蓝牙与智能家居

1、蓝牙技术与智能家居系统概述伴随着网络化和数字化的热潮，智能化热潮席卷世界的每一个角落，成为了世界上不可阻挡的 历史大趋势。其中正在兴起的智能化家居热潮，就是在这种趋势下应运而生的。但在现代家庭中，弱电电缆越来越多。如电话线，有线电视线，网络宽带线，防盗报警信号线 等，带来线缆多，乱的麻烦；因此家庭弱电系统需要统一规范的管理。然而家庭传统布线方式因为 施工不规范，维护和使用不方便等因素，已不能适应当前家庭装修的需要，更不能满足以后智能化 家居的更高要求。蓝牙技术的出现正好解决了这个问题，使智能家居中的无线控制成为可能。蓝牙技术蓝牙技术是ERICSSON移动通信公司于1994年开始启动的，其目的是

2、实现最高传输速率1MB/s （有 效传输速率721Kb/s）.最大传输距离10M无线通信。“蓝牙”（buletooh）是一个开放性，短距离无线通信技术标准，也是国际上比较新的一种公开的无 线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式，实现固定设备以及移动设备通信 环境之间灵活，安全，低成本，低功耗的网络互联；使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源 共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的 CMOS芯片中，因此，特别适用于小型的移动通信设备，使得设备去掉了连接电缆的不便，通过无线 技术建议通信。蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHZ IS

3、M频段，从理论上说，以2.4GHZ ISM频段运行的技术能使相距 30m以内的设备互相连接，但实际上很难达到。现阶段，蓝牙的发射范围可以达到10m，可以同时实 现8台设备的互相联通。当检测到距离小于10m时，接收设备可以动态地调节功率；当业务量减小或 停止时，蓝牙设备即可进入低功耗工作模式。蓝牙中的关键技术跳频技术蓝牙的工作频段是全世界通用的2.4GHZ ISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此蓝牙 在实际应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。这使得蓝牙的 传输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

4、带分成若干个跳频信道（HOP 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。这实际上是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 规律，否则，从理论上讲是无法完整的获得信息的。跳频的瞬时带宽很窄，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。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（2/3FEC） 和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。1

5、/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错方式，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（15. 10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。使用AR Q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，才向发送端返回确认信息；否则， 返回一个错误信息。微微网蓝牙支持点对点和点对多点的通信，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

6、。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。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

7、性：每个用户的48位地址， 用户的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.蓝牙的低层安全是通过基带和链路管理中鉴权，匹配和加密完成的。鉴权是基于“竞争-应答算法，是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一 个信任域.检验器发送一个LMP-au-rand PDU分组给请求者，该PDU （协议数据单元）分组含有一个随 机数。请求者根据获取的分组计算出应答值，然后将应答发回给校验器，验证应答值是否正确。当两台设备无共用链接字时，则基于个人识别码PIN和随机数创建初始化字Kinit，这一过程为 匹配。Kinit字在校验器向请求者发出LMP-in

8、-rand时创建，然后进行鉴权，其计算过程基于Kinit 字，而不是链接字，通过鉴权后，链接字即被创建。加密被用来保护连接中的个人信息，密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序，可 以为用户提供一个较强的安全机制，需要注意的是，加密字完全不同于鉴权字。鉴权字具有静态性， 而一旦建立加密字，就由运行在蓝牙设备上的具体应用，来决定什么时候和是否需要修改加密字。智能家居系统智能家居的概念起源于美国，它依靠3c技术，并结合信息家电的发展，为用户提供了一种更加 安全，方便，舒适，快捷的智能化和信息化生活空间。其内涵就是“在具有个性化的住宅家庭中，将 多元网络信息，多样化的自动控制以及节能环保等功能

9、，整合到一体化的家庭智能信息管理与自动 化监控平台上”。智能家居是将家庭中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技 术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视，控制和家庭事务性管理，并保持这些 家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过家庭控制器来实现的。家庭控制器具有家庭 总线系统，通过家庭总线系统提供各种服务功能，能和住宅以外的外部世界相连接。所以说，家庭 控制器是智能住宅的核心。智能家居中的信息传输介质，可以分为电话线，电源线，双绞线，电缆和无线技术，其中无线 方式是目前最热门的发展方向。蓝牙技术在智能家居系统中的应用正是由于蓝牙技术的低成本，低功

10、耗，高速率，高可靠性和兼容性等特点，使得基于蓝牙技术 的智能家居系统能为人们所接受。家庭环境控制智能家居的一个重要功能就是对居住环境的控制，即自动或远程控制家庭的温度，湿度，光照， 空气质量和热水器等。如今，环境问题已经成为一个直接关系到人们身体健康，乃至生命安全的至 关重要的问题，家庭环境也不容忽视。智能家居系统，可以改善人们的生存条件，也可以提高家庭 的生活质量。能源监视与管理主要是指家庭中的水，电，燃气和供暖的定时开关等。可以自动开关灯和关闭电器，节省开支; 家中没人时，可以调节供暖的温度；在电费较低的时段开启电器。家庭流量计费目前，大多数远传计量系统采取如下方式：在各个房间内的远传表，

11、通过专用的布线系统连接 至各个节点流量控制器，再汇总到物业管理中心进行上位管理。在智能家居系统中如果采用了蓝牙 技术，就会出现新的三表远传流量计费系统的局面。通过在支持蓝牙的微芯片中置入相应程序，并置入流量表中，可以去掉流量表与节点控制器之 间的连线，使每个计量末端采用无线方式，降低系统由于线路损坏而带来的系统故障，提高了系统 的可靠性。安防系统智能家居的基本目标是为人们提高一个舒适，安全，方便和高效率的生活环境。这就需要一个 安全的家庭体系。其中既包括人身和家庭财产的安全，也包括家庭设备的安全。为了实现这种安全 体系，需要配备相关防卫措施，例如电子门禁，对讲系统，电子防盗系统，玻璃破碎检测报

12、警系统， 室内跑水检测与报警系统，室内有毒/害气体的检测等。报警控制器连接至社区警铃，报警指示灯，电话。若报警，可按预先设置的若干个电话号码， 自动拨同进行报警，并报出家中具体是哪个系统报警了。目前在我国，安防系统是一般智能家居的主要控制内容。蓝牙技术应用在智能家居中，有高可靠性，低复杂度，低功耗，低成本的优点，但仍然有一些 问题需要解决，如相邻设备之间为防止信息误传和被截取，必须要用户提前设置对应频段；蓝牙芯 片的价格较高；蓝牙模块较难生产等。但相信，随着蓝牙网络家电产品和网络设备的出现，家居智 能化的进一步普及，这些问题将逐渐被解决，而蓝牙智能家居系统必将是不远的将来的家庭生活不 可逆转的

13、趋势。参考文献：金纯 许光辰 孙睿 蓝牙技术北京：电子工业出版社2002张利华朱灿焰张其善基于蓝牙技术的家庭网络电子技术 2001(7)： 27-30 HYPERLINK /homerf /homerf注释:1.3 c 技术(Computer TechnologyCommunication TechnologyControlTechnology ) 2.蓝牙蓝牙(Bluetooth)，或称为蓝芽，是一种新式的无线传送协议，最初由爱立信创制，后来 由蓝牙特别兴趣组订定技术标准。据说因为此技术尚在萌芽的阶段，故将Bluetooth以“蓝芽的中文 译名在台湾地区进行商业的注册，不过根据英文本身的意义直译，还