彭文

【摘 要】分析和描述了蓝牙系统结构，对蓝牙技术原理和组网体系结构进行说明，研究图书馆无线局域网组网的路由、移动终端、蓝牙网关问题，提出针对公共区域的蓝牙无线局域网组网方案。

【关键词】蓝牙技术；蓝牙网关；图书馆；无线局域网

一、蓝牙的系统结构

蓝牙系统由以下功能单元组成：一是无线单元。二是链路控制（固件）单元。基带部分描述了硬件基带链路控制器的数字信号处理规范，基带链路控制器负责处理基带协议和一些低层常规协议。三是链路管理（软件）单元。链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。LM能够发现其他远端LM并通过LMP（链路管理协议）与之通讯。四是蓝牙软件（协议栈）单元。蓝牙设备需要支持一些基本互操作特性要求。

1.射频模块：将基带模块的数据包通过无线电信号以一定的功率和跳频频率发送出去，实现蓝牙设备的无线连接。

2.基带模块：即蓝牙的物理层，负责管理物理信道和链路，采用查询和寻呼方式，使跳频时钟及跳频频率同步，为数据分组提供对称连接（SCO）和非对称连接（ASL），并完成数据包的定义、前向纠错、循环冗余校验、逻辑通道选择、信号噪化、鉴权、加密、编码和解码等功能。它采用混合电路交换和分组交换方式，既适合语音传送，也适合一般的数据传送。

二、无线网络蓝牙协议

蓝牙的通信协议采用分层结构，层次结构使其设备具有最大可能的通用性和灵活性。根据通信协议，各种蓝牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备，从而构成微微网（Piconet）或分散网（Scatternet），实现系统提供的各种功能，使用十分方便。

蓝牙的核心部分是协议栈，蓝牙协议栈允许多个设备进行相互的定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式的应用。设计协议和协议栈的主要原则是尽可能利用现有的各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性，充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统。各种单元在逻辑上可以被分为三组：底层协议组、中间协议组、应用协议组。

1.底层协议组：这个协议组包含的协议主要用于使蓝牙设备能确认彼此的相互位置，并且能够创建、配置和管理物理以及逻辑的链路，以便使高层协议和上层应用经这些链路利用传输协议来传输数据。

2.中间协议组：这是核心部分，包括有逻辑链路控制及适配协议（L2CAP）、服务搜索协议（SDP）、仿真协议（RFCOMM）。

3.应用协议组：本系统实现了蓝牙的协议子集LAN Access Point（LAP），这种应用模式在蓝牙连接上使用IETF的点到点协议（PPP），PPP是一种广泛使用的Internet标准，为IP通讯提供了主机配置和准备，PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单的链路而设计的。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。

三、图书馆无线网络的路由机制和蓝牙网关

根据图书馆的实际需要，无线网络由多个微微网构成，而不同微微网之间的通信只在图书馆网络内部进行路由。当两个蓝牙设备成功建立链路后，一个微微网便形成了，两者之间的通信通过无线电波在79个信道中随机跳转而完成。蓝牙给每个微微网提供特定的跳转模式，不同的微微网信道存在不同的跳转模式。蓝牙系统可优化到在同一区域中有数十个微微网运行，且不同微微网可互联。

用于圖书馆网络内部的蓝牙移动终端通过无线方式访问局域网以及Internet；跟踪、定位图书馆网络内的所有蓝牙设备，在两个属于不同匹克网的蓝牙设备之间建立路由链接，并在设备之间交换路由信息。主要功能包括：

1.实现蓝牙协议与TCP/IP协议的转换，完成图书馆网络内部蓝牙移动终端的无线上网功能。

2.在安全的基础上实现蓝牙地址与IP地址之间的地址解析，实现IP网际协议以及TCP传输控制协议，从而能够完成蓝牙协议与TCP/IP的协议转换。它利用自身的IP地址和TCP端口来唯一地标识图书馆局城网络内部没有IP地址的蓝牙移动终端，比如蓝牙打印机等。

3.通过路由表来对网络内部的蓝牙移动终端进行跟踪、定位，使得图书馆局城网内部的蓝牙移动终端可以通过正确的路由，访问局域网或者另一个微微网中的蓝牙移动终端。

4.在两个属于不同微微网的蓝牙移动终端之间交换路由信息，从而完成蓝牙移动终端通信的漫游与切换。在这种通信方式中，蓝牙网关在数据包路由过程中充当中继作用，相当于蓝牙网桥。

四、图书馆蓝牙移动终端

图书馆蓝牙移动终端是普通的蓝牙设备，也即是网络适配器（Blueberry蓝牙USB），安装在网络内部的PC机、笔记本电脑上，使设备蓝牙化。为了使图书馆内部的打印机、投影仪、扫描仪等办公设备具有蓝牙功能，选用具有串口、USB和并口可供选择的通用蓝牙模块。能够与蓝牙网关以及其他蓝牙设备进行通信，从而实现图书馆网络内部移动终端的无线上网以及网络内部文件、资源的共享。如果目的端位于图书馆内部的局域网或者Internet，则需要通过蓝牙网关进行蓝牙协议与TCP/IP协议的转换，如果该蓝牙移动终端没有IP地址，则由蓝牙网关来提供。

五、图书馆蓝牙局域网接入系统模型

图书馆蓝牙局域网由蓝牙网关、嵌入蓝牙模块的终端设备、提供多样化输入输出的蓝牙外围设备和软件系统等组成。其中，蓝牙网关是基于蓝牙的LAN访问协议，是整个网络的核心，用于连接分散网（Scatternet）和公共网络。分散网（Scatternet）通过无线网络蓝牙网关（BLAP）将公共网络的功能和应用进行延伸和扩展。无线网络蓝牙网关（BLAP）一端通过接口与公共网络相连，另一端通过蓝牙与图书馆内分散网（Scatternet）中的蓝牙设备相连，实现两者之间的信息流通和共享。

根据前述图书馆蓝牙路由机制，图1给出了一种图书馆内无线办公网络具体应用的设计图。蓝牙网关通过RJ45 插头与局域网接入接口相连；图中的个人电脑及各种设备均需安装有蓝牙通用模块或蓝牙网卡，以使其蓝牙化。蓝牙网关与各终端的最大直线不能大于100m，且一个蓝牙网关最多可连接7个带通用外界模块的设备。

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