物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)-文檔資料

1、1近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) Bluetooth技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)23.3 Bluetooth技術(shù)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述3.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu)3.3.3 Bluetooth應(yīng)用及產(chǎn)品33.3.1 Bluetooth技術(shù)概述 Bluetooth的來(lái)源的來(lái)源p 1998年5月愛(ài)立信、IBM、Intel、Nokia和東芝五家公司于聯(lián)合成立了Bluetooth（藍(lán)牙）特別興趣小組（Bluetooth Special Interest Group，BSIG），并制訂了短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)。p 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種短距離無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)利用短距離、

2、低成本的無(wú)線(xiàn)連接替代了電纜連接，從而為現(xiàn)存的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和小型的外圍設(shè)備提供了統(tǒng)一的連接。4藍(lán)牙技術(shù)能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話(huà)手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，以及這些設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線(xiàn)通信拓寬道路。 藍(lán)牙技術(shù)是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)拈_(kāi)放性規(guī)范，藍(lán)牙收發(fā)器的一般有效通信范圍為10米，強(qiáng)的可以達(dá)到100米左右。 Bluetooth的來(lái)源的來(lái)源3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述5（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的話(huà)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用一種靈活的無(wú)基站的組網(wǎng)方式。一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備

3、可同時(shí)與多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備相連，在有效通信范圍內(nèi)所有設(shè)備的地位都是平等的，具有相同的權(quán)限。首先提出通信要求的設(shè)備稱(chēng)為主設(shè)備（master），被動(dòng)進(jìn)行通信的設(shè)備稱(chēng)為從設(shè)備（slave）。3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)6（1 1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)利用時(shí)分多址（TDMA，Time Division Multi-access ），一個(gè)master最多可以同時(shí)與7個(gè)slave進(jìn)行通信。一個(gè)master與一個(gè)以上的slave構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)成為主從網(wǎng)絡(luò)（piconet），又稱(chēng)微微網(wǎng)。兩個(gè)以上的piconet之間存在著設(shè)備間的通信則構(gòu)成了散射網(wǎng)（scatternet）。3.3.

4、1 Bluetooth技術(shù)概述 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)7多個(gè)多個(gè) 藍(lán)牙設(shè)備組成的微微網(wǎng)藍(lán)牙設(shè)備組成的微微網(wǎng) Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述8 多個(gè)微微網(wǎng)組成的散射網(wǎng)多個(gè)微微網(wǎng)組成的散射網(wǎng) Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述9（2 2）系統(tǒng)組成）系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線(xiàn)單元、鏈路控制（硬件）、鏈路管理（軟件）和藍(lán)牙軟件（協(xié)議）等4個(gè)功能模塊組成，如圖所示。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述藍(lán)牙系統(tǒng)的組成藍(lán)牙系統(tǒng)的組成10天線(xiàn)部分體積小巧，屬于微帶天線(xiàn)。鏈路控制器（LC）的單元包括

5、3個(gè)集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外，還使用了單獨(dú)調(diào)諧元件。鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其他一些底層常規(guī)協(xié)議。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述11鏈路管理（LM）軟件模塊實(shí)現(xiàn)鏈路的建立、認(rèn)證及鏈路硬件配置等。鏈路管理器可發(fā)現(xiàn)其他鏈路管理器，并通過(guò)鏈路管理協(xié)議（LMP）建立通信聯(lián)系。LM提供的服務(wù)有： 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、請(qǐng)求名稱(chēng)、鏈路地址查詢(xún)、建立連接、鑒權(quán)、鏈路模式協(xié)商和建立、決定幀的類(lèi)型等。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述12（3 3）射頻特性）射頻特性藍(lán)牙設(shè)備的工作頻段選在全球通用的2.4G

6、Hz的ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，用戶(hù)可以在2400-2500MHz范圍內(nèi)選用適當(dāng)?shù)乃{(lán)牙無(wú)線(xiàn)電收發(fā)頻段。頻道采用23個(gè)或79個(gè)，頻道間隔均為1MHz，采用時(shí)分雙工方式。藍(lán) 牙 的 無(wú) 線(xiàn) 發(fā) 射 機(jī) 采 用 F M （ f r e q u e n c y modulation）調(diào)制方式，即以載波的瞬時(shí)頻率變化來(lái)表示信息,從而能降低設(shè)備的復(fù)雜性。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述13藍(lán)牙設(shè)備的最大發(fā)射功率分3個(gè)等級(jí)，100mW（20dBm），2.5mW（4dBm），1mW（0dBm)。藍(lán)牙設(shè)備之間的有效通信距離大約為10100m。（4 4）跳頻技術(shù)）跳頻技

7、術(shù)跳頻（FH，F(xiàn)requency Hopping）是指在接收或發(fā)送一分組數(shù)據(jù)后，即跳至另一頻點(diǎn)。對(duì)于單時(shí)隙包，藍(lán)牙的跳頻速率為1600跳/秒。對(duì)于多時(shí)隙包，藍(lán)牙的跳頻速率有所下降，但在建立鏈路時(shí)則提高為3200跳/秒。3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)14（4 4）跳頻技術(shù)）跳頻技術(shù)24 GHz頻段中還有80211b，HomeRF及微波爐、無(wú)繩電話(huà)等電子設(shè)備，為了與這些設(shè)備兼容，藍(lán)牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping），LBT（Listen Before Talk）、功率控制等一系列獨(dú)特的措施克服干擾，避免沖突。 Blueto

8、oth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述15（5 5）TDMATDMA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)TDMA（Time Division Multiple Access），即時(shí)分多址是把時(shí)間分割成周期性的幀(Frame)每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿(mǎn)足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混擾。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在給定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分并接收下來(lái)。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述16（5 5）TDMATDMA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)藍(lán)牙的數(shù)據(jù)

9、傳輸率為1Mbit/s，采用數(shù)據(jù)包的形式按時(shí)隙傳送，每時(shí)隙0.625s。藍(lán)牙系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)的同步定向聯(lián)接和非實(shí)時(shí)的異步不定向聯(lián)接，分別為SCO（Synchronous Connection Oriented Link）鏈路和ACL（Asynchronous Connectionless Link）鏈路。前者主要傳送話(huà)音等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息，后者則以數(shù)據(jù)為主。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述17（6 6）軟件的層次結(jié)構(gòu)）軟件的層次結(jié)構(gòu)藍(lán)牙的通信協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，其程序?qū)懺谝粋€(gè)9mm9mm的微芯片中。底層為各類(lèi)應(yīng)用所通用，高層則視具體應(yīng)用而有所不同，層次結(jié)構(gòu)具有很大

10、的通用性和靈活性。根據(jù)通信協(xié)議，各藍(lán)牙設(shè)備在任何地方都可以通過(guò)人工或自動(dòng)查詢(xún)來(lái)發(fā)現(xiàn)其他藍(lán)牙設(shè)備。3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)18（7 7）糾錯(cuò)技術(shù)）糾錯(cuò)技術(shù)藍(lán)牙系統(tǒng)的糾錯(cuò)機(jī)制分為前向糾錯(cuò)編碼（FEC）和包重發(fā)（ARQ），支持1/3率和2/3率FEC編碼。 FEC編碼方式的目的在于減少數(shù)據(jù)重發(fā)次數(shù)，但在無(wú)差錯(cuò)環(huán)境下，F(xiàn)EC方式會(huì)降低數(shù)據(jù)吞吐量。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述19（8 8）編碼安全）編碼安全在全球范圍內(nèi)，藍(lán)牙可應(yīng)用于任意的小范圍通信，每一藍(lán)牙設(shè)備，都可根據(jù)IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)得到一個(gè)唯一的48位的BD

11、-ADDR地址碼。在BD-ADDR基礎(chǔ)上，使用一些性能良好的算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設(shè)備識(shí)別碼（ID）在全球的唯一性藍(lán)牙技術(shù)在物理層、鏈路層、業(yè)務(wù)層3個(gè)層次上提供安全措施，充分保證通信的保密性。 Bluetooth的特點(diǎn)的特點(diǎn)3.3.1 Bluetooth技術(shù)概述20指 標(biāo) 類(lèi) 型 系 統(tǒng) 參 數(shù)工作頻段ISM頻段，2.4022.480GHz雙工方式全雙工，TDD時(shí)分雙工業(yè)務(wù)類(lèi)型支持電路交換和分組交換業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率異步信道速率同步信道速率1Mbit/s非對(duì)稱(chēng)連接為721kbit/s、57.6kbit/s，對(duì)稱(chēng)連接為432.6kbit/s，2.0+EDR規(guī)范支持更高的速率64kbit

12、/s，2.0+EDR規(guī)范支持更高的速率功率美國(guó)FCC要求小于0dBm（1mW），其他國(guó)家可擴(kuò)展為100mW跳頻頻率數(shù)79個(gè)頻點(diǎn)/MHz跳頻速率1600跳/秒工作模式PARK/HOLD/SNIFF數(shù)據(jù)連接方式面向連接業(yè)務(wù)（SCO），無(wú)連接業(yè)務(wù)（ACL）糾錯(cuò)方式1/3 FEC、2/3 FEC、ARQ等信道加密采用0位、40位和60位密鑰發(fā)射距離一般可達(dá)10cm10m，增加功率的情況下可達(dá)100m 藍(lán)牙規(guī)范公布的主要技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)藍(lán)牙規(guī)范公布的主要技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)213.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧22藍(lán)牙的協(xié)議體系分為四層：核心協(xié)議層、替代電纜協(xié)議層、電話(huà)控制協(xié)

13、議層和可選協(xié)議。（1 1）核心協(xié)議層）核心協(xié)議層 基帶（Baseband）、鏈路管理協(xié)議（Link Manag er Protocol，LMP）、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議 （Logical Link Control and Adaptation Proto col， L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Disco very Protocol，SDP） 3.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)23（2 2）替代電纜協(xié)議層）替代電纜協(xié)議層 串口仿真協(xié)議（RFCOMM）（3 3）電話(huà)控制協(xié)議層）電話(huà)控制協(xié)議層 二進(jìn)制電話(huà)控制規(guī)范（TCS Binary） AT指令（A

14、T command）3.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)24（4 4）可選協(xié)議）可選協(xié)議 點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）、用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議/傳輸控制 協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（UDP/TCP/IP）、對(duì)象交換協(xié)議（OBEX）、無(wú)線(xiàn)應(yīng)用協(xié)議（WAP）、無(wú)線(xiàn)應(yīng)用環(huán)境（WAE）、電子名片（vCard/vCal）、紅外移動(dòng)通 信（IrMC）3.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)25藍(lán)牙核心協(xié)議由SIG制定的藍(lán)牙指定協(xié)議組成，而其他協(xié)議則根據(jù)應(yīng)用的需要而定。下面主要介紹藍(lán)牙核心協(xié)議。 （1 1）基帶協(xié)議）基帶協(xié)議 基帶協(xié)議為兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙單元之間建立物理射頻連接

15、。 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)3.3.2 Bluetooth協(xié)議體系結(jié)構(gòu)26（2 2）鏈路管理協(xié)議（）鏈路管理協(xié)議（LMPLMP） 鏈路管理協(xié)議管理基帶層內(nèi)主從網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，負(fù) 責(zé)兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間的鏈路設(shè)置和控制,包括傳 遞驗(yàn)證和加密，管理鏈路密鑰。 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)27（3 3）邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（）邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAPL2CAP） 位于基帶協(xié)議之上，為低層的數(shù)據(jù)服務(wù)，向上層提供面向連接和無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)28（4 4）服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（）服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDPSDP） 使用SDP，可以查詢(xún)到設(shè)備和服務(wù)類(lèi)型，從而在藍(lán) 牙設(shè)備間建立相應(yīng)的連接。 協(xié)議

16、體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)293.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品藍(lán)牙SIG中定義了多種應(yīng)用模型，包括通用接入應(yīng)用模型、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)模型、無(wú)繩電話(huà)應(yīng)用模型、對(duì)講系統(tǒng)模型、串口應(yīng)用模型、耳機(jī)應(yīng)用模型、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型、傳真應(yīng)用模型、局域網(wǎng)接入應(yīng)用模型、通用對(duì)象交換應(yīng)用模型、對(duì)象推出應(yīng)用模型、文件傳送應(yīng)用模型、同步應(yīng)用模型、高質(zhì)量音頻視頻無(wú)線(xiàn)傳輸應(yīng)用模型、免提應(yīng)用模型、基本靜態(tài)圖像應(yīng)用模型等。 藍(lán)牙應(yīng)用模型藍(lán)牙應(yīng)用模型30串口應(yīng)用模型（串口應(yīng)用模型（Serial Port ProfileSerial Port Profile，SPPSPP）定義了藍(lán)牙設(shè)備如何使用RFCOMM來(lái)模擬一個(gè)串行電纜連接，包括

17、建立仿真串行鏈路的過(guò)程以及與串行仿真協(xié)議（RFCOMM）、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）、鏈路管理器協(xié)議（LMP）和鏈路控制層的互操作性要求。 藍(lán)牙應(yīng)用模型藍(lán)牙應(yīng)用模型3.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品31 藍(lán)牙應(yīng)用模型藍(lán)牙應(yīng)用模型3.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品串口應(yīng)用模型串口應(yīng)用模型SPP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)基帶LMPL2CAPRFCOMMSDP串口仿真實(shí)體應(yīng)用程序基帶LMPL2CAPRFCOMMSDP串口仿真實(shí)體應(yīng)用程序設(shè)備A設(shè)備B32設(shè)備A建立鏈路和設(shè)置虛擬串口連接的實(shí)現(xiàn)步驟：l使用服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議得到遠(yuǎn)端設(shè)備上應(yīng)用的RFCOMM服務(wù)器信

18、道號(hào)；l作為可選項(xiàng)，遠(yuǎn)端設(shè)備可以要求進(jìn)行自我鑒權(quán)，也可以采用加密；l請(qǐng)求與遠(yuǎn)端RFCOMM實(shí)體建立一條新的L2CAP信道；l在該L2CAP信道上啟動(dòng)一個(gè)RFCOMM會(huì)話(huà)進(jìn)程；l使用前面得到的RFCOMM服務(wù)器信道號(hào)在會(huì)話(huà)上建立新的數(shù)據(jù)鏈路連接。 藍(lán)牙應(yīng)用模型藍(lán)牙應(yīng)用模型3.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品33設(shè)備B接受鏈路和設(shè)置虛擬串口連接的實(shí)現(xiàn)步驟：l如果遠(yuǎn)端設(shè)備要求鑒權(quán)和加密，就要參與鑒權(quán)和加密過(guò)程；l接受請(qǐng)求建立L2CAP新信道；l在新建立的信道上建立RFCOMM會(huì)話(huà)；l在該RFCOMM進(jìn)程上接受一個(gè)新的數(shù)據(jù)鏈路的連接。 藍(lán)牙應(yīng)用模型藍(lán)牙應(yīng)用模型3.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品最后，設(shè)備B在本地SDP數(shù)據(jù)中注冊(cè)服務(wù)記錄。34市面上的藍(lán)牙產(chǎn)品主要包括藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙適配器、車(chē)載藍(lán)牙多媒體系統(tǒng)、車(chē)載藍(lán)牙電話(huà)、藍(lán)牙鍵盤(pán)和鼠標(biāo)、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)、藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)條碼掃描槍等。藍(lán)牙技術(shù)可以用來(lái)連接其他的無(wú)線(xiàn)設(shè)備、下載照片、進(jìn)行多人游戲，甚至可以進(jìn)行自動(dòng)存取款、訂票。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用涉及到居家、工作、娛樂(lè)等方面，為我們的生活帶來(lái)極大的便利，使得物物聯(lián)網(wǎng)的概念成為現(xiàn)實(shí)。3.3.3 Bluetooth的應(yīng)用及產(chǎn)品352010年7月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）宣布正式采納藍(lán)牙4.0核心規(guī)范，并啟