藍牙技術在語音室中的應用

張維維，何家峰(.長春師范大學，吉林長春 3003；.中國人民解放軍65304部隊，吉林長春 3006)

藍牙技術在語音室中的應用

張維維1，何家峰2
(1.長春師范大學，吉林長春 130032；2.中國人民解放軍65304部隊，吉林長春 130062)

語音訓練的關鍵是解決空間和時間受限制問題。藍牙技術是解決語音教學近距離通信問題的一種有效方法。在不需要新增網絡設備的情況下，構建藍牙語音室，利用藍牙技術構建一套不受時空限制的語言學習系統，能夠提高語音室的利用率，豐富教學內容，加強教學效果。

藍牙技術；藍牙語音室

語音室的基本功能是通過網絡協議向用戶終端傳送數據，實現音頻、視頻資料的交換，以及模擬音頻、視頻信號的數字化轉換[1]。藍牙技術作為一種的全球規范，以無線數據、語音通信為基礎，為手機、筆記本電腦、打印機、臺式電腦、鍵盤等設備之間建立一個連接。

1 藍牙技術概要

1.1 藍牙技術特點

藍牙數據傳輸遵循了隨時在一個主設備和多個從設備之間進行交互的原則。特點如下：(1)在免費頻段進行藍牙工作。藍牙跳頻快，數據包短，系統穩定。(2)藍牙標準規定通信距離最大值10米，通過增加發射功率增加通信距離，可達到100米[2]。(3)采用時分雙工通信方式實現全雙工傳輸。(4)藍牙無線鏈路采用跳頻擴頻技術，提高安全性和抗干擾能力。(5)藍牙技術在傳送數據前將數據分割成包，收到一條消息的所有數據包之后，再對數據包進行重排。在傳送語音前，預先建立專用信道，不用將消息分割成包，而是將其在專用信道進行傳輸。

1.2 藍牙拓撲結構

圖1 微網

藍牙系統的網絡拓撲結構有兩種：微網(圖1)和散射網(圖2)。兩個藍牙設備建立連接后，形成的個人區域網也被稱為微網，這種個人區域指語音室的網絡環境。微網不是局域網，它只是局域網的一部分，即藍牙的無線連接的部分。一個微網由1個主設備單元和多個從設備單元構成，設備單元的數目可達256個，其中至多有7個從設備單元能夠同時處于活動狀態。主從設備單元之間的關系是可以轉換的，從設備單元能轉換為主設備單元[2]，主設備單元也能轉換為從設備單元。不同的微網采用不同的跳頻序列，可以避免干擾。微網之間，既可以相互獨立，也可以特定的方式連接，構成散射網。

1.3 藍牙協議

藍牙協議體系中的協議，按藍牙技術聯盟的關注程度分為4層：核心層協議、電纜替代協議、電話傳送控制協議、選用協議。(1)核心層協議包含服務搜索、邏輯鏈路控制與適配、鏈路管理、基帶4個協議[2]。(2)電纜替代協議包含串行電纜仿真協議等。(3)電話傳送控制協議包含面向位的電話控制協議、AT命令集等。(4)選用協議包含點對點協議、用戶數據報協議、傳輸控制協議、網際協議、對象交換協議、無線應用協議、電子名片協議、電子日歷協議、紅外移動通信協議、無線應用環境協議等。

圖2 散射網

2 藍牙語音室功能簡介

目前的語音終端由各廠商自主研發，采用異步傳輸模式、TCP/IP協議，不同廠家的語音終端之間不兼容，操作系統不統一，主控機不兼容。隨著流媒體技術的飛速發展，流媒體傳輸不再是無線傳輸的瓶頸，個人移動設備、無線技術、藍牙語音室為教學創造了良好的教學環境[3]。

2.1 藍牙語音室的概念

藍牙語音室建立在有形語音室基礎上，通過對語音室中新增的藍牙設備等各種媒體信息設備重新組建，產生了無形語音室，因此藍牙語音室也叫虛擬語音室。“藍牙”是一種短距離的無線連接技術[3]，其方式是在各類設備中插入藍牙芯片而實現設備的藍牙無線連接[1]，以及語音和數據的接入、交換、處理。藍牙語音室利用短距離無線傳輸，將采用藍牙技術的各種設備連接構建成微網，能夠將知識展現得更加生動、形象，使知識表征方式多元化。

2.2 藍牙語言室的優點

2.2.1 無縫連接

藍牙技術作為無線連接領域中的一種開放性全球規范，具有低成本、近距離的特點。藍牙語音室是在藍牙技術基礎上構建的一種虛擬局域網，藍牙模塊的特點是體積小，將藍牙模塊嵌入到各種設備中，可以實現無縫連接[2]。

2.2.2 操作方便

藍牙網絡無需專業的無線接發設備，操作使用方便，將相同配置文件的一個藍牙設備連接到另一個藍牙設備上。

2.2.3 抗干擾能力強

運用藍牙技術工作頻段的無線電設備較多，設備間互相干擾，藍牙設備采用跳頻擴展頻譜的方式可以減少干擾。將工作頻段分為多個頻點，在某個頻點發送數據之后再跳到另一個頻點發送數據。

2.2.4 互動良好

利用藍牙語音室，為教師組織教學提供更大的自由空間，教師可以按不同規模、不同方式組織教學活動，實現教師和學生、學生與學生之間的一對一、一對多的互動教學[3]。

2.2.5 維護和更新方便

設備安裝藍牙模塊后通過藍牙技術進行數據傳輸。移動設備方便，增加設備也方便。

3 藍牙語音室的構建

交互式語音室的微網構成：將教師的電腦默認為該微網的主設備單元，主設備單元通過無線連接點接入校園網，負責藍牙跳頻序列的時鐘同步。設置其他電腦為從設備單元，從設備單元的藍牙跳頻序列的時鐘與主設備單元同步[3]。在交互式語音室中，所有電腦采用相同的藍牙跳頻序列。主設備單元控制從設備單元的起始頻率，從設備單元在主設備單元的控制下完成信道的占用。在主設備單元和從設備單元上裝有基于藍牙的USB接口無線網卡[4]。USB接口特點是接口速度快，支持即插即用，這正好符合藍牙擅長的點對點連接的特點，而且不需要用戶任何設置，做到“即插即用”。當人數超過7個時，采用散射網。藍牙語音室中教師和學生的互動過程為：在課前教師將授課材料裝入教師電腦(主設備單元)中，可以將授課材料投影在屏幕上，或把授課內容通過藍牙發送給從設備單元；在課上，主設備可以通過藍牙無線與從設備實時交流；在課后，主設備把問題發送給從設備。

藍牙技術聯盟制定藍牙技術的通信規范，在全球范圍內完全公開。藍牙工作頻段為免費的工業、科學、醫學頻段，即2.4 GHz頻段。藍牙技術1.0版本，最大數據傳輸速率為1 Mb/s，采用TDD傳輸，FM調制方式。藍牙語音室采用基于藍牙技術的網絡設備無線互聯組成小型個人局域網。學生可以使用帶有藍牙技術的設備(筆記本電腦、手機、個人數字助理設備、無線耳機等)隨時在藍牙語音室中進行自主學習。藍牙語音室的設備連接采用點對點的方式，設備安裝簡便、靈活。

藍牙語音室構建步驟如下：(1)微網構成。應用藍牙技術，微網的主設備單元執行尋呼并與從設備單元建立連接。主設備單元提供同步時鐘信號和跳頻序列。從設備單元與主設備單元的時鐘信號和跳頻同步，從設備單元的起始頻率和占用信道由主設備單元的控制。(2)散射網構成。在每個微網中，主設備單元和從設備單元裝有USB接口的藍牙無線網卡，當每組學生較多時，可采用多個微網構成散射網[2]。(3)藍牙自配置。藍牙語音室的拓撲結構采用微網或散射網，微網主單元是藍牙語音室中的一臺電腦，微網從單元是其他藍牙設備或外設。當增加設備時，只要確保設備在發射有效范圍內，藍牙無線連接外設，自動與計算機同步，并為計算機配置自己。(4)藍牙語音室的安裝。在現有局域網的基礎上安裝藍牙發射器，實現藍牙語音室與校園網的連接。藍牙語音室前端的入口是其他校園網節點的訪問點，這些節點均有已安裝藍牙設備的主單元。在藍牙語音室前端的出口直接安裝藍牙設備，能夠在有效范圍內收發從單元的信號[4]。藍牙語音室的前端可以接收任一設備申請的廣播，而其他從設備單元可以與主設備單元進行交互。

藍牙技術為語音室提供了一個多樣化的平臺，在這個平臺下的語言教學活動所需教學裝備成本低、功耗低，藍牙語音室為語言教學模式提供了新的方法。

[1]張宏偉,李彤明,蔣天發.基于校園網的藍牙語音室開發設計[J].武漢大學學報:工學版,2007(4):153-156.

[2]李平.藍牙技術及其在高校運動會中的應用[J].田徑,2004(11):54-55.

[3]郭亮.藍牙技術在語言教學中的應用[J].贛南師范學院學報,2013(6):113-114.

[4]金永賢.藍牙技術及其在校園網中的應用[J].微電子學與計算機,2003(5):110-112.

[5]陳佩珩,張文棟,王正言,等.基于藍牙技術的語音通信傳輸系統設計[J].計算機測量與控制,2013(2):499-501,511.

[6]張淑溢,王立奎,劉治文,等.一種教學用藍牙語音傳輸裝置的設計[J].科技信息,2012(6):114-115.

[7]袁曉慶.藍牙無線通信技術及其應用研究[J].中小企業管理與科技,2015(4):28-30.

The Application of Bluetooth Technology in the Language Lab

ZHANG Wei-wei1，HE Jia-feng2

(1.Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China; 2.No.65304 Troop of PLA, Changchun Jilin 130062, China)

The key problems of voice training is the space and time limited.As a kind of effective method,bluetooth technology can solve the problem of short range communication during phonetic teaching.The construction of bluetooth language labs is the use of bluetooth technology in the condition of no need to add network equipments. Using the bluetooth technology to build a language learning system without being limited by the space and time can improve the utilization of language lab, enrich the teaching content, and improve teaching effect.

bluetooth technology; bluetooth language lab

2017-03-11

長春師范大學2016年實驗教學改革項目。

張維維(1979- )，女，實驗師，博士研究生，從事計算機應用技術與無線網絡研究。

TP393

A

2095-7602(2017)06-0063-03