由Bluetooth实现的多媒体无线连接PC

由Bluetooth实现的多媒体无线连接PC 由 Bluetoo t h 实现的多媒体无线连接 PC 黄晓林 ,梁玉红 () 湖北汽车工业学院 电子信息系 ,湖北 十堰 442002 摘 要 :Bluetoot h 技术能在短距离内用无线接口代替有线电缆连接 。文中介绍了 Bluetoot h 技术的基本特性 , 讨论了基于 ( ) Bluetoot h 技术的多媒 体 无 线 连 接 PC Multi media Wireless Connection PC , MWCPC 的 系 统 结 构 、通 信 协 议 软 件 栈 , 并 对 MWCPC 的主/ 从单元连接建立和多 MWCPC 的从单元资源共享等问题进行了研究 ,实测效果良好 。 关键词 :Bluetoot h 技术 ;多媒体无线连接 PC ; 微微网 ;散射网 ;资源共享 ( ) 文章编号 :1005 - 3751 200401 - 0051 - 03 中图分类号 : TN919185 文献标识码 :A Mult imedia Wireless Connect ion PC Ba sed on Bl uetooth Technol ogy HUAN G Xiao2lin ,L IAN G Yu2ho ng ( )Hubei Auto mobile Indust ries Instit ute ,Shiyan 442002 ,China Abstract :Bluetoot h technology is t he means wit h which t he wireless interface wo r ks in t he place of cable co nnectio n in sho rt distance . The main p roperties of bluetoot h technology is int ro ducted and t he system architect ure and wireless co mmunicatio n p rotocol sof t ware of t he multimedia wireless co nnectio n PC based o n bluetoot h technology is discussed in t his paper . It st udied t he p ro blem of master/ slave co nnec2 tio n establish of M WCPC and slave unit reso urce share of mo re M WCPC etc . Key words :bluetoot h technology ; multimedia wireless co nnectio n PC ;pico net ; scat ternet ; reso urce share ,在 79 个 1M Hz 带宽的信道上以 发器来克服干扰和衰落 0 引 言 ( ) ( ) 1600 跳/ s 的速率进行信道 Chanel转换 ,时隙 Solt 宽度 ) (Bluetoot h 蓝牙作为新的无线通信技术 , 以低成本 、 μ( )625s ,数据通信采用 GFS K 方式调制和时分双工 TDD低功耗 、近距离无线特别链接来代替有线电缆 ,使各种数 ( 技术收发 。Bluetoot h —RF 符合 FCC 美国联邦通信委员 据和语音设备互连互通 ,组建个人化信息网络 ,实现个人) 会有关电帄为 0dBm 的 ISM 频段标准 ,空中链接范围达 区域内快速灵活的数据和语音通信以及个人范围内的信 10m ,通过功率控制最大可选 100m , 使用全向天线 , 更容 1 息共享 ,推动和扩大无线通信的应用范围。 易发现设备 。支持终端的移动性 ,信号传输不受视距的影 文中以 Bluetoot h 技术为背景 , 为解决个人区域内数 响 ,与不同的操作系统和通信协议有良好的接口 ,支持点 到点及点到多点的连接方式 ,支持包括数据 、语音和静正 字 、语音和视频设备之间的无线连接问题 , 联系到 PC 计 图像的多媒体无线传输 。Bluetoot h 采用综合电路交换和 算机系统中主机与键盘 、鼠标以及显示器 CR T 、打印机 、 ( 分组交换的方式 ,每个分组在对应的时隙 可扩展到最多 扫描仪 、音箱 、数码相机等外设之间的复杂电缆连接 ,以及 ) 5 个时隙在不同的跳频上发送 。Bluetoot h 支持同步面向 连接接口故障多的缺陷 , 介绍基于 Bluetoot h 技术的多媒 连接 SCO 和异步无连接 ACL 两种物理链路 , 每个 Blue2 体无线连接 PC 系统的结构 、通信协议软件以及主从设备 toot h 设备包括一个异步数据信道或三个同步语音信道 , 间的连接建立和多个 MWCPC 进一步无线互联 , 实现外 或用一个信道同时传送异步数据和同步语音 。每个语音 信道支持 64kb/ s 的同步语音链路 、异步数据信道 ,支持一 设资源共享 。MWCPC 对个人化信息网络建设有重要意 端最大速率为 72kb/ s 而另一端速率为 57 . 6kb/ s 不对称 义 。连接 ,也支持 432 . 6kb/ s 的对称连接 。语音通信是 Blue2 toot h 技术的出发点之一 ,Bluetoot h 特意设计了 SCO 的分 1 Bl uetooth 技术特性 组包 ,用于承载语音编码数据 ,为语音数据包预留了带宽 。 2 Bluetoot h 技术实现近距 离 无 线 通 信 , 为 各 种 信 息 ( ) 语音编码采用连续可变斜率增量调制 CV SD 、A 律 欧洲和 μ() 设备 实 现 无 缝 资 源 共 享 , Bluetoot h 使 用 开 放 的 2 . 4 GHz 律 美国等三种格式 ,其中 CV SD 编码具有抗衰落强 的 特点 ,即使误码率达到 4 % ,语音质量仍可接受 。 () 工业 、科学和医疗ISM 频段 ,采用伪随机码序列跳频收 收稿日期 :2003 - 07 - 17 ( ) 作者简介 :黄晓林 1958 —,男 ,湖北天门人 ,工学硕士 ,副教授 ,从事 电子与信息技术 、计算机应用的教学与科研工作 。 微 机 发 展 14 卷 第 ?52 ? toot h —RF 使用跳频 、扩频技术 ,分组在指定的时隙 、频率 2 由 Bl uetooth 实现的 MWCPC ( ) ( ) 上发送 ,通过查询 Inquiry和寻呼 Paging过程使得不同 ( ) 微星 科 技 MSI于 2002 年 5 月 发 布 了 第 一 块 PC 的 Bluetoot h 设备的发送跳频频率和时钟达到同步 ; 通过 Bluetoot h 主板 845 E MAX —BL R ,采用 845 E 芯片组 ,支持 SCO 和 ACL 两种方式在同一 RF 链路上实现传送复用 。 Bluetoot h 功能 。之后 Epo X 和华硕也在 2002 年 9 月相继() 链路管理协议 L M P负责 Bluetoot h 各设备单元之间连接 推出 Bluetoot h 主板 ,而 SON Y 已经开发了具有 Bluetoot h 的建立和设置 。实现连接的鉴权和加密 ,产生 、交换 、检查 功能的数码相机 , Microsof t 的 Bluetoot h 键盘和鼠标等也 链路和加密密钥 ,以保证安全 ; 控制 Bluetoot h 设备单元的 已推出 ,同时 Microsof t 宣布开发支持 Bluetoot h 实现无线 功率模式和工作周期以及各 Bluetoot h 设备间的 连 接 状 通信的 WindowsXP ,由此 PC 机主板和计算机操作系统以 () 态 。逻辑链路控制与适配协议 L 2CA P是基带上层协议 , 3 及外设产品正式导入 Bluetoot h 技术,使多媒体 PC 系统 支持高层协议的复用 、报文的分段和重组 ,以及服务质量 实现无线连接成为现实 ,也使个人办公环境以及家庭信息 ( ) Qo S。L 2CA P 允许高层协议 、应用程序收发长至 64kB 设备实现无线局域互联网成为现实 。 () ( ) 的数据 ACL。服务发现协议 SD P是所有 Bluetoot h 应 用模型的基础 ,通过 SD P 可以查询到设备信息和服务类 2 . 1 由 Bluetooth 实现 MWCPC 的系统结构型 ,用户可以从邻近的服务中选择一个可用的 ,以便在两 Bluetoot h 支持点到点和点到多 点 的 链 接 , 以 无 线 接 个或多个 Bluetoot h 设备间建立连接 。BN EP 是 Bluetoot h 入方式将各类数字 、语音设备联成一个围绕个人的微微网 网络封装协议 , 位于 L 2CA P 层之上 , 在 Bluetoot h Piconet ( ) Piconet,实现无缝的资源共享 。在一个 Piconet 中 ,最多 中为 Bluetoot h 设 备 提 供 网 络 互 连 功 能 。BN EP 和 ) (I EEE802 . 3 以太网支持相同的网络协议类型 。BN EP 定 有 256 个 Bluetoot h 单元设备 ,其中 1 个单元作为主节点 义了报文格式 ,可封装不同网络协议类型的报文 ,并直接 ( ) ( ) Master和 7 个单元作为从节点 Slave处于工作状态 ,而 ( ) 通过 Bluetoot h —L 2CA P 传送 。管理实体 M E模块提供 其他作为从单元 Slave 设备 ,处于待机模式 。由 Bluetoot h 了良好的用户界面 , 由用户对连接的建立和断开进行管 实现 MWCPC 中 , PC 主板为 Master , 键盘 、鼠标 、显示 器 CR T 、打印 机 、扫 描 仪 、音 箱 、数 码 相 机 及 其 他 外 设 作 为 Slave 。MWCPC 的系统结构如图 1 所示 ,对处于工作或待 机模式的从单元 Slave 设备 ,其所有的访问都是由主单元 2 理 。 设备 Master 进行控制的 , Slave 可以和 Master 进行通信 , ( 两个或多个 Slave 通过 Master 而互相通信 两个 Slave 之 ) ( )间不能直接通信,通信可以采用点对点 Master to slave ( ) 或点对多点 Master to more slave方式 , MWCPC 是互相 交互的 Bluetoot h 设备单元形成的独立 Piconet 网络 。主/ 从设备与 Bluetoot h ASIC 通过 HCI 接口或者直接嵌入到 4 图 2 由 Bluetoot h 实现的 M WCPC 通信协议软件栈 设备中,主/ 从设备通信的无线链路由 Bluetoot h 协议软 件栈管理和控制 。 3 MWCPC 主从单元之间无线连接建立 ( ) MWCPC 机上电时 , 将 Bluetoot h 主板 主 机定 义 为 Master 单元 ,其时钟和跳频信号用来作为对各个 Slave 单 () 元 如鼠标 、打印机 、键盘等外设的同步 。Master 单元负 责对 Piconet 各个 Slave 单元的信道接入进行控制 。 3 . 1 无线连接的状态 ( ) Bluetoot h 无线接入 Wireless Access的主状态有待机 ( ) ( ) 状态 Standby和连接状态 Connection两种 。另外还有 ( ) ( ) ( ) 图 1 由 Bluetoot h 实现的 M WCPC 的系统结构 寻呼 Page、寻呼扫描 Page Scan、查询 Inquiry、查询扫 ( ) ( ) 描Inquiry Scan、主设备响应 Master Response、从设备 2 . 2 由 Bluetooth 实现的 MWCPC 通信协议软件栈( ) ( ) 响应 Slave Reaponse和查询响应 Inquiry Reaponse等七 Bluetoot h 的 Piconet 通信协议栈是一个独立的通信管 种子状态 。子状态都是过渡状态 , 一般用于新的从设备 5 理控制的操作系统, 不与任何操作系统捆绑 ,Bluetoot h Slave 加入 Piconet 的 情 况 , 各 状 态 的 转 换 由 链 路 管 理 器 L M P 或链路控制器 L 2CA P 决定 。Bluetoot h 无线连接的 的 Piconet 通信链接和数据传输是靠各层协议之间的配合 与互相解释来实现的 。由 Bluetoot h 实现的 MWCPC 通信 状态流程如图 3 所示 , 一个 Bluetoot h 组件在待机状态可 协议软件栈如图 2 所示 。其中 BaseBand 、L M P 、L 2CA P 和 以经由寻呼 、寻呼扫描 、查询 、查询扫描等状态流程进入连 SD P 是 Bluetoot h 核心协议 , 它们相互协作实现 Bluetoot h 接状态 。 () 的基本功能 。基带协议 BaseBand负责建立 Piconet 内各 Bluetoot h 单 元 设 备 之 间 的 物 理 射 频 RF 链 路 。Blue2 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 1 期 黄晓林等 :由 Bluetoot h 实现的多媒体无线连接 PC ?53 ? 用的链路信息的 1/ 3 F EC 速率保护 ,在有效位产生一定量 错误的情况下 ,也可恢复 。当传输的数据中含有不可恢复 的错误时 ,利用 ARQ 机制可以让发端重发错误分组 , 从 而保证数据的完整性与传输的安全性 。 4 多个 MWCPC 的互连 MWCPC 的打印机 、扫描仪 、传真机等外设价格较高 , 单机使用并不频繁 ,实现资源共享则可以解决这一问题 , 图 3 Bluetoot h 连接控制器的状态流程 Bluetoot h 支持几个 Piconet 进一步互联 ,形成一个分布式 3 . 2 无线连接的过程( ) 散射网 Scat ternet,由两个 MWCPC 形成的 Scat ternet 如 图 5 所示 。在 Scat ternet 中 ,一个 Piconet 中的主/ 从单元 , 在开始建立连接之前 ,各设备单元的地址是未知的 , 可以是另一个 Piconet 中的主/ 从单元 ,各个 Piconet 通过 此时主设备单元 Master 首先初始化连接程序 , 向各个从 使用不同的跳频序列来加以区分 。一个从单元 Slave 参加 设备单元 Slave 发出 Inquiry 消息 , Inquiry 带有 Master 的 到两个 Piconet 中 ,必须计算两个偏移量加到 Slave 的本地 本地时钟信息 。其他 Bluetoot h 从设备单元 Slave 的起始 时钟 ,生成两个时钟 。不同的 Piconet 的主单元的时钟是 缺省状态 是 处 于 省 电 的 待 机 Standby 状 态 , 待 机 状 态 的独立的 ,从节点需要周期地更新偏移量 ,以便同时与两个 ( ) Bluetoot h 设备或者发出寻呼 Page 或查询 Inquiry 、或者 主单元同步 。这样打印机 、扫描仪 、传真机等外设可以作 ( 对周围 Bluetoot h 设备进行寻呼扫描 Page Scan 或查询扫 ) 描 Inquiry Scan,一旦发现相关的 Inquiry 消息后 ,立即作 出响应 , 并作为从设备 Slave 单元进入连接过程 , 脱离待 6 为多个 Piconet 的 Slave 单元 ,实现多重调用和共享 。 机状态 ,发出 F HS 响应包 。F HS 包携带有 Slave 单元的地 址 、时钟和其他消息 , Master 单元收到 Slave 单元的响应 后 ,为各 Slave 单元分配 MAC 地址的 3 位地址码 ,用来区 分 Piconet 网中的不同的 Slave , 各个处于激活的 Slave 始 终与 Master 保持同步 ,Bluetoot h 各设备单元的无线连接 就建立起来了 。 3 . 3 无线连接的数据分组( 包) 与纠错 MWCPC 的 Piconet 无线信道上的数据通信以数据分 图 5 多个 M WCPC 形成的 Scat ternet ( ) () 组形式打包 Par k传送 ,每个包由接入码 Access′code、分 ( ) ( ) 组头 Header和有效载荷 Pagload等三部分组成 ,如图 4 5 结束语 所示 ,其中接入码和分组头都是固定长度 , 分跳 72bit 和Bluetoot h 技术实现个人区域内 数 字 、语 音 和 视 频 设 ( ) 54bit ,而有效载荷 所要传送的数据在 0,2745bit 之间 。 备之间的无线连接 ,在家庭 、办公环境中有很大的应用前 接入码用来同步 、直流偏移补偿和身份确定 。在同一个 Piconet 中的设备使用相同的信道接入码 , 因此可通过接 景 ,如无线麦克风和无线耳机以及数字移动电话和涉及到入码鉴别所有在信道上进行交换的包 。分组头包括链路 数据 、语音 、图像短距离通信的几乎所有的智能终端都可( ) 控制 L C信 息 , 定 义 了 6 个 区 域 , AM 、ADDR 、ARQN 、 7 应用 Bluetoot h 技术 , 而且可以实现资源共享 。如无线 T YP E、SEQN 、FL O W 和 HEC , 整 个 分 组 头 18bit , 以 1/ 耳机可在电脑 、移动电话 、随身听 、音响中共用 。Bluetoot h 技术对无线通信的进步起到巨大的促进作用 ,对组成个人 3 F EC 速率偏码 ,成为 54bit 。 L SB 72bit 54bit 0,2745bit MSB 信息化网络 ,实现个人区域内快速灵便的数据和语音通信 以及信息共享具有重要意义 。目前 Bluetoot h 技术的广泛 应用研究还处于起步阶段 ,还有很多应用细节的问题需要 解决 。在当今无线互联的大趋势下 ,Bluetoot h 技术必定对 网络连接和人们的办公 、生活产生巨大而深远的影响 。 接入码分组头净荷 图 4 标准的数据分组格式 MWCPC 的 Bluetoot h 无线连接的基带数据有 3 种纠 参考文献 : 错方式 , 1/ 3 速 率 前 向 纠 错 F EC 码 、2/ 3 速 率 前 向 纠 错 1 Shep herd R. Bluetoot h wireless technolo gy in t he ho me J . F EC 码 ,对数据的自动请求重发 ARQ 。前向纠错 F EC 码 Elect ronics and Co mmunication En ginering Journal . I EE , 的目的是为了减少重发的可能性 ,然而在一个合理的无差 ( ) 2001 ,58 13:134 - 139 . 错率环境 中 , F EC 生 成 一 些 不 必 要 的 冗 余 比 特 , 多 余 的 蒋伟荣 ,黄晓林 ,梁玉红. Bluetoot h 技术体系及其设计应用 ) (Header 包头会降低数据传输效率 ,故可根据情况在软件 2 ( ) 技术J . 计算机时代 ,2002 ,19 5:1 - 3 . 中灵活定义分组方式是否采用 F EC , 分组头通常包含有 ()下转封三 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. () ,以互联网为核心的技术进步对 CRM 为策略管理 、OL A P Online Analysis Processing 、策略 通世界的重要工具 的发展起到了巨大的推动作用 ,如果银行的 CRM 解决方 分析 、策略接口 、渠道优化与接口 、信用分析及风险监控 案缺乏对 Internet 、电子商务的全面支持 ,就会制约其效益 等 。 2 的发挥和系统的发展。 各子系统的功能为 : 策略管理 :用于制定 、修改和删除市场策略 ;3 . 3 银行实施 CRM 的步骤 () 1从业务流程入 手 ,完成客户联系渠道的集成 ,将来 OL A P : 用于分析市场策略的反馈 , 预测市场策略性 自不同的业务系统以及外部的客户资料集成到客户处理 能 ; 中心 。 策略分析 :用数据挖掘和统计分析来分析客户和市场 () 2将搜集到的客户处理中心的客户资料按照识别客 策略 ; 户的要求集成处理 ,进行分类重新存储 。 策略接口与管理 :使市场策略和策略分析中的分析流 () 3创建分析数据模型库 。程对 CRM 系统工作流程透明 ; () 4利用数据挖掘工具对数据进行挖掘 ,为客户信息 渠道优化与接口 : 渠道接口使银行所有渠道对 CRM 系统工作流程的设计与管理透明 ;提取和决策支持提供服务 。 3 . 4 银行 CRM 系统的结构分析 渠道优化 : 根据银行的市场策略优化渠道和工作流 ( 银行 CRM 系统的体系结构主要包括 CRO Custo mr 程 ; ) Relationship Opimization ,即客户关系优化系统 、银行应用 信用分析及风险监控 :由客户的历史数据确定其信用 系统集成 、数据分析管理中心三部分 。CRO 系统的功能 等级及进一步的合作风险 ,或者对已进行的合作进行风险 1 监控。 是满足部门级和协同级的功能需求 ,优化银行与客户之间 的关系 ;银行应用系统集成的功能是将 CRM 系统与银行 的业务系统结合起来 ,满足全局性分析需求 ; 数据分析管 4 结束语 理中心的分析结果就是管理信息系统和决策支持系统的 文中介绍了 CRM 的基本概念 ,讨论了商业银行实施 输入 ,它代表了整个 CRM 系统的目标 。 CRM 的意义 ,分析了 CRM 的关键技术 ,提出了银行 CRM 这一体系结构中 , CRO 是整个 CRM 系 统 的 处 理 核 的设计结构 、实施条件以及实施步骤 。按照这一设计思 心 ,它介于数据仓库和联系渠道之间 ,由业务处理系统 、客 路 ,在某商业银行初步设计实施了一套银行 CRM 系统 , 户联系系统两个子系统组成 。业务处理系统包括 :呼叫中 目前该系统运行良好 ,为银行挖掘优质客户和提供优质服心业务处理流程控制 ; 网上银行业务处理流程控制 ; 综合 务提供了一个基础帄台 。 业务处理流程控制 ; 银行卡业务处理流程控制 ; 国际业务 实施 CRM 是 个 复 杂 的 系 统 工 程 , 商 业 银 行 在 构 建 处理流程控制 ;中间业务处理流程控制 ;会计统计报表 ; 信 CRM 时需要认真分析业务系统现状 ,仔细规划目标系统 用卡系统 ; POS 机和 A TM 机等系统 。客户联系中心系统 需求 ,并充 分 考 虑 到 CRM 实 施 风 险 , 能 够 本 着“统 一 规 包括 :业务信息系统 ;客户管理 ;联系人管理 ;时间管理 ; 潜划 ,分布实施”的原则 , 逐步完善系统 , 使得 CRM 帮助银 在客户管理 ;呼叫中心管理 ; Web 与 Email 等 。 银行应用行真正实现“以客户为中心”的经营理念 。 系统集成则把 CRM 系统和银行业务系统 结合起来 ,提供系统间接口 ,也就是连接一个个的“信息孤 参考文献 : 张成虎 ,于云树. 银行 CRM 系统的需求与结构分析 , 中国 岛”,使所有系统的信息实现共享 ,为数据分析管理中心的 1 金融电脑 2002 EB/ OL . 中国金融电脑网站 ht tp :/ / www . 正常运行提供支持 。 fcc. co m. cn/ co mp uter/ COMPU T ER. asp . 2002 . 数据分析管理中心系统面向全局 ,以 CRM 系统中心 2 赖 添 华. 试 析 CRM 在 银 行 的 应 用 , 中 国 金 融 电 脑 2001数据仓库为核心 ,为银行的管理层和业务分析人员提供客 EB/ OL . 中 国 金 融 电 脑 网 站 ht tp :/ / www . fcc. co m. cn/户分析系统 ,因此在数据仓库中 ,实际数据分为操作数据 co mp uter/ COMPU T ER. asp . 2001 . 和分析模型 。操作数据包括客户基本信息 、客户帐务信息 3 吕廷杰 ,尹 涛 ,王 琦. 客户关系管理与主题分析M . 北 () 和操作控制 客户个性化服务信息,而这些信息的数据格 京 :人民邮电出版社 ,2002 . 式要求严格一致才能保证数据处理的成本最小 。分析模 Berson A ,Smit h S , Thearlin g K. Building Data Mining Appli2 4 型包括客户关系管理分析 、市场分析 、客户信用度分析 、客 cations for CRMM . s. l . : Mc Graw - Hill ,2001 . 户满意度分析和销售行为分析等 ,而与之相对应的子系统 ()邮电出版社 ,2001 . 上接第 53 页 6 蒋伟荣 ,黄晓林. Bluetoot h PAN 控制机制及其实现J . 现 安小冲. 走进蓝牙主板N . 电脑报 ,2002 - 10 - 7 . 3 ( ) 代电子技术 ,2003 ,154 11:22 - 26 . 4 黄晓林 , 蒋伟荣 , 梁玉红. Bluetoot h ASIC 接口技术 J . 电 7 蒋伟荣 , 黄晓林. Bluetoot h 技术及其应用模型 J . 广东自 ( ) 测与仪表 ,2002 ,39 7:48 - 50 . ( ) 动化与信息工程 ,2002 ,23 2:38 - 42 . 5 张禄林 ,雷雪娟 ,朗晓虹. 蓝牙协议及其实M . 北京 : 人民 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.