短距離無線通信-藍(lán)牙課件

3.2.13鏈路控制器協(xié)議這部分內(nèi)容包括：如何建立藍(lán)牙微微網(wǎng)、藍(lán)牙設(shè)備是如何加入微微網(wǎng)和如何從微微網(wǎng)釋放出來、散射網(wǎng)。3.2.13.1鏈路控制器狀態(tài)描述鏈路控制器使用的狀態(tài)包括三個主狀態(tài)：待機(jī)(standby)、連接(connection)、呼吸(park)狀態(tài)和七個子狀態(tài)：呼叫(page)、呼叫掃描(pagescan)、查詢(inquiry)、查詢掃描(inquiryscan)、主機(jī)響應(yīng)(masterresponse)、從機(jī)響應(yīng)(slaveresponse)、查詢響應(yīng)(inquiryresponse)。它們之間的連接具體如下圖所示：3.2.13.2連接狀態(tài)連接狀態(tài)是指連接已經(jīng)建立，數(shù)據(jù)分組可以雙向傳輸?shù)臓顟B(tài)。連接狀態(tài)初期，master發(fā)送輪詢(poll)分組來驗(yàn)證slaver是否切換到master定時和信道頻率上，slaver可以使用任何類型的分組進(jìn)行響應(yīng)。在連接狀態(tài)下，通信的主從設(shè)備都是使用主設(shè)備的接入碼和時鐘，跳頻方案采用信道跳頻序列。鏈路控制器使用斷開(detach)和復(fù)位(reset)指令從連接狀態(tài)離開。連接狀態(tài)有4種操作模式：激活(Active)、呼吸(Sniff)、保持(Hold)、休眠(Park)。3.2.13.2.1激活模式處于激活模式的設(shè)備參與微微網(wǎng)的正常通信。主設(shè)備定期發(fā)送指令使從設(shè)備與自己同步。處于激活狀態(tài)的從設(shè)備通過檢測主到從時隙發(fā)來的數(shù)據(jù)分組的激活成員地址，若與自己的匹配則接收數(shù)據(jù)，否則就進(jìn)入睡眠(Sleep)狀態(tài)。從設(shè)備可以根據(jù)分組類型，判斷分組占用的時隙數(shù)，從而在主設(shè)備預(yù)留的時間內(nèi)不必監(jiān)聽來降低功耗。3.2.13.2.2呼吸模式呼吸模式是一種節(jié)能模式，它通過減少從設(shè)備監(jiān)聽信道的時間來降低功耗。處于呼吸模式的從設(shè)備在建立了ACL鏈路后只在主到從的ACL時隙進(jìn)行監(jiān)聽。處于呼吸模式的主設(shè)備僅能在某些特定的時隙向某個從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。3.2.13.2.3保持模式保持模式是指處于連接狀態(tài)下的從設(shè)備暫時不使用ACL鏈路。保持模式可以騰出設(shè)備資源用于掃描、尋呼、查詢、加入其他微微網(wǎng)等操作。處于保持模式的從設(shè)備保留激活成員地址(AM_ADDR)，并且從設(shè)備還可以進(jìn)入低功耗的睡眠狀態(tài)。3.2.13.2.4休眠模式休眠模式是一種低功耗模式，處于休眠模式的從設(shè)備并沒有加入微微網(wǎng)，但卻和主設(shè)備保持信道同步。處于休眠模式的從設(shè)備放棄AM_ADDR，使用8位休眠成員地址(PM_ADDR)和8位接入請求地址(AR_ADDR)。主設(shè)備可以使用PM_ADDR或從設(shè)備的藍(lán)牙地址來解除休眠(Unpark)進(jìn)程。處于休眠模式的從設(shè)備可以用AR_ADDR發(fā)起解除休眠進(jìn)程。處于休眠模式的從設(shè)備周期性地醒來監(jiān)聽信道，以便進(jìn)行時鐘同步和檢測廣播消息。休眠模式可使主設(shè)備連接多個從設(shè)備(多于7個)，但在任何時候只能有7個激活從設(shè)備。利用PM_ADDR時可以有255個slaver,如利用BD_ADDR時slaver設(shè)備數(shù)會更多。3.2.13.2.5輪詢機(jī)制1)激活模式下進(jìn)行輪詢Master對微微網(wǎng)進(jìn)行全面控制，采用時分雙工TDD制，slaver只能同master通信。2)休眠模式輪詢

在休眠模式下，假如前一個主從時隙收到一個廣播分組，休眠的slaver允許在接入定時窗口發(fā)送接入請求。3.2.13.3待機(jī)狀態(tài)待機(jī)狀態(tài)是藍(lán)牙設(shè)備的缺省低功耗狀態(tài)，在此狀態(tài)下本地時鐘以低精度運(yùn)行。處于待機(jī)狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備可以轉(zhuǎn)到尋呼掃描狀態(tài)，對其他設(shè)備的尋呼進(jìn)行響應(yīng)，進(jìn)入連接狀態(tài)，成為從設(shè)備。處于待機(jī)狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備還可以轉(zhuǎn)到查詢狀態(tài)，完成一個成功的尋呼，進(jìn)入連接狀態(tài)，成為主設(shè)備。3.2.13.4接入過程1.查詢過程1）查詢掃描利用GIAC和DIAC兩種方式，前一種為查詢所有設(shè)備，DIAC為特定設(shè)備。使用32跳專用查詢跳頻序列，此序列由通用查詢地址決定，相位由本地時鐘決定，每隔1.28s變化一次。2）查詢響應(yīng)2.尋呼

主設(shè)備使用尋呼發(fā)起一個masterslaver連接。

3.尋呼響應(yīng)藍(lán)牙基帶收發(fā)定時要求：主設(shè)備發(fā)送分組的平均定時相對漂移不能超過20ppm,瞬時定時不能偏離平均定時1us。對應(yīng)不同的工作模式，藍(lán)牙采用不同的定時同步模式。3.2.14藍(lán)牙基帶跳頻選擇藍(lán)牙基帶跳頻選擇，是指藍(lán)牙主從設(shè)備在協(xié)商確定使用79個跳頻點(diǎn)的那一個，從而使收發(fā)雙方在某一時刻使用的是相同的頻率。跳頻選擇功能由頻率選擇模塊(FrequencySelectionModule,FSM)來完成，其組成框圖如下圖所示：藍(lán)牙跳頻頻率選擇模塊：3.2.14.1連接狀態(tài)的跳頻選擇處于連接狀態(tài)的微微網(wǎng)設(shè)備使用的跳頻序列叫作信道跳頻序列。連接狀態(tài)的跳頻選擇模塊的地址輸入由微微網(wǎng)主設(shè)備BD_ADDR的低28位組成。信道跳頻序列在一小段時間內(nèi)的跳頻頻點(diǎn)的分布是均勻的，從而滿足跳頻序列的偽隨機(jī)要求。3.2.14.2尋呼狀態(tài)的跳頻選擇尋呼跳頻序列位尋呼過程中使用的跳頻序列。在尋呼過程中，跳頻序列選擇模塊的地址輸入是尋呼掃描設(shè)備的BD_ADDR低28位。尋呼跳頻序列位一個均勻分布在跳頻頻點(diǎn)上的32個頻點(diǎn)序列，周期是32跳。3.2.14.3查詢狀態(tài)的跳頻選擇查詢跳頻序列是查詢過程中使用的跳頻序列。查詢過程中，跳頻選擇模塊使用的地址是主設(shè)備的地址。查詢跳變序列由均勻分布在79個跳頻頻點(diǎn)上的32個頻點(diǎn)組成。79跳系統(tǒng)的跳頻序列

跳頻序列頻點(diǎn)數(shù)跳頻選擇的地址輸入用途尋呼跳頻序列32個獨(dú)立激活頻率被尋呼設(shè)備地址用于尋呼發(fā)起方進(jìn)行尋呼尋呼響應(yīng)跳頻序列32個獨(dú)立激活頻率被尋呼設(shè)備地址用于尋呼響應(yīng)方進(jìn)行尋呼響應(yīng)查詢跳頻序列32個獨(dú)立激活頻率主設(shè)備的地址用于查詢發(fā)起方進(jìn)行查詢查詢響應(yīng)跳頻序列32個獨(dú)立激活頻率主設(shè)備的地址用于查詢響應(yīng)方進(jìn)行查詢響應(yīng)信道跳頻序列跳頻序列周期非常長28位主設(shè)備地址在連接狀態(tài)下進(jìn)行正常跳頻3.2.15藍(lán)牙基帶功率管理藍(lán)牙協(xié)議提供的降低功耗的方法有：分組處理：盡量減少數(shù)據(jù)通信時隙占用：占用少的時隙低功耗模式：Sniff、Hold、Park依次減少3.2.15.1分組處理為了降低功耗，收發(fā)雙方都必須把分組處理降到最低。發(fā)送方通過只發(fā)送有用的數(shù)據(jù)來降低功耗。接收方分組的處理過程分為以下幾個步驟：如果接收到的分組沒有有效接入碼，接受方的收發(fā)器回到睡眠狀態(tài)；否則就喚醒接收單元，處理分組頭；如果頭校驗(yàn)（HEC校驗(yàn)）未成功，接收單元又重新回到睡眠狀態(tài)。3.2.15.2時隙占用時隙占用的數(shù)目由分組類型來指示。主設(shè)備在發(fā)送多時隙分組時，第一個時隙中的數(shù)據(jù)就可以指名接收該分組的從設(shè)備激活成員地址AM_ADDR，其他未被指定的從設(shè)備將在該多時隙分組剩余的時隙內(nèi)保持睡眠狀態(tài)，以降低功耗。3.2.15.3低功耗模式藍(lán)牙設(shè)備有三種低功耗模式：呼吸(Sniff)模式、保持(Hold)模式和休眠(Park)模式，它們的功耗依次降低。3.3鏈路管理器(LinkManager,LM)協(xié)議藍(lán)牙鏈路管理器主要負(fù)責(zé)完成設(shè)備功率管理、鏈路質(zhì)量管理、鏈路控制管理、數(shù)據(jù)分組管理和鏈路安全管理五個方面的任務(wù)。藍(lán)牙設(shè)備用戶通過鏈路管理器可以對本地或遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備的鏈路情況進(jìn)行設(shè)置和控制，實(shí)現(xiàn)對鏈路的管理。3.3鏈路管理器(LinkManager,LM)協(xié)議點(diǎn)對點(diǎn)通信的一對藍(lán)牙設(shè)備中鏈路管理器的全局視圖如下圖所示：3.3.1鏈路管理器概述鏈路管理器的功能是對本地和遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備的鏈路性能進(jìn)行設(shè)置和管理。鏈路管理器的控制信息封裝在鏈路管理器協(xié)議數(shù)據(jù)單元中，鏈路管理器協(xié)議數(shù)據(jù)單元由ACL分組的有效載荷攜帶，通過單時隙的DM1分組或DV分組傳輸；接收方的鏈路管理器負(fù)責(zé)解釋ACL分組。鏈路管理器數(shù)據(jù)單元的信息的優(yōu)先級高于L2CAP分組甚至SCO分組，但是他們的交互卻是非實(shí)時的。允許最大延時30s3.3.1鏈路管理器概述鏈路管理器數(shù)據(jù)單元的格式和各字段的含義如下表所示：3.3.1鏈路管理器概述LMP_PDU中各個字段的含義如下：TID(TransactionID)：長度為一位，表示LMP_PDU的協(xié)商發(fā)起方(1代表主設(shè)備發(fā)起，0代表從設(shè)備發(fā)起)。OpCode：長度為7位，表示LMP_PDU的內(nèi)容類型。Content：長度為0～17字節(jié)，表示LMP_PDU的有效載荷(當(dāng)Content長度小于9字節(jié)時，LMP_PDU可以由DV分組承載)。3.3.1鏈路管理器概述藍(lán)牙鏈路管理器的協(xié)商過程如下圖所示：3.3.2鏈路管理器協(xié)議規(guī)范設(shè)備功率管理鏈路質(zhì)量管理鏈路控制管理數(shù)據(jù)分組管理3.3.2.1設(shè)備功率管理藍(lán)牙設(shè)備可以根據(jù)接收信號強(qiáng)度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator,RSSI)判斷鏈路的質(zhì)量，從而請求對方調(diào)整發(fā)射功率。處于連接狀態(tài)的設(shè)備可以調(diào)節(jié)自己的功率模式以工作于節(jié)能模式，藍(lán)牙設(shè)備的三種節(jié)能模式為：保持模式、呼吸模式和休眠模式。3.3.2.1.1保持模式(HoldMode)保持模式下的藍(lán)牙主從設(shè)備間的ACL鏈路可以在一段指定的保持時間內(nèi)不進(jìn)行ACL分組通信。處于保持模式的設(shè)備的行為不受保持信息控制，而由設(shè)備自身決定。處于保持模式的設(shè)備，SCO鏈路傳輸不受任何影響。進(jìn)入保持模式有三種方法：主設(shè)備強(qiáng)制從設(shè)備進(jìn)入進(jìn)入保持模式；從設(shè)備強(qiáng)制進(jìn)入保持模式；主設(shè)備或從設(shè)備請求進(jìn)入保持模式。3.3.2.1.2呼吸模式(SniffMode)呼吸工作模式有以下四個重要參數(shù)：呼吸間隔呼吸偏移呼吸嘗試呼吸超時主或從設(shè)備均可請求進(jìn)入呼吸模式。主或從設(shè)備均可請求從呼吸模式進(jìn)入激活模式。3.3.2.1.2呼吸模式參數(shù)介紹呼吸間隔：決定了呼吸時隙的長度。呼吸偏移：決定第一個時隙的時間。呼吸嘗試：決定了從呼吸時隙開始起從設(shè)備必須監(jiān)聽的時隙數(shù)。呼吸超時：決定了從設(shè)備在連續(xù)收到只包含自己AM_ADDR的分組的情況下必須監(jiān)聽的額外時隙數(shù)。3.3.2.1.3休眠模式從設(shè)備不需要加入信道但仍希望保持跳頻同步，就進(jìn)入休眠模式。在休眠模式中主設(shè)備定義了帶寬很窄的信標(biāo)(Beacon)，用以向所有休眠從設(shè)備周期性地發(fā)送廣播分組。從設(shè)備進(jìn)入休眠模式前，利用信標(biāo)信息中的定時參數(shù)決定何時醒來接收主設(shè)備的分組。進(jìn)入休眠模式有兩種方式：主設(shè)備請求從設(shè)備進(jìn)入休眠模式、從設(shè)備請求進(jìn)入休眠模式。主設(shè)備通過發(fā)送包含從設(shè)備的PM_ADDR或BD_ADDR的LMP廣播信息，解除從設(shè)備的休眠狀態(tài)發(fā)射功率控制

如果接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)與藍(lán)牙設(shè)備設(shè)定值相差太大，可以請求另一方設(shè)備的發(fā)射功率增加或減少?？稍诔晒Φ赝瓿梢淮位鶐ず暨^程后的任何時刻進(jìn)行。

3.3.2.2鏈路質(zhì)量管理鏈路服務(wù)質(zhì)量是由鏈路管理器管理的，鏈路管理器對ACL和SCO鏈路的質(zhì)量管理是分別進(jìn)行的。3.3.2.2.1ACL鏈路主設(shè)備使用LMP_Quality_of_ServicePDU強(qiáng)制從設(shè)備使用新的輪詢間隔和每一個廣播分組被重傳的次數(shù)。輪詢間隔用于控制帶寬的分配和等待時間。主設(shè)備或從設(shè)備可以使用LMP_Quality_of_Service_reqPDU請求新的輪詢間隔和每一個廣播分組被重傳的次數(shù)。3.3.2.2.2SCO鏈路建立和釋放SCO鏈路的幾種情況如下：主設(shè)備請求建立SCO鏈路；從設(shè)備請求建立SCO鏈路；主設(shè)備請求改變SCO參數(shù)；從設(shè)備請求改變SCO參數(shù)；主或從設(shè)備通過發(fā)送LMP_Remove_SCO_Link_ReqPDU請求釋放一個SCO鏈路。3.3.2.3鏈路控制管理鏈路控制管理包括設(shè)備尋呼、主從角色的轉(zhuǎn)換、時鐘和計(jì)時器設(shè)置、信息交換、連接的建立和鏈路釋放等功能的管理。3.3.2.3.1設(shè)備尋呼藍(lán)牙協(xié)議有強(qiáng)制和可選兩種尋呼方式。鏈路管理器協(xié)議提供了一個協(xié)商尋呼方式的方法，協(xié)商的結(jié)果可以保留到下次尋呼時使用。尋呼模式協(xié)商如下圖所示：3.3.2.3.1設(shè)備尋呼尋呼掃描模式協(xié)商如下圖所示：與協(xié)商尋呼模式類似，兩個藍(lán)牙設(shè)備可以相互協(xié)商下一次尋呼掃描的模式3.3.2.3.2主從角色轉(zhuǎn)換微微網(wǎng)中的主設(shè)備和從設(shè)備均可發(fā)起角色轉(zhuǎn)換的請求，其協(xié)商過程分別如下圖所示：3.3.2.3.3時鐘和計(jì)時器設(shè)置時鐘偏移請求：master發(fā)送請求，slaver回時間偏移量。時隙偏移信息：主從轉(zhuǎn)換的過程中