球规范，可实现移动通信设备、数字家电、计算机及其外设等的无线网　络互联。介绍了蓝牙无线网络在高校中的应用方法及其原理，针对传统的高校网络应用的一些弊端，提出了以蓝牙核心　协议栈为基础的高校无线网络使用方案。结果表明，该方法切实可行，灵活性更高，是一种适合于高校的无线互联网解　决方案。　关键词：蓝牙；协议栈模型；ＯＳＩ；拓扑结构　中圈分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编码：１６７２—６２５１（２０１１　Ｊ０５—０１５２—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｉｕｅｔｏｏｔｈ　ｉｎ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ＹＡＮ　Ｓｈｉ　（Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｕｄａｎｊｉａｎｇ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｕｄａｎｊｉａｎｇ　１５７０１　１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　ｉｓ　ａ　ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　ｓｈｏｒｔ—ｒａｎｇｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｅｒ—ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｍｏｎｇ　ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｄｉｉｇｔｌａ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ，ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｃｎ　ｂｅａ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｔｈｒｏｕｓｈ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　ｋｅｙ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ＳＯ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｓｔａｃｋ　ｍｏｄｅｌ；ＯＳＩ；ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　１　引言　深化教学改革、使教学具有更强的互动性是教育　训。无线通信领域中出现的蓝牙技术可以同步传输语　音、图像及文字等数据，是实现无线网络教育的有效　技术。　技术发展的重要目标之一，也是现代化技术应用于教　育变革中价值的体现。一方面，在传统的教学采用班　级授课制等来进行学生划分，学生的水平存在差异，　很难满足因材施教。另一方面．传统的教学模式割裂　了知识内容与其产生的真实丰富的情景关系。造成了　主观上的学习被动型与知识停滞状态，不利于有效地　蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）是１９９５年由爱立信、ＩＢＭ、英　特尔、诺基亚、东芝等５家公司联合制定的近距离无　线通信技术标准，其目的是实现最高数据传输率为　１Ｍｂ／ｓ、最大传输距离为１０ｍ的无线通信。蓝牙工作　频率为在全球通用的２．４ＧＨｚ　ＩＳＭ（即工业、科学、医　构建完整的知识体系与创新。传统教育采用填鸭式的　教育方式，学生无法获得感性的、多元化的学习模　式．并且教师与学生之间、学生与学生之间的交互性　很差。所以应注重实验方法与技术的提升，互动式教　育、自主选择课程及其学习环境等新型教育模式应该　被广泛采纳并接受。无线网络教育与传统的校园网络　学）频段．因此不需要从联邦通信委员会（Ｆｅｄｅｒａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）或任何国际管理机构申请　适用许可。蓝牙产品与因特网之间相互通信。使得教　室与办公室之间、学生数据终端与校园网络之间的设　备不需要电缆也能够实现互通互联．大大提高了办公　和通信效率。　相结合，向人们展示了一个崭新的、广阔的学习层　面．突破了传统教育方式的束缚，只要有一台数字终　端与接入网络的设备，就可随时随地进行学习与培　作者简介：闰实（１９７７一），男，硕士，讲师，研究方向：计算机网络应用。　收稿日期：２０１１－０１—２１　２蓝牙技术简介　蓝牙是一种开放的低成本、短距离无线连接技术　的规范，用于不同设备之间传送语音、图像及其文本　《农业网络信　￣）２０１１年第５期　信息教育　数据。蓝牙作为固定式电子设备与便携式电子设备之　间的、替代电缆连接的近程无线互联通信的标准，其　主要特点是工作稳定、设备简单、功率低、对人体危　害小、价格便宜。蓝牙技术主要面向无线网络中各类　语音及数据设备，以无线通信的方式将他们连接成一　个微微网，多个微微网之间也可以互联成一个分布式　网，从而方便快捷地实现各类设备之间的通信。具有　蓝牙功能的通信设备，在一定距离内就可以建立起连　接，从而建立临时的个人无线网络。蓝牙技术无线收　发器是很小的一块芯片，大约有９ｍｍｘ９ｍｍ，可方便　地嵌人到任何固定或便携式设备中。安装方便。不影　响设备的外观，具有很高的实用性和可操作性。蓝牙　技术支持点对点和点对多的通信，其实现原理是蓝牙　设备依靠专用的蓝牙芯片在短距离范围内发送无线电　信号，去寻找另一个蓝牙设备．一旦找到设备之间就　开始进行通信。　蓝牙技术的特点主要包括：①短程的蓝牙无线通　讯距离为１０ｍ，节省了电池电量：②功率低、体积　图１完整的蓝牙协议栈模型　小、成本低的无线收发芯片只有０．５平方英寸；③采　２．４ＧＨｚ的频段上以１６ｏ０跳／秒的速率进行跳频来实现　用简单的链路层协议和二进制跳频技术进而降低了射　信息的发送和接收。分组意为在指定的时间和指定的　频芯片的复杂度和成本；④蓝牙技术为微微网提供　频率上发送。跳频技术主要是把频段分成若干个跳频　１Ｍｂｉ￣的标准速率；⑤用外加的功率放大器可扩展的　信道。在这一层上通过寻呼和查询过程使得不同的蓝　无线通信距离１００ｍ。在一个蓝牙射程范围内．可以　牙设备的时钟和发送跳频频率达到同步。　存在多个独立的微微网。这些微微网组成分布式网　（２）链路管理协议（ＬＭＰ）。主要负责蓝牙设备之　络，以便让更多的蓝牙设备被激活，组合起来提供更　问的链路的控制和建立，以及协商和控制基带分组的　高的带宽［　。　大小，主要负责完成设备链路质量管理、设备功率管　３蓝牙技术体系的结构特点　理、数据分组管理、链路控制管理和链路安全管理等　与ＯＳＩ（开放系统互连）一样，蓝牙技术标准的　五方面的任务。它通过连接的发起、交换与核实进行　协议体系结构中使用了分层的办法，其目的也是为了　身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小。　使应用程序做到互相操作。远端设备的应用程序如果　具有蓝牙功能设备的用户通过链路管理器对远端蓝牙　在同一协议栈上运行，就可以相互通信，不同的应用　设备及本地蓝牙设备的链路情况进行设置和控制，进　程序可以使用不同的协议栈。蓝牙协议栈都使用通用　而实现对链路的管理。　的蓝牙数据链路层和物理层协议。图１为一个完整的　（３）逻辑链路控制与适配协议（Ｌ２ＣＡＰ）。逻辑链　蓝牙协议栈模型【３１。　路控制与适配协议支持高层协议的二次复用，分组的　蓝牙核心协议是蓝牙技术标准所特有的协议．由　重组和分段以及业务质量。它属于底层的蓝牙传输协　ＳＩＧ（蓝牙特别兴趣小组）开发制定。蓝牙设备都必　议，主要侧重于数据和语音数据的无线通信在物理链　须支持蓝牙无线接口和核心协议，而其他的协议可以　路上的实现，是为高层传输层和应用层协议屏蔽基带　根据具体情况进行选择，主要包括逻辑链路控制与适　协议的适配协议。该协议容许高层协议和应用程序收　配协议（Ｌ２ＣＡＰ）、服务发现协议（ＳＤＰ），以及基带　发长至６４Ｋ字节的数据。逻辑链路控制与适配协议只　协议与链路管理协议（ＬＭＰ）。　支持异步无连接（ＡＣＬ）链路。　（１）基带协议。主要负责建立微网内各个蓝牙设　（４）服务发现协议（ＳＤＰ）。服务发现协议在蓝牙　备单元之问的物理射频链路，即控制跳频序列的同步　技术框架中起着非常关键的作用，是所有用户模型的　和传输。由于蓝牙射频系统使用跳频扩频技术，即在　基础。在蓝牙设备网络环境中，本地设备的发现和利　一１５３—　《农业网络信息》２０ｌ１年第５期　信息教育　用远端设备所提供的服务与功能，向其他蓝　牙设备提供自身的服务，也是网络资源共享　主设备　主设备　主设备　的主要途径，也是ＳＤＰ需要解决的问题。通　／◆／…　过服务发现协议可以查询到设备信息、服务　特征和服务类型。用户可以从邻近的服务中　，　●／　；／；◆　　＼　　、＼　　选一个可用的，在两个或多个蓝牙设备间建　，　－　、　、从设　Ｑ、◆、、＼、、　、二、　ｉ　、＼　，、　立起连接　。　、ｏ　蓝牙支持分组交换和电路交换技术，同　从设备　从设备　从设备　时分别定义了两种链路类型，即面向无连接　单个从设各组网　多个从设备组网　散射网　的异步链路（ＡＣＬ）和面向连接的同步链路　图２常用的蓝牙网络拓扑图　（ＳＣＯ）。每种链路支持１６种不同的分组类型，　其中４种是用于控制分组。　４蓝牙网络拓扑结构在现代化高校中　的应用　基于蓝牙技术设计的现代化高校网络，　首先要解决的是网络结构的划分，因此选择　一个合适的网络拓扑结构已成为设定网络结　啼囊　Ｐ　ｌ　Ｉ　ｌ　呷　卞　构的关键。图２为常用的蓝牙网络拓扑结构。　由图２可知，网内的设备一般分为主设　备与从设备，其中主设备的时钟和跳频序列　被用来同步所有的其他设备，即从设备。执　无线访问节点矬访　ｄ１节点瓒　方问节点无线　方问节点无线访问节点无线访阿萤点　行寻呼并建立连接的设备被默认为该网连接　的主设备，网中与主设备的时钟和跳频序列　同步的设备就是从设备。由于蓝牙标准既支　一　持点到点也支持点到多点连接．根据需要可　以建立多网，进而可以将多网连接成为散射　ｆｔＰ　网的拓扑图。　图３基于蓝牙无线网络的高校网络拓扑图　由于蓝牙网络的易用性及高度聚合性，可根据不　些技术细节、蓝牙组建的融合性以及价格方面等存在　同的网络拓扑图实现高校无线网络结构。图３为一个　问题，但是随着技术的不断发展，基于蓝牙的无线网　典型的基于蓝牙无线网络的高校网络拓扑图。　络在高校中的应用前景将更加广阔。　由图３可以看出，无线网络是以Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络管　理中心为核心，由管理中心提供有线网络到各功能服　参考文献　务器。用户可以通过智能手机、笔记本电脑以及ＰＤＡ　（１】崔伟，赵伟．蓝牙技术及其应用［Ｊ】．电测与仪表，２００２，（２）．　等具有蓝牙功能的数字终端设备。通过服务器的无线　［２】李静，奉继辉，王婷，等，译．蓝牙应用开发指南【Ｍ】．北京：科学出　访问节点来访问相应的服务器，无论何时何地，只要　版社．２００３．　有无线网络覆盖，即可访问到相应信息　。　【３】Ｎａｔｈａｎ　Ｊ．Ｍｕｌｌｅｒ．周正，等，译．蓝牙揭密【Ｍ】．北京：人民邮电出版　５结论　社。２００１．　根据蓝牙无线网络接人方式的不同。可以构建不　［４】朱刚，等．蓝牙技术原理与协４Ｙ￣［ＭＩ．北京：北方交通大学出版社，　同的基于无线网络的解决方案，目前主要采用点对点　２００２．　应用和无线接人点等应用方式。蓝牙无线网络在高校　【５】赵哗，樊贵卿，等．蓝牙技术及其设计应用【Ｊ】．河南师范大学学报，　中的构建是随着电脑网络技术及现代化通信技术的迅　２００２，（５）：４６－４９．　猛发展而发展起来，无线网络不是对有线网络的取　【６】Ｄａｖｉｄ　Ｋａｍｍｅｒ，等，著，李静，等，译，蓝牙应用开发指南【Ｍ】．北京：　缔，而是对其进行功能性的扩充。虽然目前蓝牙的一　科学出版社．２００３．　一１５４一