[信息与通信]蓝牙技术.ppt

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1、第4章(1)无线个域网之蓝牙技术,内容提要（框架）,4.1 概述4.2 IEEE802.15标准4.3 蓝牙技术简介4.4 蓝牙无线电规范4.5 蓝牙基带规范4.6 蓝牙链路管理器规范4.7 蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8 蓝牙服务发现协议,问题回顾,1.从层次上说明无线网络的体系结构?（返回）2.最常见的物理层接口标准?(返回)3.跳频的基本思想?（返回）4.WLAN的BSS中不通过AP站间是否可以直接通信（返回）?,4.1概述,无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN，简称无线个域网)技术就是一种满足个人应用需求的小范围无线连接、微小网自主

2、组网的通信技术,无线个域网技术,蓝牙(Blue Tooth)IrDA（国际红外数据协会）HomeRF（家用射频）UWB Zigbee 蓝牙与Zigbee 的技术基础蓝牙与Zigbee、UWB在数据率、功耗、成本、安全性、抗干扰方面的比较,4.2IEEE802.15标准,IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区域网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准,4.2.1 标准构成,802.15.1 蓝牙标准802.15.2 802.11和802.15开发共存的推荐规范802.15.3a UWB802.15.4 Zigbee,IEEE802.15协议体系结构(问题1),WLA

3、N与WPAN,4.3蓝牙技术简介,是IEEE802.15.1的基础1994年爱立信公司的一项研究，旨在在移动电话及其附件之间探求一种新的低功耗、低成本的空中接口1998年5月，5家公司联合成立蓝牙特殊兴趣小组(SIG)1999年7月SIG公布了蓝牙规范1.0版 1999年12月公布了蓝牙规范1.0b版2001年4月公布了1.1版2003年11月公布了1.2版本2004年8月公布了2.0版本,4.3.1 蓝牙技术的诞生与发展,蓝牙技术优点,(1)可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接(2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无绳通信)

4、等，引入身份识别后可以灵活地实现漫游(3)低功耗，对人体伤害小(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广,4.3.3 蓝牙标准文档构成,核心规范(core specifications):描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节概要规范(profile specifications):考虑使用蓝牙技术支持不同的应用每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型(Usage Model),4.3.4 蓝牙协议体系结构(问题2),核心协议(core protocol)形成五层栈（问题3）,(1)无线电(radio)确定包括频率、跳频的使用、调制编码和传输

5、功率在内的空中接口细节(2)基带(baseband)考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制(3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理器之间的链路控制和管理，其中包括诸如认证、加密等安全因素及基带分组大小的控制和协商,(4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层，L2CAP提供无连接和面向连接服务(5)服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询问设备信息、服务与

6、服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能RFCOMM、AT、TCS-BIN、接纳协议,4.3.5 应用模型,大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中本质上，一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性,文件传输,拨号联网,LAN接入,同步（个人消息）,无绳电话或内部通信（电话手机）,耳机,4.3.7 微微网和散布式网络（问题4）,蓝牙中的基本联网单元是一个微微网，它由一台主设备和17台活跃的从设备组成 一个微微网中的设备也可作为另一个微微网的一部分存在，并在每个微微网中，起从设备或主设备功能,这种形式的重叠被称为散布式网络(sc

7、atternet)跳频机制逻辑信道共享与干扰思考：对802.11是否存在干扰?,主/从关系,无线网络的配置,问题回顾,1.CDMA、时分复用、多路效应?（返回）2.跳频的主要目的?(返回)3.前向纠错的基本思路?（返回）,4.4蓝牙无线电规范（问题1）,国际上蓝牙的频率分配,蓝牙利用波段中的2.4 GHz波段；在大多数国家，此带宽足以定义79个1 MHz的物理信道,4.5蓝牙基带规范,4.5.1 跳频4.5.2 物理链路4.5.3 分组4.5.4 纠错4.5.5 逻辑信道4.5.6 信道控制4.5.7 蓝牙音频,4.5.1 跳频（问题2）,目的：(1)它阻碍干扰和多路效应(2)它为放置在不同微

8、微网中的设备提供多种接入的形式跳频 物理信道FH信道1600、0.625ms主设备蓝牙地址微微网蓝牙无线电通信规则：FH-TDD-TDMA分布网蓝牙无线电通信规则：FH-CDMA,4.5.2 物理链路（问题3）,面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主设备和一个单独从设备的点对点连接间分配固定的带宽在规则的间隔中，主设备通过使用预留的时隙维持SCO链路，预留的基本单位是两个连续的时隙(每个在各自的传输方向上)主设备能支持的并行SCO链路高达3个，而从设备能支持2或3个SCO链路SCO分组不重传，使用前向纠错适用,4.5.2 物理链路,异步

9、无连接(asynchronous connectionless，ACL)：主设备与微微网中所有从设备间的一条点对多点的链路在未预留给SCO链路的时隙中，主设备能与任一以单时隙为基础的从设备交换分组，包括已在SCO链路上的从设备只有单独的ACL链路可以存在大多数ACL分组使用分组重传，可以使用CRC、FEC（1/3、2/3）、HEC,4.5.3 分组（表4.5）,4.5.4 纠错,蓝牙使用三种纠错模式（表4.5）：(1)l/3比例的FEC(forward error correction，前向纠错)(2)2/3比例的FEC(3)ARQ(automatic repeat request，自动重发请

10、求),4.5.5 逻辑信道（不同类型的负荷）,(1)链路控制(link control，LC)(2)链路管理(link manager，LM)(3)用户异步(user asynchronous，UA)(4)用户等时(user isochronous，UI)(5)用户同步(user synchronous，US),4.5.6 信道控制,两个主要的状态：(1)维持(standy)：默认状态，这是一个低功率状态，只有一个本地时钟在工作(2)连接(connection)：设备作为主站或从站连到微微网 从站操作模式：active、sniff、hold、park,7个临时子状态,(1)寻呼(page)（D

11、AC的ID分组）(2)寻呼扫描(page scan)(3)主站响应(master response)（FHS分组）(4)从站响应(slave response)(5)查询(inquiry)(IAC的ID分组、FHS分组)(6)查询扫描(inquiry scan)(7)查询响应(inquiry response),状态转换图,问题回顾,1.LMP的主要功能（返回）?2.L2CAP的主要功能?(返回)3.SDP的主要功能?(返回),4.6蓝牙链路管理器规范（问题1）,LMP管理主站与从站间的无线电链路的各个方面协议涉及主站和从站的LMP实体间表现为LMP PDU形式的报文的交换报文总是作为单个分组

12、发送为LMP定义的过程被分为24个功能区，其中每个都涉及一个或多个报文的交换（表4.6）,4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议（问题2）,L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一个链路层协议，与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同L2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于更低层(基带层)L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路,4.7.1 L2CAP 信道,三种类型的逻辑信道：(1)无连接(connectionless)支持无连接服务每个信道是单向的，该信道类

13、型一般用于主站向多个从站广播(2)面向连接(connection-oriented)支持面向连接的服务每个信道是双向的(全双工)每个方向中定义一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范(3)信令(signaling)提供L2CAP实体问信令报文的交换,实例（CID）,L2CAP分组,4.7.3 信令命令（5类）,4.7.4 服务质量,L2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC 1363的通信流规范一个流规范是一套参数，指出发送站点试图达到的性能级别当被包含在配置请求中时，此选项描述了从发送请求设备发往接收请求设备的通信流当被包含在正配置响应中时，此选项从发送响应的设备

14、的观点描述了进入的通信流契约当被包含在负配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了优先进入的通信流,流规范参数组成,(1)服务类型（0、1、2）(2)令牌速率(字节/秒)(3)令牌桶的大小(字节)(4)带宽峰值(字节/秒)(5)等待时间(微秒)(6)时延变化(微秒),令牌桶图解,4.8蓝牙服务发现协议(问题3),在蓝牙规范提出之前，服务发现协议已经存在服务发现协议要解决的问题在蓝牙设备的无线网络中，本地设备发现、利用远端设备所提供的服务和功能，并向其它蓝牙设备提供自身的服务，这是网络资源共享的途径服务发现协议提供了服务注册的方法和访问服务发现数据库的途径SIG针对蓝牙网络灵活、动态的特点

15、，开发了蓝牙专用的服务发现协议,思考题,1.无线个域网主要包括哪些技术？并从数据率、功耗、成本、安全性、抗干扰方面比较蓝牙与Zigbee、UWB。2.IEEE802.15给出的无线个域网协议体系结构。3.蓝牙五层栈各层的主要功能。4.蓝牙应用模型的概念如何？给出主要的应用模型。5.蓝牙组网的两种基本方式？说明其跳频机制和接入机制。6.比较蓝牙的两种物理链路。,思考题,7.根据蓝牙的分组格式分析：（1）采用的ARQ机制。（2）逻辑信道。（3）纠错与检错方式。这些方式各应用于哪些分组？8.比较三种L2CAP 逻辑信道及相应的分组格式，并分析格式不同的原因。9.应用令牌桶分析蓝牙服务质量的相关流规范参数。,