第5講 短距離無線通信技術

1物聯(lián)網(wǎng)工程概論電子信息系2短距無線通信概述RFID技術ZigBee技術藍牙（BlueTooth）技術WiFi技術超寬帶（UWB）技術3短距無線通信概述短距離無線通信技術：指作用距離在毫米級到千米級的，局部范圍內(nèi)的無線通信技術。涵蓋近場通信（NearFieldCommunication，NFC，作用距離為厘米級）無線個域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetworks，WPAN，作用距離10m級）無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN，作用距離100m級無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetworks，WSN，作用距離為數(shù)百米至千米級）。4品種繁多，應用范圍極廣：通信速率：從幾Kb/s～幾Gb/s；(RFID/WPAN)通信模式：點對點（紅外）點對多點（藍牙）網(wǎng)狀（ZigBee）通信介質：紅外線(IrDA)、可見光(VLC)；通信對象：人體（體域網(wǎng)WBAN）車輛（車聯(lián)網(wǎng)VAN）5低功耗。便攜性和移動性，避免相互干擾。低成本。消費電子領域，使用量大。多在室內(nèi)環(huán)境下應用。使用ISM頻段。通用性和民用性，免許可證。電池供電。小型化，移動性。共性特點基本要求決定因素6WiFi7RFID技術通信距離一般≤30米通信速率通信速率26Kbps（低頻）。實現(xiàn)每秒30個對象的識別，對付最大速度為1m/s的運動目標。低頻（125kHz）、高頻（915MHz）、超高頻（2.45GHz）工作頻率8ZigBee技術“ZigBee”一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳“ZigZag”形舞蹈來相互告知，達到交換信息目的。一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網(wǎng)絡技術，主要用于自動控制領域，滿足小型廉價設備的聯(lián)網(wǎng)和控制。9ZigBee是IEEE802.15.4技術的商業(yè)名稱，其前身是“HomeRFlite”技術。10按照網(wǎng)絡覆蓋的地理范圍分為無線廣域網(wǎng)（WWAN）、無線城域網(wǎng)（WMAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線個域網(wǎng)（WPAN）11122001年8月，ZigBeeAlliance成立。2004年，ZigBeeV1.0誕生。它是Zigbee規(guī)范的第一個版本。由于推出倉促，存在一些錯誤。2006年，推出ZigBee2006，比較完善。2007年底，ZigBeePRO推出。2009年3月，ZigbeeRF4CE推出，具備更強的靈活性和遠程控制能力。ZigBee起源：13802.15.4/ZigBee是無線傳感網(wǎng)領域最為著名的無線通信協(xié)議ZigBee主要定義了網(wǎng)絡層以及之上的應用層的規(guī)范802.15.4主要定義了短距離通信的物理層以及鏈路層規(guī)范ZigBee基于IEEE802.15.4標準（802.15.4僅僅定義了物理層和MAC層），由ZigBee聯(lián)盟在IEEE802.15.4協(xié)議上定義了網(wǎng)絡層和應用層而形成，用于構建無線個域網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡IP地址MAC地址14物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層應用層比特流傳輸提供介質訪問、鏈路管理等尋址和路由選擇建立主機端到端連接建立、維護和管理會話處理數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)加密等提供應用程序間通信OSI參考模型IP地址MAC地址15InternetGPRSZigbee協(xié)調器Zigbee協(xié)調器Zigbee傳感節(jié)點Zigbee傳感節(jié)點16ZigBee的拓撲結構17路由（routing）就是通過互聯(lián)的網(wǎng)絡把信息從源地址傳輸?shù)侥康牡刂返幕顒印Ｂ酚砂l(fā)生在OSI網(wǎng)絡參考模型中的第三層即網(wǎng)絡層。作成硬件的話，則稱為路由器。節(jié)點是網(wǎng)絡任何支路的終端或網(wǎng)絡中兩個或更多支路的互連公共點，通信傳送網(wǎng)絡中的節(jié)點，是信號的交叉連接點，是業(yè)務分插交匯點，是網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的切入點，是信號功率的放大點和傳輸中的數(shù)字信號的再生點。18低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設備：全功能設備（FFD）和精簡功能設備（RFD）。其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之間是無法通信的。RFD的應用相對簡單，例如在傳感器網(wǎng)絡中，它們只負責將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調點，并不具備數(shù)據(jù)轉發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護等功能。RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。

在一個ZigBee網(wǎng)絡中，至少存在一個FFD充當整個網(wǎng)絡的協(xié)調器，即PAN協(xié)調器，ZigBee中也稱作ZigBee協(xié)調器。一個ZigBee網(wǎng)絡只有一個PAN協(xié)調器。通常，PAN協(xié)調器是一個特殊的FFD，它具有較強大的功能，是整個網(wǎng)絡的主要控制者，它負責建立新的網(wǎng)絡、發(fā)送網(wǎng)絡信標、管理網(wǎng)絡中的節(jié)點以及存儲網(wǎng)絡信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡。此外，普通FFD也可以在它的個人操作空間（POS）中充當協(xié)調器（路由），但它仍然受PAN協(xié)調點的控制。ZigBee中每個協(xié)調點最多可連接255個節(jié)點，一個ZigBee網(wǎng)絡最多可容納65535個節(jié)點。

19網(wǎng)絡協(xié)調器包含所有的網(wǎng)絡信息，是三種設備當中最復雜的一種，存儲容量最大，計算能力最強。發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立一個網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡節(jié)點、存儲網(wǎng)絡節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點中的路由信息、不斷地接收信息。20全功能設備可以擔任網(wǎng)絡協(xié)調者，形成網(wǎng)絡，讓其它的FFD或是RFD連接，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息的雙向傳輸。附帶由標準的全部802.15.4功能和所有特征。更多的存儲器，計算能力可使其空閑時起網(wǎng)絡路由器作用。也可用作終端設備。21精簡功能設備RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。附帶有限的功能來控制成本和復雜性。在網(wǎng)絡中通常用作終端設備。RFD由于省掉了內(nèi)存和其它電路，降低了部件的成本。22星型樹型在星型拓撲結構中，所有的終端設備只和協(xié)調器之間進行通信，協(xié)調器作為發(fā)起設備，協(xié)調器一旦被激活，它就建立一個自己的網(wǎng)絡，并作為PAN協(xié)調器。路由設備和終端設備可以選擇PAN標識符加入網(wǎng)絡。樹型網(wǎng)絡由一個協(xié)調器和多個星型結構連接而成，設備除了能與自己的父節(jié)點或子節(jié)點互相通信外，其他只能通過網(wǎng)絡中的樹型路由完成通信；在樹型網(wǎng)絡中，由協(xié)調器發(fā)起網(wǎng)絡，路由器和終端設備加入網(wǎng)絡。

23拓撲結構網(wǎng)狀型網(wǎng)狀型網(wǎng)絡是在樹型網(wǎng)絡的基礎上實現(xiàn)的。與樹狀網(wǎng)絡不同的是，它允許網(wǎng)絡中所有具有路由功能的節(jié)點互相通信，由路由器中的路由表完成路由查尋過程

。在網(wǎng)狀型網(wǎng)絡中，每個設備都可以與在無線通信范圍內(nèi)的其他任何設備進行通信。

24星形結構——整個網(wǎng)絡由一個網(wǎng)絡協(xié)調器來控制，是一種常用且適用于長期運行使用操作的網(wǎng)絡。網(wǎng)狀結構——是一種高可靠性監(jiān)測網(wǎng)絡，協(xié)調器負責啟動網(wǎng)絡以及選擇關鍵的網(wǎng)絡參數(shù)。

簇樹結構——是星形和網(wǎng)狀形的混合型拓撲網(wǎng)絡，結合了兩種拓撲結構的優(yōu)點。25ZigBee網(wǎng)絡設備比較26ZigBee的協(xié)議架構27物理層訪問接口

物理層數(shù)據(jù)服務訪問接口，簡稱PD-SAP，PD-SAP負責物理層和MAC層之間提供數(shù)據(jù)服務。物理層管理服務訪問接口，簡稱PLME-SAP，PLME-SAP除了負責在物理層和MAC層之間傳輸管理服務之外，還負責維護物理層PAN信息庫；物理層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從MAC層到物理層的無線信道接口。zigbee物理層結構模型28

IEEE802.15.4中兩個不同的物理層ZigBee物理層868MHz/915MHz物理層通道0通道1~10868.3MHz902.0MHz928.0MHz2.4GHz2.4835GHz通道11~262.4GHz物理層29工作頻率范圍/MHz頻段類型國家和地區(qū)868～868.6ISM歐洲902～928ISM北美2400～2483.5ISM全球各個國家和地區(qū)ZigBee頻率工作范圍頻段（MHz）擴展參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)碼片速率（kchip/s）調

制比特速率

（kbit/s）符號速率

（kBaud/s）符號868～868.6300BPSK2020二進制902～928600BPSK4040二進制2400～2483.52000O-QPSK25062.516相正交ISM免執(zhí)照的工業(yè)科學醫(yī)療30ZigBee共定義了27個物理信道，其中，868MHz頻段定義了一個信道；915MHz頻段附近定義了10個信道，信道間隔為2MHz；2.4GHz頻段定義了16個信道，信道間隔為5MHz。具體信道分配如下表：其中，理論上，在868MHz的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kb/s；在915MHz的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為40Kb/s；在2.4GHz的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kb/s。信道編號中心頻率/MHz信道間隔/MHz頻率上限/MHz頻率下限/MHzK=0868.3868.6868.0K=1,2,3,…,10906+2(k-1)2928.0902.0K=11,12,13,…,262401+5(k-11)52483.52400.031物理層數(shù)據(jù)包格式4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)變量前同步碼幀定界符幀長度（7位）預留位（1位）PSDU同步包頭物理層包頭物理層凈荷同步包頭用于獲取符號、擴頻碼、幀同步。也有助于粗略的頻率調整。

物理層包頭指示的是凈電荷部分的長度。

物理層凈電荷部分含有MAC層數(shù)據(jù)包，凈荷部分最大程度不超過127字節(jié)。32ZigBee數(shù)據(jù)鏈路層IEEE802系列把數(shù)據(jù)鏈路層分成LLC（邏輯鏈路控制）和MAC（媒體訪問控制）兩個子層。LLC子層主要功能是進行數(shù)據(jù)包的分段與重組以及確保數(shù)據(jù)包按順序傳輸。MAC子層的功能包括設備間無線鏈路的建立、維護和斷開，確認模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗與快速自動請求重發(fā)（ARQ），預留時隙管理以及廣播信息管理等，幀結構如圖所示33幀控制域指明了MAC幀的類型，地址域的格式及是否需要接收方確認等控制信息。幀序號域包含了發(fā)送方對幀的順序編號，用于匹配確認。地址域采用的尋址方式可以是64位IEEEMAC地址或8位的zigbee網(wǎng)絡地址。FCS用于接收方判斷該數(shù)據(jù)是否正確。2字節(jié)1字節(jié)0/2字節(jié)0/2/8字節(jié)0/2字節(jié)0/2/8字節(jié)可變2字節(jié)幀控制序列號目的PAN標示符目的地址源PAN標示符源地址幀載荷FCSMHR（MAC層幀頭）MAC載荷MFRMAC層數(shù)據(jù)包格式34它具有四種不同的幀形式，即信標幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和命令幀。信標幀MPDU由MAC子層產(chǎn)生。在信標網(wǎng)絡中，協(xié)調器通過向網(wǎng)絡中的所有從設備發(fā)送信標幀，以保證這些設備能夠同協(xié)調器進行同步（同步工作和同步休眠），以達到網(wǎng)絡功耗最低（非信標模式只允許ZE進行周期性休眠，ZC和所有ZR必須長期處于工作狀態(tài)）。其幀結構如下圖所示。35數(shù)據(jù)幀由高層（應用層）發(fā)起，在ZigBee設備之問進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由應用層生成，經(jīng)過逐層數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給MAC層，形成MAC層服務數(shù)據(jù)單元(MSDU)。通過添加MAC層幀頭信息和幀尾，便形成了完整的MAC數(shù)據(jù)幀MPDU，其幀結構如下圖所示。36應答幀由MAC子層發(fā)起。為了保證設備之問通信的可靠性，發(fā)送設備通常要求接收設各在接收到正確的幀信息后返回一個應答幀，向發(fā)送設備表示已經(jīng)正確的接收了相應的信息。其幀結構如下圖所示。MAC子層應答幀由MHR和MFR組成。MHR包括MAC幀控制域和數(shù)據(jù)序列號；MFR由16bit的FCS組形成。37MAC命令幀由MAC子層發(fā)起。在ZigBee網(wǎng)絡中，為了對設備的工作狀態(tài)進行控制，同網(wǎng)絡中的其他設備進行通信，MAC層將根據(jù)命令類型生成相應的命令幀。其幀結構如下圖所示。38zigbee網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層的基本功能：◆網(wǎng)絡維護；◆網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受；◆路由的選擇以及廣播通信網(wǎng)絡層參考模型

網(wǎng)絡層的主要功能是提供一些必要的函數(shù)，確保zigbee的MAC層正常工作。并為應用層提供合適的服務接口、包括數(shù)據(jù)服務和管理服務。39NLDE-SAP網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體網(wǎng)絡層管理實體MCPS-SAPMLME-SAPNLME-SAP上層實體MAC層實體40網(wǎng)絡層內(nèi)部由兩部分組成，分別是網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體（NLDE）和網(wǎng)絡層管理實體（NLME）

網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體通過訪問服務接口NLDE-SAP為上層提供數(shù)據(jù)服務

網(wǎng)絡層管理實體通過訪問服務接口NLME-SAP為上層提供網(wǎng)絡層的管理服務，另外還負責維護網(wǎng)絡層信息庫

網(wǎng)絡層參考模型41網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體提供如下服務：生產(chǎn)網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）；指定拓撲傳輸路由。安全網(wǎng)絡層管理實體提供如下服務：配置一個新的設備；初始化一個網(wǎng)絡；連接和斷開網(wǎng)絡；路由發(fā)現(xiàn)；鄰居設備發(fā)現(xiàn)；接受控制。42ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層幀結構：即網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)0/8字節(jié)0/8字節(jié)0/1字節(jié)變長變長幀控制目的地址源地址廣播半徑域廣播序列號IEEE目的地址IEEE源地址多點傳送控制源路由幀幀的有效載荷網(wǎng)絡層幀報頭網(wǎng)絡層的有效載荷幀結構組成網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）結構由網(wǎng)絡層幀報頭和網(wǎng)絡層的有效載荷兩部分組成。

幀報頭包含幀控制、地址信息、廣播半徑域、廣播序列號、多點傳送控制等信息幀報頭幀有效載荷的長度是可變的，包含的是上層的數(shù)據(jù)單元信息

幀有效載荷43幀結構幀控制子域幀類型幀類型子域占2位，00表示數(shù)據(jù)幀，01表示命令幀，10~11保留

協(xié)議版本協(xié)議版本子域占4位，為Zigbee網(wǎng)絡層協(xié)議標準的版本號，在Zstack-CC2530-2.5.1A中版本號為2發(fā)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)路由子域占2位，00表示禁止路由發(fā)現(xiàn)，01表示使能路由發(fā)現(xiàn)，10表示強制路由發(fā)現(xiàn)，11保留

廣播標記廣播標記占1位，0表示為單播或者廣播，1表示組播

安全安全子域占1位，當該幀為網(wǎng)絡層加密時，安全子域的值為1，當未加密時，值為0

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幀結構幀控制子域源路由源路由子域占1位，1表示源路由子幀在網(wǎng)絡報頭中存在。如果源路由子幀不存在，則源路由子域值為0。IEEE目的地址IEEE目的地址為1時，網(wǎng)絡幀報頭包含整個IEEE目的地址

IEEE源地址IEEE源地址為1時，網(wǎng)絡幀報頭包含整個IEEE源地址45ZigBee的特點低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。低成本。通過大幅簡化協(xié)議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求。以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元。低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。近距離。相鄰節(jié)點間傳輸距離一般介于10～100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到1～3km。通過增加路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。46短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi需要3s。高容量。ZigBee可采用星狀、簇樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用訪問控制清單(AccessControlList,ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段，915MHz(美國),868MHz(歐洲),2.4GHz(全球)。47ZigBee應用家庭自動化48人員定位49遠程抄表50Zigbee節(jié)點Zigbee協(xié)調器控制邏輯智能交通51GPRSPLMN工業(yè)控制護士站Zigbee節(jié)點智能醫(yī)療52藍牙技術藍牙的來歷英文：Bluetooth代表一種短距離無線通信技術“藍牙”（Bluetooth）一詞來自一位丹麥國王的名字（HaraldBlatand，英文HaroldBluetooth），在10世紀他將當時的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用“藍牙”來命名這種短距離無線通信技術標準，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。通過這種技術，可以將電子裝置彼此通過無線連接起來，省去了傳統(tǒng)的電線。1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商聯(lián)合提出（IEEE802.15）。藍牙標準的發(fā)展V1.1(1991年)V1.2V2.1(2004年)V2.2V3.0(2009年)V4.0(2010年)藍牙標準的發(fā)展V1.1(1998年):

為最早期版本，傳輸率約在748~810kb/s，因是早期設計，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質量。V1.2:

748~810kb/s的傳輸率，增加了(改善

Software)抗干擾跳頻功能。V2.1(2004年):改善了裝置配對流程，短距離的配對方面，具備了在兩個支持藍牙的手機之間互相進行配對與通訊傳輸?shù)腘FC（NearFieldCoMMunication）機制。具備更佳的省電效果。V3.0(2009年):核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP)，這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協(xié)議棧針對任一任務動態(tài)地選擇正確射頻。傳輸速率更高，功耗更低。V4.0(2010年):

包括三個子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術。藍牙

4.0的改進之處主要體現(xiàn)在三個方面，電池續(xù)航時間、節(jié)能和設備種類上。有效傳輸距離也有所提升，為60M。55多個藍牙設備組成的微微網(wǎng)多個微微網(wǎng)組成的散射網(wǎng)56藍牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（硬件）、鏈路管理（軟件）和藍牙軟件（協(xié)議）等4個功能模塊組成天線部分體積小巧，屬于微帶天線鏈路控制器（LC）的單元包括3個集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器鏈路管理（LM）包括：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、請求名稱、鏈路地址查詢、建立連接、鑒權、鏈路模式協(xié)商和建立、決定幀類型等57藍牙設備的工作頻段選在全球通用的2.4GHz的ISM（工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。頻道采用23個或79個，頻道間隔均為1MHz藍牙的無線發(fā)射機采用FM調制方式，降低設備的復雜性。最大發(fā)射功率分為3個等級，100mW（20dBm），2.5mW(4dBm)，1mW（0dBm），有效通信距離為10～100m采用跳頻技術，在接收或發(fā)送一分組數(shù)據(jù)后，即跳至另一頻點采用時分雙式TDMA技術，數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbit/s，采用數(shù)據(jù)包的形式按時隙傳送，每時隙0.625μs支持實時同步定向聯(lián)接（SCO鏈路）和非實時異步不定向聯(lián)接（ACL鏈路）。SCO主要傳送話音等實時性強的信息，ACL則以數(shù)據(jù)為主藍牙系統(tǒng)的糾錯機制分為前向糾錯編碼（FEC）和包重發(fā)（ARQ），支持1/3率和2/3率FEC編碼58指標類型系統(tǒng)參數(shù)工作頻段ISM頻段，2.402～2.480GHz雙工方式全雙工，TDD時分雙工業(yè)務類型支持電路交換和分組交換業(yè)務數(shù)據(jù)速率異步信道速率同步信道速率1Mbit/s非對稱連接為721kbit/s、57.6kbit/s，對稱連接為432.6kbit/s，2.0+EDR規(guī)范支持更高的速率64kbit/s，2.0+EDR規(guī)范支持更高的速率功率美國FCC要求小于0dBm（1mW），其他國家可擴展為100mW跳頻頻率數(shù)79個頻點/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（SCO），無連接業(yè)務（ACL）糾錯方式1/3FEC、2/3FEC、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10cm～10m，增加功率的情況下可達100m藍牙系統(tǒng)主要技術指標和工作參數(shù)59藍牙的協(xié)議棧藍牙的協(xié)議體系分為四層：核心協(xié)議層、替代電纜協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和可選協(xié)議另外，在基帶控制器、鏈路控制器以及訪問硬件狀態(tài)和控制寄存器提供主機命令接口60基帶協(xié)議：基帶協(xié)議為兩個或多個藍牙單元之間建立物理射頻連接鏈路管理協(xié)議（LMP）：鏈路管理協(xié)議管理基帶層內(nèi)主從網(wǎng)絡的運行，負責兩個或多個設備之間的鏈路設置和控制，包括傳遞驗證和加密，管理鏈路密鑰邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）：位于基帶協(xié)議之上，為低層的數(shù)據(jù)服務，向上層提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)服務服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）：使用SDP，可以查詢到設備和服務類型，從而在藍牙設備間建立相應的連接核心協(xié)議616263藍牙技術的特點

藍牙是一種短距無線通信的技術規(guī)范，它最初的目標是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動電話等各種數(shù)字設備上的有線電纜連接。在制定藍牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標，向全球公開發(fā)布，工作頻段為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)學（Industrial,

Scientific

and

Medical,

ISM）頻段。從目前的應用來看，由于藍牙體積小、功率低，其應用已不局限于計算機外設，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設備之中，特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設備和便攜設備。藍牙技術的特點可歸納為如下幾點：

藍牙技術的特點很好的抗干擾能力和安全性可建立臨時對等連接全球范圍適用同時傳輸語音數(shù)據(jù)近距離通信功耗低體積小藍牙技術特點藍牙工作在2.4GHz的

ISM頻段，全球大多數(shù)國家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz。藍牙采用電路交換和分組交換技術，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時傳輸?shù)男诺?。主設備是組網(wǎng)連接主動發(fā)起連接請求的藍牙設備，幾個藍牙設備連接成一個皮網(wǎng)（Piconet）時，其中只有一個主設備，其余的均為從設備。藍牙采用了跳頻（Frequency

Hopping）方式來擴展頻譜，抵抗來自這些設備的干擾。提供了認證和加密功能，以保證鏈路級的安全。藍牙設備在通信連（Connection）狀態(tài)下，有四種工作模式：激活（Active）模式，呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式，休眠（Park）模式，Active

模式是正常的工作狀態(tài)，另外三種模式是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。

藍牙技術通信距離為10m,可根據(jù)需要擴展至100m，以滿足不同設備的需要。藍牙系統(tǒng)的組成藍牙系統(tǒng)之天線單元系統(tǒng)組成描述了鏈路控制器，實現(xiàn)了基帶協(xié)議和其他的底層連接規(guī)程-媒體接入控制(MAC)-差錯控制-認證與加密鏈路管理器（LM）軟件實現(xiàn)鏈路的建立認證及鏈路配置等-通過連接管理協(xié)議（LMP）建立通信聯(lián)系。-LM利用鏈路控制器（LC）提供的服務實現(xiàn)上述功能。天線發(fā)射功率符合FCC關于ISM波段的要求。-發(fā)射功率：100mW-跳頻速率：1600跳/秒藍牙規(guī)范是為個人區(qū)域內(nèi)的無線通信制定的協(xié)議，它包括兩部分：核心（Core）部分和協(xié)議子集（Profile）部分。協(xié)議棧仍采用分層結構，分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸,跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸,連接的建立和釋放,鏈路的控制,數(shù)據(jù)的拆裝等功能。藍牙系統(tǒng)的技術特點-1工作在2.45GHz頻段射頻特性收發(fā)機配置符合IEEE802標準48位地址數(shù)據(jù)頻率為1Mb／s使用擴頻和跳頻技術，噪音環(huán)境也能工作工作范圍約10m，可加至100m藍牙系統(tǒng)的技術特點-2在1.0B版本的標準中，藍牙的基帶符號速率為1Mb/s，采用數(shù)據(jù)包的形式按時隙傳送，每時隙0.625ms，不排除將來采用更高的符號速率。藍牙支持64kb/s的實時語音傳輸和各種速率的數(shù)據(jù)傳輸，語音編碼采用對數(shù)PCM或連續(xù)可變斜率增量調制（CVSD，ContinuosVariableSlopeDeltaModulation）。語音和數(shù)據(jù)可單獨或同時傳輸。當僅傳輸語音時，藍牙設備最多可同時支持3路全雙工的話音通信；當語音和數(shù)據(jù)同時傳輸或僅傳輸數(shù)據(jù)時，支持433.9kb/s的對稱全雙工通信，或723.2kb/s、57.6kb/s的非對稱雙工通信，后者特別適合無線訪問Internet。另外，還采用CRC(CyclicRedundancyCheck)、FEC(ForwardErrorCorrection)及ARQ(AutomaticRepeatRequest)以提高通信的可靠性。TDMA結構藍牙系統(tǒng)的技術特點-3Addyourtitleinhere跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道（hopchannel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術上叫做"偽隨機碼"，就是"假"的隨機碼）不斷地從一個信道"跳"到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術使這個窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。跳頻是藍牙使用的關鍵技術之一。對應于單時隙包，藍牙的跳頻速率為1600跳每秒，對應于多時隙包，跳頻速率有所降低；但在建鏈時(包括尋呼和查詢)則提高為3,200跳每秒。使用這樣高的跳頻速率，藍牙系統(tǒng)具有足夠高的抗干擾能力。使用調頻技術藍牙系統(tǒng)的技術特點-4Addyourtitleinhere根據(jù)網(wǎng)路的概念提供點對點和點對多點的無線鏈接。在任意一個有效通信范圍內(nèi)，所有設備的地位都是平等的。首先提出通信要求的設備稱為主設備(Master)，被動進行通信的設備稱為從設備(Slave)。利用TDMA，一個Master最多可同時與7個Slave進行通信并和多個Slave（最多可超過200個）保持同步但不通信。一個Master和一個以上的Slave構成的網(wǎng)路稱為藍牙的主從網(wǎng)路(Piconet)。若兩個以上的Piconet之間存在著設備間的通信，則構成了藍牙的分散網(wǎng)路(Scatternet)。基於TDMA原理和藍牙設備的平等性，任一藍牙設備在Piconet和Scatternet中，既可作Master，又可作Slave，還可同時既是Master又是Slave。因此，在藍牙中沒有基站的概念。另外，所有設備都是可移動的。藍牙設備的組網(wǎng)藍牙系統(tǒng)的技術特點-5Addyourtitleinhere

藍牙的基本出發(fā)點是可使其設備能夠在全球范圍內(nèi)應用於任意的小范圍通信。任一藍牙設備，都可根據(jù)IEEE802標準得到一個唯一的48-bit的BD_ADDR，它是一個公開的地址碼，可以通過人工或自動進行查詢。在BD_ADDR基礎上，使用一些性能良好的演算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設備識別碼(ID，Identification)在全球的唯一性，以及通信過程中設備的鑒權和通信的安全保密。全球范圍內(nèi)的工作藍牙系統(tǒng)的技術特點-6和許多通信系統(tǒng)一樣，藍牙的通信協(xié)議采用層次結構。其底層為各類應用所通用，高層則視具體應用而有所不同，大體上分為計算機背景和非計算機背景兩種方式，前者通過主機控制接口(HCI，HostControlInterface)實現(xiàn)高、低層的聯(lián)接，后者則可不用HCI。這種層次結構使其設備具有最大可能的通用性和靈活性。根據(jù)通信協(xié)議，各種藍牙設備無論在任何地方，都可以通過人工或自動查詢來發(fā)現(xiàn)其它藍牙設備，從而構成Piconet或Scatternet，實現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能。軟件的層次結構73藍牙體積小1cm×1cm×2mm美國德州儀器（TI）公司推出了單片藍牙LSI。該產(chǎn)品將藍牙的基帶處理電路和RF收發(fā)器電路集成到一個CMOSLSI中。到目前為止只有英國CSR公司和美國Broadcom公司在研究這種LSI，TI首先實現(xiàn)了此類芯片的單片產(chǎn)品化。74藍牙功耗低、價格低6美元左右，批量購買4美元采用四種工作模式，其最大消耗電流只有25mA藍牙技術的應用電子付帳系統(tǒng)，賓館接待處的電子登記服務等。家庭和辦公室自動化、家庭娛樂、電子商務、工業(yè)控制、智能化建筑物等。數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機等。無線鍵盤、鼠標等。以便攜式計算機和掌上計算機為代表。各種電話系統(tǒng)藍牙技術的應用

應用面多

前景廣闊數(shù)字手機、家庭及辦公室電話、小型PBX等電話系統(tǒng)等。無線電纜無線辦公包數(shù)字電子設備電子商務辦公自動化家庭娛樂等藍牙技術的應用77音頻藍牙發(fā)送藍牙耳機藍牙SIG定義了幾種基本應用模型，主要包括文件傳輸、Internet網(wǎng)橋、局域網(wǎng)接入、同步、三合一電話和終端耳機等7879藍牙適配器80WiFi技術什么是WiFi？全稱WirelessFidelity，又稱802.11b標準與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線通信技術主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域通訊距離可達305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76m到122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡整合81WiFi的技術特點組網(wǎng)方式靈活設置WiFi無線路由器（AP），組網(wǎng)方便傳輸速率高IEEE802.11b:11Mb/sIEEE802.11a/g:54Mb/s覆蓋范圍有限半徑100m健康安全不超過100mW，不直接接觸人體移動性能不佳只適用于靜止或步行等低速移動情況擴頻傳輸技術跳頻擴頻（FHSS，F(xiàn)requencyHoppingSpreadSpectrum）使用了傳統(tǒng)的窄帶數(shù)據(jù)傳輸技術，但傳輸頻率將發(fā)生周期性的切換。系統(tǒng)在一個擴頻或寬波段的信道上使用不同的中心頻率，以預先安排好的順序在固定的時間間隔內(nèi)進行跳頻。跳頻現(xiàn)象可以使FHSS系統(tǒng)避免受到信道內(nèi)窄帶噪音的干擾。直接序列擴頻（DSSS，DirectSequenceSpreadSpectrum）系統(tǒng)則將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過擴展碼調制而人為地擴展帶寬，即使在傳輸波段中存在部分噪聲信號，接收機也可以無錯誤地接受數(shù)據(jù)。使用擴頻技術的好處擴頻是一種在信號的帶寬進行擴展的技術。采用擴頻的好處是：抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信干擾導致完全無法通信。對于非特定的目的的接收器，擴展了帶寬的信號混在背景噪聲中，讓蓄意想偵聽竊取數(shù)據(jù)資料的人不易判別真正的信號，避免他人的截聽。提供了供多個用戶使用同一傳輸波段的方法，保證了無線設備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證了使用同一頻段的設備不互相影響。84WiFi網(wǎng)絡結構和工作原理WiFi網(wǎng)絡結構

*站點（Station），網(wǎng)絡最基本的組成部分。

*基本服務單元（BasicServiceSet，BSS）。網(wǎng)絡最基本的服務單元。最簡單的服務單元可以只由兩個站點組成。站點可以動態(tài)的聯(lián)結（associate）到基本服務單元中。*分配系統(tǒng)（DistributionSystem，DS）。分配系統(tǒng)用于連接不同的基本服務單元。分配系統(tǒng)使用的媒介（Medium）邏輯上和基本服務單元使用的媒介是截然分開的，盡管它們物理上可能會是同一個媒介，例如同一個無線頻段。

*接入點（AccessPoint，AP）。接入點即有普通站點的身份，又有接入到分配系統(tǒng)的功能。*擴展服務單元（ExtendedServiceSet，ESS）。由分配系統(tǒng)和基本服務單元組合而成。這種組合是邏輯上，并非物理上的──不同的基本服務單元物有可能在地理位置相去甚遠。分配系統(tǒng)也可以使用各種各樣的技術。

*關口（Portal），也是一個邏輯成分。用于將無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或其它網(wǎng)絡聯(lián)系起來。853種媒介，站點使用的無線的媒介，分配系統(tǒng)使用的媒介，以及和無線局域網(wǎng)集成一起的其它局域網(wǎng)使用的媒介。物理上它們可能互相重迭。IEEE

802.11只負責在站點使用的無線的媒介上的尋址（Addressing）。分配系統(tǒng)和其它局域網(wǎng)的尋址不屬無線局域網(wǎng)的范圍。IEEE802.11沒有具體定義分配系統(tǒng)，只是定義了分配系統(tǒng)應該提供的服務（Service）。86878889WiFi的應用領域InternetInternet高速無線接入WiFi無線路由器無線局域網(wǎng)WLAN將多臺計算機互相連接，并連接到外圍設備和互聯(lián)網(wǎng)90無線局域網(wǎng)WLANPLMNWiFi無線3G接入3G無線線接入技術的補充91設備無線接入互聯(lián)網(wǎng)無線局域網(wǎng)WLANInternetWiFi無線路由器IPTV空調打印機92傳統(tǒng)的無線傳輸技術一般都是帶寬受限的，帶寬通常在20MHz以下，可用頻譜資源有限和信道的多徑衰落是限制傳輸速率的主要瓶頸UWB（UltraWideBand，UWB）技術早期是利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信，即脈沖無線電（ImpulseRadio），通信速度可達幾百Mbit/s2000年后，Intel、TI、Motorola等大公司開始研發(fā)高速UWB技術時，放棄了脈沖方法，不約而同地轉而采用傳統(tǒng)的載波調制技術，進行改造使其具有UWB技術的特點，并推出了多頻帶OFDM（MB-OFDM）和DS-CDMA兩大主要方案。經(jīng)過幾年激烈的競爭，2007年3月，ISO正式通過了WiMedia聯(lián)盟提交的MB-OFDM標準，WiMedia聯(lián)盟最終在標準上勝出，正式成為UWB技術的第一個國際標準。超寬帶（UWB）技術931960’sUWB最初的定義源自