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摘要：蓝牙是当今主流无线通信技术之一，在智能家居中具有一定的优势，近年来已成为我国智能家居智能化发展领域中的重要技术内容，通过利用蓝牙技术及网络通信技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，本文将对相关内容进行分析和研究，以作参考。
关键词：网络信息化;蓝牙技术;智能家居;自动控制;
一、智能家居蓝牙原理及系统结构
近年来，随着各自新技术在家居领域的不断渗透，智能家居已成为现代家居的热门话题，通过在家庭内部通过一定的传输介质将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互连进行信息交换，为用户提供设备监控、网络传输、安全报警和总和信息服务的局域网络。蓝牙（Bluetooth）作为一种近距离无线通信技术的标准，将各种家用设备和家用监控系统，通过快速、安全、可靠的无线链路连接到一个家庭计算机上，再由该计算机将智能家居局域网与互连网和 P S T N 相连，组成智能家居控制网络系统。其中蓝牙主设备部分由蓝牙模块、MCU、外部RAM和家庭计算机等组成，如图1所示。以MCU为中心，通过蓝牙无线电通道与蓝牙从设备相连。图1中所示：
蓝牙从设备由蓝牙模块，MCU和内嵌蓝牙模块的传感器网络和被控电器组成。传感器网络由红外线传感器或烟雾傳感器和三表传感器构成，该网络对各种火灾、煤气泄漏以及盗窃等灾情信号实现现场采集。控制中心（也称为上位机）负责各种不同类型子网之间的协议转换， 完成智能家居网络控制和 Internet 接入功能，蓝牙设备之间进行数据通信是通过 H C I 分组来实现， H C I 分组有数据分组、 命令分组和事件分组。蓝牙数据通信处理一般包括以下 6 个步骤， 蓝牙模块初始化、HCI 流量控制设置、查询、建立连接、数据传输和断开链接。如果发生火灾、盗窃或煤气泄漏等事件，则由蓝牙模块接收来自蓝牙从设备的数据，由MCU对这些数据经过处理之后，通过无线连接，由智能监控系统通过PSTN（电话交换网）向主人报警或通过Internet向监控中心报警。
二、蓝牙技术的特点及弊端问题
蓝牙技术作为智能家居的一项重要技术，具有体积小、功耗低、传输距离远、速率快、技术成熟、使用广泛等优势，相比Wi-Fi、ZigBee技术，蓝牙无疑是智能家居无线组网和自动化控制的最佳选择。无线通信都会存在一些问题，蓝牙作为开放的通信技术问题就显得更加突出。例如：无线跳频技术已不能阻止窃听和截取;128位加密密钥虽然不容易破解，但在使用过程中可以被篡改;2.4GHz的ISM频段在工业、科研、医疗上有非常广泛地运用，这些信号交叉在一起就不可避免的产生干扰，即使在安全机制的保障下不会导致数据传输错误，也会降低传输速率。同时，无线传输过程中会向四周发送无线电波，这就非常容易受到攻击和监听，使用安全机制是保护信息传输完整和不被截取的必要手段。跳频技术有一定的安全性，但由于信道都是公开的，只要对所有信道进行监听和干扰，就能阻碍接收方接收到正确的数据，所以还需要其他更为安全的措施。
三、蓝牙技术的关键技术
3.1跳频技术
为减少蓝牙传输中的由于干扰造成的数据错误，采用跳频技术是一个有效的解决办法。跳频技术是在每一次数据传输过程中，蓝牙连接中的发送方和接收方都按照事先约定好的规律，先在某一个信道上收发一段数据，而后同时跳转到另一个信道上，如此反复多次，直到传输完成。理论上讲第三方干扰源不可能获取通信双方的跳转规律，自然也就无法持续干扰，这是一种硬件加密方法，可以减少干扰造成的错误，提高传输效率和稳定性。
3.2纠错技术
通常在信道的噪声干扰比较大时，蓝牙系统会使用前向纠错方案，以降低干扰造成的影响，保证通信质量。自动请求重发是接收端进行差错检测，发现错误自动请求发送端重发，直到接收到正确数据为止的差错控制技术。蓝牙技术使用三种纠错方案：1/3前向纠错（FEC）、2/3前向纠错和自动重发（ARQ）技术。前向纠错是使用纠错码对信息进行冗余编码，接收方可以通过这些纠错码纠正传输过程中的错误，不需要反向请求数据重传。加入了纠错码后会增加信息长度，占用额外的资源，但对应保证通信的准确性是必要的。
3.3一对多通信
蓝牙技术除了支持点对点通信，还支持点对多点通信，可以用来组建无线个域网（WPAN）。利用蓝牙连接的无线个域网由一个主控设备和若干个受控设备组成。主控设备在通信过程中负责运作通信协议，下发指令，管理和控制“从设备”，“从设备”接收指令并做出回应。为避免通信出错，每次通信过程中所有设备都采用相同的跳转规律。不同的无线个域网具备不同的跳转模式。因此在同一区域内，允许多个不同的无线个域网同时存在，它们之间互相独立，不会出现交叉传输。
四、蓝牙技术在智能家居中的应用
4.1家庭环境控制和资源管理
智能家居首要的作用就是实现对居住环境的控制，植入了蓝牙芯片的环境监控设备可以实时采集住宅内的温度、湿度、空气质量等参数上传给控制管理系统，温度升高时自动开启空调降温;燃气泄漏时第一时间自动打开窗户通风，并开启报警系统通知住宅内的人员撤离。家居管理控制系统自动检测住宅内是否有人，没人的时候自动关闭水、电、燃气等耗能设备，等人回来时再按需要开启，达到节省资源的目的。
4.2家庭流量计费
虽然目前大多数计量系统都实现了远程抄表，其实原理都是通过232或485控制线把计量表连接至各个节点，再汇总到一起进行统一管理。如果把蓝牙芯片置入水表、电表、燃气表中，就可以去掉这条控制线，把原来的有线连接变成无线连接，从而消除由于线路损坏而造成的故障，降低排查和维修的成本，提高可靠性和稳定性。
4.3安防系统
智能家居的目标是带给人们舒适、安全、高效、低碳、环保的居住体验，既要保证居民的人身和财产的安全，又要保障家居设备的完好。因此需要配置相关的安防设备和处置措施，例如：电子门禁、语音对讲、防盗报警、视频监控、消防系统，如果这些设备都支持蓝牙联网，有人非法闯入时，智能家居控制管理系统能自动识别闯入者的身份，推送视频监控给住宅的主人，启动报警装置对闯入者进行恐吓，保存监控录像作为证据;发生火灾时自动启动消防系统灭火，报警通知住宅内的人员撤离;而在设备发生故障时，控制管理系统也能及时检测到，然后通知主人进行维修或更换。
五、结束语
随着当前我国信息技术水平的全面发展，网络和信息家电也开始出现在人们日常的生活中，为人们提供了一个更加舒适、方便、高效的生活环境。智能家居系统的完善不仅能为广大人民群众提供便利的生活，同时也将对广大家庭生活方式的变革产生极大的影响。而以蓝牙技术为核心的无线个域网，则会成为智能家居设备互相连接的桥梁，未来智能家居产品使用会越来越简单和人性化。
参考文献：
[1]大数据时代的智能家居产品设计研究[D].张睿.安徽工程大学 2017
[2]智能家居信息安全关键技术的研究[D].李翔.长安大学 2018
[3]基于蓝牙技术家庭网络的研究和实现[J].傅剑虹，汪敏，朱俊.计算机工程.2018（03）
（作者单位：深圳智明创展电子有限公司）
关键词：网络信息化;蓝牙技术;智能家居;自动控制;
一、智能家居蓝牙原理及系统结构
近年来，随着各自新技术在家居领域的不断渗透，智能家居已成为现代家居的热门话题，通过在家庭内部通过一定的传输介质将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互连进行信息交换，为用户提供设备监控、网络传输、安全报警和总和信息服务的局域网络。蓝牙（Bluetooth）作为一种近距离无线通信技术的标准，将各种家用设备和家用监控系统，通过快速、安全、可靠的无线链路连接到一个家庭计算机上，再由该计算机将智能家居局域网与互连网和 P S T N 相连，组成智能家居控制网络系统。其中蓝牙主设备部分由蓝牙模块、MCU、外部RAM和家庭计算机等组成，如图1所示。以MCU为中心，通过蓝牙无线电通道与蓝牙从设备相连。图1中所示：
蓝牙从设备由蓝牙模块，MCU和内嵌蓝牙模块的传感器网络和被控电器组成。传感器网络由红外线传感器或烟雾傳感器和三表传感器构成，该网络对各种火灾、煤气泄漏以及盗窃等灾情信号实现现场采集。控制中心（也称为上位机）负责各种不同类型子网之间的协议转换， 完成智能家居网络控制和 Internet 接入功能，蓝牙设备之间进行数据通信是通过 H C I 分组来实现， H C I 分组有数据分组、 命令分组和事件分组。蓝牙数据通信处理一般包括以下 6 个步骤， 蓝牙模块初始化、HCI 流量控制设置、查询、建立连接、数据传输和断开链接。如果发生火灾、盗窃或煤气泄漏等事件，则由蓝牙模块接收来自蓝牙从设备的数据，由MCU对这些数据经过处理之后，通过无线连接，由智能监控系统通过PSTN（电话交换网）向主人报警或通过Internet向监控中心报警。
二、蓝牙技术的特点及弊端问题
蓝牙技术作为智能家居的一项重要技术，具有体积小、功耗低、传输距离远、速率快、技术成熟、使用广泛等优势，相比Wi-Fi、ZigBee技术，蓝牙无疑是智能家居无线组网和自动化控制的最佳选择。无线通信都会存在一些问题，蓝牙作为开放的通信技术问题就显得更加突出。例如：无线跳频技术已不能阻止窃听和截取;128位加密密钥虽然不容易破解，但在使用过程中可以被篡改;2.4GHz的ISM频段在工业、科研、医疗上有非常广泛地运用，这些信号交叉在一起就不可避免的产生干扰，即使在安全机制的保障下不会导致数据传输错误，也会降低传输速率。同时，无线传输过程中会向四周发送无线电波，这就非常容易受到攻击和监听，使用安全机制是保护信息传输完整和不被截取的必要手段。跳频技术有一定的安全性，但由于信道都是公开的，只要对所有信道进行监听和干扰，就能阻碍接收方接收到正确的数据，所以还需要其他更为安全的措施。
三、蓝牙技术的关键技术
3.1跳频技术
为减少蓝牙传输中的由于干扰造成的数据错误，采用跳频技术是一个有效的解决办法。跳频技术是在每一次数据传输过程中，蓝牙连接中的发送方和接收方都按照事先约定好的规律，先在某一个信道上收发一段数据，而后同时跳转到另一个信道上，如此反复多次，直到传输完成。理论上讲第三方干扰源不可能获取通信双方的跳转规律，自然也就无法持续干扰，这是一种硬件加密方法，可以减少干扰造成的错误，提高传输效率和稳定性。
3.2纠错技术
通常在信道的噪声干扰比较大时，蓝牙系统会使用前向纠错方案，以降低干扰造成的影响，保证通信质量。自动请求重发是接收端进行差错检测，发现错误自动请求发送端重发，直到接收到正确数据为止的差错控制技术。蓝牙技术使用三种纠错方案：1/3前向纠错（FEC）、2/3前向纠错和自动重发（ARQ）技术。前向纠错是使用纠错码对信息进行冗余编码，接收方可以通过这些纠错码纠正传输过程中的错误，不需要反向请求数据重传。加入了纠错码后会增加信息长度，占用额外的资源，但对应保证通信的准确性是必要的。
3.3一对多通信
蓝牙技术除了支持点对点通信，还支持点对多点通信，可以用来组建无线个域网（WPAN）。利用蓝牙连接的无线个域网由一个主控设备和若干个受控设备组成。主控设备在通信过程中负责运作通信协议，下发指令，管理和控制“从设备”，“从设备”接收指令并做出回应。为避免通信出错，每次通信过程中所有设备都采用相同的跳转规律。不同的无线个域网具备不同的跳转模式。因此在同一区域内，允许多个不同的无线个域网同时存在，它们之间互相独立，不会出现交叉传输。
四、蓝牙技术在智能家居中的应用
4.1家庭环境控制和资源管理
智能家居首要的作用就是实现对居住环境的控制，植入了蓝牙芯片的环境监控设备可以实时采集住宅内的温度、湿度、空气质量等参数上传给控制管理系统，温度升高时自动开启空调降温;燃气泄漏时第一时间自动打开窗户通风，并开启报警系统通知住宅内的人员撤离。家居管理控制系统自动检测住宅内是否有人，没人的时候自动关闭水、电、燃气等耗能设备，等人回来时再按需要开启，达到节省资源的目的。
4.2家庭流量计费
虽然目前大多数计量系统都实现了远程抄表，其实原理都是通过232或485控制线把计量表连接至各个节点，再汇总到一起进行统一管理。如果把蓝牙芯片置入水表、电表、燃气表中，就可以去掉这条控制线，把原来的有线连接变成无线连接，从而消除由于线路损坏而造成的故障，降低排查和维修的成本，提高可靠性和稳定性。
4.3安防系统
智能家居的目标是带给人们舒适、安全、高效、低碳、环保的居住体验，既要保证居民的人身和财产的安全，又要保障家居设备的完好。因此需要配置相关的安防设备和处置措施，例如：电子门禁、语音对讲、防盗报警、视频监控、消防系统，如果这些设备都支持蓝牙联网，有人非法闯入时，智能家居控制管理系统能自动识别闯入者的身份，推送视频监控给住宅的主人，启动报警装置对闯入者进行恐吓，保存监控录像作为证据;发生火灾时自动启动消防系统灭火，报警通知住宅内的人员撤离;而在设备发生故障时，控制管理系统也能及时检测到，然后通知主人进行维修或更换。
五、结束语
随着当前我国信息技术水平的全面发展，网络和信息家电也开始出现在人们日常的生活中，为人们提供了一个更加舒适、方便、高效的生活环境。智能家居系统的完善不仅能为广大人民群众提供便利的生活，同时也将对广大家庭生活方式的变革产生极大的影响。而以蓝牙技术为核心的无线个域网，则会成为智能家居设备互相连接的桥梁，未来智能家居产品使用会越来越简单和人性化。
参考文献：
[1]大数据时代的智能家居产品设计研究[D].张睿.安徽工程大学 2017
[2]智能家居信息安全关键技术的研究[D].李翔.长安大学 2018
[3]基于蓝牙技术家庭网络的研究和实现[J].傅剑虹，汪敏，朱俊.计算机工程.2018（03）
（作者单位：深圳智明创展电子有限公司）