CN103297334A - 蓝牙-wifi网关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使蓝牙设备和WIFI设备两者之间能够透明通信的蓝牙-WIFI网关。其中央处理器与蓝牙模块和WIFI模块之间通过串口相连，用于将蓝牙模块的数据经过转换后传给WIFI模块或将WIFI模块的数据经过转换后传给蓝牙模块。网关的蓝牙模块与蓝牙终端通过微微网进行通信；网关的WIFI模块与WIFI设备之间通过无线网络通信。蓝牙-WIFI网关协议模型分为以下几层：与蓝牙对应的基带(Baseband)、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、蓝牙网络封装协议(BNEP)、服务发现协议(SDP)；和WIFI相对应的物理层Physical、数据链路层Datalink、网络层Network、传输层Transport；最上面是蓝牙-WIFI网关的路由层。蓝牙-WIFI网关建立虚拟的蓝牙设备和虚拟的WIFI设备，适量修改现有的路由机制，以实现蓝牙设备和WIFI设备之间的通信。

Description

蓝牙-WIFI网关
技术领域
本发明涉及实现蓝牙设备和WIFI设备透明通信的网关，属于嵌入式技术和通信领域。
背景技术
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器，是一种充当转换重任的计算机系统或嵌入式产品。网关是重要的网络设备，在传输层实现广域网或局域网的互连。网关在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能。在数据转换时，网关按照源端协议和目的端协议对数据重新打包。网关在技术上实现比较复杂，是硬件和软件结合的产品。
嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格需求的专用计算机系统。随着电子技术的快速发展，嵌入式微处理器的性能得到了极大的提高，使得嵌入式的产品在各个领域得到更加广泛的应用。原来许多只能由PC机完成的任务现在可以由嵌入式产品来完成，而且成本大幅下降。嵌入式产品最具有代表性是基于ARM微处理器的产品，占据了约75％的市场份额。嵌入式产品的操作系统采用是Linux或Andriod操作系统，这些操作系统根据嵌入式系统的硬件做过裁剪，能够充分的发挥硬件的性能。现在的网关处理器通常采用ARM微处理器，操作系统采用Linux操作系统成为完美的搭配。
蓝牙(Bluetooth)是由移动通信公司与移动计算公司联合开发的短距离无线通信标准，是在便携式计算机、移动电话以及其它移动设备之间建立的一种小型、经济、短距离的无线链路。蓝牙通信标准采用的是802.15，该规范规定工作的频段是公用的ISM频段，最高传输数据速率可以达到3Mbps。目前利用蓝牙技术通信的设备已经遍及各行各业，如手机、笔记本、PDA、数码相机等。这些设备通过蓝牙技术可以方便的无线传输数据。
WIFI是一种可以将个人电脑、PDA、手机等无线终端互连的技术。WIF实际上把有线网络信号转换成无线网络信号，供有WIFI功能的终端使用。WIFI使用的标准是802.11，发射的距离可达100米，但受墙壁的影响，实际距离会小一些。传输的速度非常快，可达到54Mbps。WIFI使用2.4GHz的ISM频段和5.2GHz频段，该频段勿需申请，可以直接使用。
蓝牙作为近几年来的新型短距离无线通信技术，已在各个领域得到广泛的应用。而WIFI无线网络因其成熟的技术、高速率和远距离等特点也得到广泛应用。所以蓝牙设备和WIFI设备之间通信是很有必要的事情。但是蓝牙和WIFI是两种不同的协议标准，因此蓝牙和WIFI之间跨网互联就需要进行协议的转换，而现有的无线通信协议转换设备中还不存在蓝牙/WIFI网关，使得目前这两种网络之间无法通信。因此，如何解决这个问题将是本发明的主要内容。
发明内容
本发明提出了一种集成蓝牙和WIFI协议转换的网关系统，其目的在于，使蓝牙设备和WIFI设备之间能够透明通信。
本发明的目的是这样实现的：蓝牙-WIFI网关，其特征在于硬件包括中央处理器(4)，中央处理器(4)是蓝牙网关的控制核心，完成网关中所有的程序运行。中央处理器(4)通过串口与蓝牙模块(5)相连，蓝牙模块(5)通过射频口与蓝牙天线(9)连接。蓝牙天线(9)用于收发无线信号。存储器RAM(8)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存放中央处理器(4)运行时的程序和数据。闪存FLASH(7)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存储数据信息。中央处理器(4)通过另一个串口与WIFI模块(6)相连，同时，WIFI模块(6)与WIFI天线(10)相连，WIFI天线(10)用于收发无线信号。蓝牙模块(5)与蓝牙微微网(11)通过无线方式通信；WIFI模块(6)与WIFI网络(12)通过无线方式通信。
蓝牙-WIFI网关(15)协议模型分为以下几层：与蓝牙设备(13)对应的基带(Baseband)、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、蓝牙网络封装协议BNEP、服务发现协议(SDP)，和与WIFI设备(15)对应的协议是物理层Physical、数据链路层Datalink、网络层Network、传输层Transport；最上面是蓝牙-WIFI网关的路由层。
蓝牙-WIFI网关(15)根据网络协议为蓝牙设备分配IP地址和MAC地址，将其虚拟成普通的网络设备，使WIFI设备能够通过网关访问蓝牙设备；同时，根据蓝牙协议为WIFI设备分配48位的蓝牙地址，使蓝牙设备能够通过微微网和网关访问WIFI设备。
蓝牙-WIFI网关(15)结合蓝牙协议和网络协议适量修改网关机制。网关中的路由表由蓝牙设备表项和WIFI设备表项两种类型组成。与蓝牙设备相关的路由表表项由设备类型、蓝牙设备物理地址、蓝牙设备的虚拟MAC地址、蓝牙设备的虚拟IP组成；与WIFI设备相关的路由表表项由设备类型、WIFI设备MAC地址、WIFI设备IP地址、WIFI设备虚拟的蓝牙地址组成。
附图说明
图1蓝牙-WIFI网关的通信模型；
图2是蓝牙-WIFI网关的硬件框图；
图3是蓝牙-WIFI网关协议模型图示；
具体实施方式
图1是蓝牙-WIFI网关的一个实施例的硬件结构示意图。如图所示，蓝牙-WIFI网关由若干硬件单元构成。中央处理器(4)是蓝牙网关的运算和控制核心，完成网关中所有的程序运行。中央处理器(4)通过串口与蓝牙模块(5)相连，蓝牙模块(5)通过射频口与蓝牙天线(9)连接。蓝牙天线(9)用于收发无线信号。存储器RAM(8)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存放中央处理器(4)运行时的程序和数据。闪存FLASH(7)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存储数据信息。中央处理器(4)通过另一个串口与WIFI模块(6)相连，同时，WIFI模块(6)与WIFI天线(10)相连，WIFI天线(10)用于收发无线信号。蓝牙模块(5)与蓝牙微微网(11)通过无线方式通信；WIFI模块(6)与WIFI网络(12)通过无线方式通信。
蓝牙通信和WIFI通信采用不同的协议标准，所以蓝牙-WIFI网关要完成两种网络的互联需要集成两种协议标准。与蓝牙设备(13)对应的基带(Baseband)、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、蓝牙网络封装协议BNEP、服务发现协议(SDP)，和与WIFI设备(15)对应的协议是物理层Physical、数据链路层Datalink、网络层Network、传输层Transport；最上面是蓝牙-WIFI网关的路由层。
由于蓝牙网络和WIFI协议标准不同，对硬件设备的管理也有很大的差别，为完成对这两类设备的管理，网关需要根据WIFI网络协议为蓝牙设备分配IP地址和MAC地址，将其虚拟成普通的网络设备，使WIFI设备能够通过WIFI网络和网关访问蓝牙设备；同时，网关根据蓝牙协议为WIFI设备分配48位的蓝牙格式地址，使蓝牙设备能够通过微微网和网关访问WIFI设备。
网关完成为蓝牙设备虚拟MAC地址、IP地址和为WIFI设备虚拟蓝牙地址后，就建立了蓝牙设备与WIFI设备通信的基础。蓝牙-WIFI网关(15)结合蓝牙协议和WIFI网络协议适量修改网关机制。网关首先在原有的基础上修改路由表的表项。修改后路由表由两种类型组成，与蓝牙设备相对应的路由表表项由设备类型、蓝牙设备物理地址、蓝牙设备虚拟的MAC地址、蓝牙设备虚拟的IP组成；与WIFI设备相对的路由表表项由设备类型、WIFI设备MAC地址、WIFI设备IP地址、WIFI设备虚拟的蓝牙地址组成。
蓝牙-WIFI网关有了修改后的路由表表项，就能够实现蓝牙设备与WIFI设备、WIFI设备与蓝牙设备、蓝牙设备与蓝牙设备、WIFI设备与WIFI设备之间的数据传输：
蓝牙设备向WIFI设备传输数据，网关收到蓝牙设备数据包时，去掉数据包头及其它字符，从中取出净数据；然后根据TCP/IP数据包的格式和结合路由表中修改后的表项，加上TCP/IP包头，然后将再次封装的数据包发送到WIFI目标机。
WIFI设备向蓝牙设备传输数据，网关收到WIFI数据包时，剥离TCP/IP包头，按蓝牙协议标准和结合路由表中修改后的表项重新封装数据，然后将数据包发送到蓝牙设备。
蓝牙设备之间的数据传送，由于是同类设备之间的数据传输，所以不需要进行数据格式的转换，网关将收到的数据包直接转发到目标设备即可。
WIFI设备之间的数据传送，由于是同类设备之间的数据传输，所以不需要进行数据格式的转换，网关将收到的数据包直接转发到目标设备即可。
蓝牙通信和WIFI通信干扰问题的解决，蓝牙设备和WIFI设备的通信频段都在2.4GHz的ISM频段，所以有比较强的干扰。解决此干扰的方法有几种，但每一种方法都有其不足之处，所以此网关采用一种具有自学习的方案。网关能够根据通信的特点，从几各方法中选择一种最优的方法，以达到通信设备之间高速、稳定的通信。

Claims (6)

1.蓝牙-WIFI网关，其特征在于通过蓝牙-WIFI网关(2)实现蓝牙设备(1)与WIFI设备(3)通信。
2.蓝牙-WIFI网关，其特征在于硬件包括中央处理器(4)，中央处理器(4)是蓝牙网关的运算和控制核心。中央处理器(4)通过串口与蓝牙模块(5)相连，蓝牙模块(5)通过射频口与蓝牙天线(9)连接。蓝牙天线(9)用于收发无线信号。存储器RAM(8)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存放中央处理器(4)运行时的程序和数据。闪存FLASH(7)通过总线与中央处理器(4)相连，用于存储数据信息。中央处理器(4)通过另一个串口与WIFI模块(6)相连，同时，WIFI模块(6)与WIFI天线(10)相连，WIFI天线(10)用于收发无线信号。蓝牙模块(5)与蓝牙微微网(11)通过无线方式通信；WIFI模块(6)与WIFI网络(12)通过无线方式通信。
3.蓝牙-WIFI网关，其特征在于蓝牙-WIFI网关协议模型分为以下几层：与蓝牙对应的基带(Baseband)、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、蓝牙网络封装协议BNEP、服务发现协议(SDP)，和与WIFI设备(12)对应的协议是物理层Physical、数据链路层Datalink、网络层Network、传输层Transport；最上面是蓝牙-WIFI网关的路由层。
4.根据权利书3所述的蓝牙-WIFI网关，其特征在于根据网络协议为蓝牙设备分配IP地址和MAC地址，将其虚拟成普通的网络设备，使WIFI设备能够通过WIFI网络访问蓝牙设备；同时，根据蓝牙协议为WIFI设备分配48位的蓝牙地址，使蓝牙设备能够通过微微网和网关访问WIFI设备。
5.根据权利书4所述的蓝牙-WIFI网关，其特征在于结合蓝牙协议和网络协议适量修改网关机制。网关中的路由表表项由两种类型组成，与蓝牙设备相对应的路由表表项由设备类型、蓝牙设备物理地址、蓝牙设备的虚拟MAC地址、蓝牙设备的虚拟IP组成；与WIFI设备相对应的路由表表项由设备类型、WIFI设备MAC地址、WIFI设备IP地址、WIFI设备虚拟的蓝牙地址组成。
6.蓝牙-WIFI网关，其特征在于能够将蓝牙格式数据包转换成TCP/IP数据包，然后发送给WIFI设备；同时能够将TCP/IP数据包转换成蓝牙格式数据包，然后发送给蓝牙设备。
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