物聯(lián)網(wǎng)及短距離無線通信技術(shù)第二章

第二章 藍(lán)牙技術(shù)本章內(nèi)容2藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙應(yīng)用組網(wǎng)形式協(xié)議棧2.1.1“藍(lán)牙”的由來3“藍(lán)牙”這個名字的來歷頗具傳奇色彩。公元

10世紀(jì)的北歐正值動蕩年代，各國之間戰(zhàn)爭頻繁，丹麥國王哈拉德二世挺身而出，到處疾呼和平。經(jīng)過他的不懈努力，戰(zhàn)爭終于停止，各方領(lǐng)袖坐到了談判桌前，至此，四分五裂的挪威和丹麥得以統(tǒng)一。關(guān)于這位國王的名字有兩種說法：一種說法是他的全名是Harald

Blatand，Blatand在英語中意思為“藍(lán)牙”（Bluetooth）；還有一種說法是這位英雄的丹麥國王酷愛吃藍(lán)梅，以致于牙齒都被染成了藍(lán)色，因此“藍(lán)牙”（Bluetooth）成了他的綽號。41000年后的今天，世界范圍內(nèi)電子設(shè)備技術(shù)高速發(fā)展。瑞典的愛立信公司于1994年成立了一個專項科研小組，對移動電話及其附件的低能耗、低費用無線連接的可能性進(jìn)行研究，他們的最初目的在于建立無線電話與

PC卡、耳機及桌面設(shè)備等產(chǎn)品的連接。但是隨著研究的深入，科研人員越來越感到這項技術(shù)所獨具的個性和巨大的商業(yè)潛力，同時也意識到憑借一家企業(yè)的實力根本無法繼續(xù)研究，于是，愛立信將其公諸于世，并極力說服其他企業(yè)加入到它的研究中來。他們共同的目標(biāo)是建立一個全球性的小范圍無線通信技術(shù)，并將此技術(shù)命名為“藍(lán)牙”，來表達(dá)要將這種全新的無線傳輸技術(shù)在全球推廣，并實現(xiàn)全球通用的雄心。2.1.1“藍(lán)牙”的由來1998年2月，瑞典愛立信（ERICSSON）、芬蘭諾基亞（NOKIA）、日本東芝（TOSHIBA）、美國IBM和英特爾（Intel）公司五家著名廠商，組成了一個特殊利益集團(tuán)（有的書譯為特別興趣小組）SIG（SpecialInterestGroup）。之后，藍(lán)牙引起了越來越多企業(yè)的關(guān)注。1999年11月，比爾·蓋茨專程到拉斯維加斯一間只有11名員工的小公司訪問，只因這家公司已研制成功一種含藍(lán)牙技術(shù)的胸卡，隨后，微軟便宣布加入SIG。目前，包括索尼、惠普、戴爾在內(nèi)的2500多家公司都簽署了相關(guān)協(xié)議加入該組織，共享這一先進(jìn)技術(shù)，而且數(shù)目還在不斷的增長，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股藍(lán)牙熱潮。這么多的精英公司集中在一項技術(shù)的大旗下，在商業(yè)史上是史無前例的，一項公開的全球統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范得到了工業(yè)界如此廣泛的關(guān)注和支持，也是以往所罕見的。這說明基于此項技術(shù)的產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場+。52.1.1“藍(lán)牙”的由來2.1.2

藍(lán)牙技術(shù)概述6藍(lán)牙是一個開放性的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計者的初衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標(biāo)和宗旨是：保持聯(lián)系，不靠電纜，拒絕插頭，并以此重塑人們的生活方式。它將取代目前多種電纜連接方案，通過統(tǒng)一的短程無線鏈路，在各信息設(shè)備之間可以穿過墻壁或公文包，實現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。它推動和擴大了無線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備能互連互通，從而實現(xiàn)個人區(qū)域內(nèi)的快速靈活的數(shù)據(jù)和語音通信。“藍(lán)牙”技術(shù)的目的是使特定的移動電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機之間在近距離內(nèi)實現(xiàn)無縫的資源共享。使現(xiàn)代現(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，藍(lán)牙技術(shù)使便于攜帶的現(xiàn)代移動通信設(shè)備和終端設(shè)備，不必借助電纜就能實現(xiàn)無線上網(wǎng)。72.1.2

藍(lán)牙技術(shù)概述作為一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接，完成數(shù)據(jù)信息的短程無線傳輸。其實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（Radio

Air

Interface）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能（Interoperability）。82.1.2

藍(lán)牙技術(shù)概述BLUETOOTH1.0技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)2.1.2

藍(lán)牙技術(shù)概述9SCO面向同步連接：主要用來傳輸語音，速率為64kbps。主從單元點對點的連接。ACL異步無連接：主要傳輸數(shù)據(jù)，非對稱連接速率為721/57.6kbps。對稱傳輸為342.6kbps。微微網(wǎng)內(nèi)主單元和全部從單元之間點對多點的鏈路。11002.1.2

藍(lán)牙技術(shù)概述全雙工：指可以同時（瞬時）進(jìn)行信號的雙向傳輸（A→B且B→A）。指A→B的同時B→A，是瞬時同步的。

半雙工：指一個時間內(nèi)只有一個方向的信號傳輸（A→B或B→A）。

舉例說明其原理：一座橋的兩頭分別有車要過橋，如果橋比較寬，就可以來左去右，互不影響，這就是全雙工；如果橋窄，只能先過一邊的車，然后再過另一邊的車，這就是半雙工。

在通信產(chǎn)品中，對講機就是半雙工的典型例子；電話是全雙工的應(yīng)用。此定義在計算機通信中提到最廣。11

頻分雙工(FDD)，操作時需要兩個獨立的信道。一個信道用來向下傳送信息，另一個信道用來向上傳送信息。兩個信道之間存在一個保護(hù)頻段，以防止鄰近的發(fā)射機和接收機之間產(chǎn)生相互干擾。

時分雙工(TDD)，只需要一個信道。無論向下還是向上傳送信息都采用這同一個信道。因為發(fā)射機和接收機不會同時操作，它們之間不可能產(chǎn)生干擾。

面向連接（SCO）方式：主要用于話音傳輸；無連接(ACL)方式：主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。122.1.3

藍(lán)牙技術(shù)的特點13藍(lán)牙技術(shù)是為了實現(xiàn)以無線電波替換移動設(shè)備所使用的電纜而產(chǎn)生的。它試圖以相同成本和安全性完成一般電纜的功能，從而使移動用戶擺脫電纜束縛，這就決定了藍(lán)牙技術(shù)具備以下技術(shù)特性。1.成本低為了能夠替代一般電纜，它必須具備和一般電纜差不多的價格，這樣才能被廣大普通消費者所接受，也才能使這項技術(shù)普及開來。藍(lán)牙的最終目標(biāo)是集成于單價為5美元的CMOS芯片。目前，藍(lán)牙芯片價格降不下來，既有經(jīng)濟(jì)原因，也有技術(shù)原因。從技術(shù)角度來看，藍(lán)牙芯片集成了無線、基帶和鏈路管理層功能，而鏈路管理功能實際上既可以通過硬件實現(xiàn)，也可以通過軟件實現(xiàn)，如果由軟件實現(xiàn)鏈路管理層功能，那么芯片被簡化，價格也將變得合理。142.1.3

藍(lán)牙技術(shù)的特點功耗低、體積小藍(lán)牙技術(shù)本來目的就是用于互連小型移動設(shè)備及其外設(shè)，它的市場目標(biāo)是移動筆記本電腦、移動電話、小型的PDA以及它們的外設(shè)，因此藍(lán)牙芯片必須具有功耗低、體積小的特點，以便于集成到小型便攜設(shè)備中去。藍(lán)牙產(chǎn)品輸出功率很小(只有1mW)，僅是微波爐使用功率的百萬分之一，是移動電話的一小部分近距離通信藍(lán)牙技術(shù)通信距離為10m，如果需要的話，還可以選用放大器使其擴展到100m。這已經(jīng)足夠在辦公室內(nèi)任意擺放外圍設(shè)備，而不用再擔(dān)心電纜長度是否夠用。152.1.3

藍(lán)牙技術(shù)的特點4.安全性同其它無線信號一樣，藍(lán)牙信號很容易被截取，因此藍(lán)牙協(xié)議提供了認(rèn)證和加密功能，以保證鏈路級的安全。藍(lán)牙系統(tǒng)認(rèn)證與加密服務(wù)由物理層提供，采用流密碼加密技術(shù)，適合于硬件實現(xiàn)，密鑰由高層軟件管理。如果用戶有更高級別的保密要求，可以使用更高級、更有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機制。認(rèn)證可以有效防止電子欺騙以及不期望的訪問，而加密則保護(hù)鏈路隱私。除此之外，跳頻技術(shù)的保密性和藍(lán)牙有限的傳輸范圍也使竊聽變得困難。162.1.3

藍(lán)牙技術(shù)的特點2.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成17藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個功能單元組成。1.天線單元藍(lán)牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天線屬于微帶天線。藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為0dB的基礎(chǔ)上的。2.鏈路控制（固件）單元在目前藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了3個IC集成電路分別作為連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸／接收器，此外還使用了30～50個單獨調(diào)諧元件?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有3種糾錯方案：1/3比例前向糾錯（FEC）碼、2/3比例前向糾錯碼和數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)（ARQ）方案。采用FEC（前向糾錯）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。在ARQ方式下，數(shù)據(jù)包被重傳。182.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成但是，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，F(xiàn)EC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因為數(shù)據(jù)包對于是否使用FEC是彈性定義的。包頭總有占1/3比例的FEC碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。192.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成3.鏈路管理（軟件）單元鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端LM并通過LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。LM模塊提供如下服務(wù)：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(quán)；鏈路模式協(xié)商和建立；決定幀的類型。此外，還控制設(shè)備的工作狀態(tài)即激活（Active)、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）四種模式。將設(shè)備設(shè)為呼吸模式，Master（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。202.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成Sniff:從設(shè)備被周期性的激活；

Hold：此模式下，從設(shè)備停止監(jiān)聽來自主設(shè)備的數(shù)據(jù)分組，但保持其激活成員地址；

Park:主從設(shè)備扔保持同步，但從設(shè)備不需要保留其激活成員地址。21Master可把Slave從機置為Hold模式，在這種模式下，只有一個內(nèi)部計數(shù)器在工作。Slave也可主動要求置為Hold模式。一旦處于Hold模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開始，工作在hold模式的設(shè)備為了節(jié)能在一個較長的周期內(nèi)停止接收數(shù)據(jù)。Hold模式一般被用于連接好幾個Piconet的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。皮網(wǎng)（piconet），也叫微微網(wǎng)，藍(lán)牙最基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個皮網(wǎng)由一個主節(jié)點和最多7個激活的從節(jié)點組成。2.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成22在Park模式下，設(shè)備依然與Piconet同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在Park模式下的設(shè)備放棄了MAC地址，偶爾收聽Master的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。

連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連接（SCO，Synchronous

Connection

Oriented）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（ACL，AsynchronousConnectionless）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信息保密機制。鑒權(quán)基于“請求——響應(yīng)”運算法則。232.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成鑒權(quán)是藍(lán)牙系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個人的藍(lán)牙設(shè)備建立一個信任域，比如只允許主人自己的筆記本電腦通過主人自己的移動電話通信。加密被用來保護(hù)連接的個人信息。密鑰由程序的高層來管理。網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用程序可以為用戶提供一個較強的安全機制。242.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成4.軟件（協(xié)議棧）單元藍(lán)牙的軟件（協(xié)議棧）單元是一個獨立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙規(guī)范是為個人區(qū)域內(nèi)的無線通信而制定的協(xié)議，它包括兩部分：第一部分為核心（Core）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務(wù)搜尋（service

discovery）、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；252.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成第二部分為協(xié)議子集（Profile）部分，用以規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過程。藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結(jié)構(gòu)，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、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。在設(shè)計協(xié)議棧，特別是高層協(xié)議時的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，而且其高層應(yīng)用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層）都使用公共的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。262.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成27藍(lán)牙協(xié)議可以分為4層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。在藍(lán)牙協(xié)議棧中，還有一個主機控制接口（HCI）和音頻（Audio）接口。HCI是到基帶控制器、鏈路管理器以及訪問硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口。利用音頻接口，可以在一個或多個藍(lán)牙設(shè)備之間傳遞音頻數(shù)據(jù)，該接口與基帶直接相連。發(fā)送端發(fā)出的沒有經(jīng)過調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點是頻率較低，由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而信號內(nèi)容不會發(fā)生變化。因此在傳輸距離較近時，計算機網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸方式，說的通俗一點,基帶信號就是發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)男畔⒌男盘?，比如我們說話的聲波就是基帶信號。2.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成通過藍(lán)牙技術(shù)可以把各種便攜式計算機設(shè)備與蜂窩移動電話用無線鏈路連接起來，使計算機與通信密切結(jié)合，從而使人們能夠隨時隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。因此藍(lán)牙技術(shù)雖然出現(xiàn)不久，但已受到許多行業(yè)的關(guān)注。據(jù)國際開發(fā)中心（IDC）研究表明，到

2004年，藍(lán)牙在美國將被嵌入到102萬臺設(shè)備內(nèi)，在全世界將被嵌入到449萬臺設(shè)備內(nèi)；到2006年內(nèi)，其市場規(guī)模將達(dá)到7億美元。一個全新的無線通信時代已經(jīng)開始。282.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙技術(shù)在電信業(yè)、計算機業(yè)、家電業(yè)有著極其廣闊和誘人的應(yīng)用前景，它也將對未來的無線移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生巨大的推動作用。藍(lán)牙技術(shù)會有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是，它仍然有大量的應(yīng)用技術(shù)細(xì)節(jié)問題需要解決，仍然是一項發(fā)展中的技術(shù)。例如，為了防止語音和數(shù)據(jù)信息誤傳或被截收，用戶必須事先為自己應(yīng)用的各種設(shè)備設(shè)定某個共同的頻率，即不同的用戶有不同的頻率，這樣才能保證無線連接時不發(fā)生誤傳或被濫用。292.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)還無法解決硬件兼容性，并且影響到運行在藍(lán)牙技術(shù)之上的軟件。另外，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)本身能否解決好安全問題，也是藍(lán)牙能否獲得成功的關(guān)鍵因素。302.1.4

藍(lán)牙系統(tǒng)組成內(nèi)容藍(lán)牙概述藍(lán)牙應(yīng)用組網(wǎng)形式協(xié)議棧312.2

藍(lán)牙應(yīng)用頭戴式耳機322.2

藍(lán)牙應(yīng)用

PC和其它設(shè)備互聯(lián)33Ask

some

questions.自動同步在辦公室34在家里2.2

藍(lán)牙應(yīng)用撥號網(wǎng)絡(luò)，用作Internet網(wǎng)橋其它應(yīng)用對講機無繩電話撥號網(wǎng)絡(luò)傳真局域網(wǎng)接入文件傳輸352.2

藍(lán)牙應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品36

Notebook

PCs

&

DesktopcomputersPrintersPDAsOther

handheld

devicesCell

phonesWireless

peripherals:HeadsetsCamerasCD

PlayerTV/VCR/DVDAccess

Points

Telephone

AnsweringDevicesCordless

PhonesCars2.2

藍(lán)牙應(yīng)用替代線纜

因特網(wǎng)橋：藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步定義了“網(wǎng)絡(luò)接入點”，允許一臺設(shè)備通過此網(wǎng)絡(luò)接入點來訪問網(wǎng)絡(luò)資源，如訪問LAN、Internet等。

臨時組網(wǎng)ad

hoc

connection:藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)定義了一種基于無網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施（移動的、無線連接的網(wǎng)關(guān)）的“散射網(wǎng)”。臨時組建的網(wǎng)絡(luò)，沒有固定的路由設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點都可以自由移動，并以任意方式動態(tài)連接(隨時都有節(jié)點加入或離開），網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點客串路由器來發(fā)現(xiàn)和維持與網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點間的路由。37內(nèi)容藍(lán)牙概述應(yīng)用場景組網(wǎng)形式協(xié)議棧38

支持在piconet（微微網(wǎng)）中的點到點和點到多點通信（廣播）點到點Master-slave模式藍(lán)牙設(shè)備可做master,也可做slavePiconet—由一個master和一個或多個slave（最多7個）藍(lán)牙設(shè)備組成最大數(shù)據(jù)率(1

Mbps)最多255個parked從設(shè)備(8位地址)mssssm2.3

組網(wǎng)形式典型的藍(lán)牙組網(wǎng)模式39

微微網(wǎng)是通過藍(lán)牙技術(shù)以特定方式連接起來的一種微型網(wǎng)絡(luò)，一個微微網(wǎng)可以只是2臺相連的設(shè)備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設(shè)備（包含主從）。在一個微微網(wǎng)中，所有設(shè)備的級別是相同的，具有相同的權(quán)限。藍(lán)牙采用自組式組網(wǎng)方式（Ad

Hoc），微微網(wǎng)主設(shè)備（Master）單元（發(fā)起鏈接的設(shè)備）和從設(shè)備（Slave）單元構(gòu)成，有一個主設(shè)備單元和最多7個從設(shè)備單元。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元，受主設(shè)備單元控制。

例如：辦公室的PC是一個主設(shè)備單元，而無線鍵盤和無線打印機可以充當(dāng)從設(shè)備單元的角色。40工工作作在在park模模式式下下的的設(shè)備放棄了mac地址，偶爾收聽master的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排一隊，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。Piconet結(jié)構(gòu)MasterActive

SlaveParked

SlaveStandby41Master節(jié)點的設(shè)備地址(BD-ADDR）ID和時鐘決定了跳頻序列和相位2.3

組網(wǎng)形式主節(jié)點通過輪詢從節(jié)點實現(xiàn)兩者之間的通信。從節(jié)點只有收到主節(jié)點的的信息包方可發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖，從節(jié)點2在t時刻收到來自主節(jié)點的數(shù)據(jù)包，此時頻率為f（k），之后它可以在下一個時隙通過f（k+1）頻率向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包。同理，從節(jié)點1在t2時刻收到主節(jié)點的數(shù)據(jù)包，此時頻率為f（k+2），并且在時間t3通過頻率f（k+3）發(fā)送數(shù)據(jù)包給主節(jié)點。（時分雙工；同一微微網(wǎng)的所有設(shè)備都與此微微網(wǎng)的調(diào)頻序列同步）4243存在piconet之間的通信最多支持10個piconets

多個piconets可以在同一空間共存2.3

組網(wǎng)形式自組織網(wǎng)模式–the

Scatternet(散射網(wǎng)一個微微網(wǎng)最多只能有7個從節(jié)點同時處于通信狀態(tài)。為了能容納更多的裝置，并且擴大網(wǎng)絡(luò)通訊范圍，多個微微網(wǎng)互連在一起，就構(gòu)成了藍(lán)牙自組織網(wǎng)，即散射網(wǎng)，或稱微微互聯(lián)網(wǎng)。

不同微微網(wǎng)間使用不同的跳頻序列，因此，只要彼此沒有同時跳躍到同一頻道上，即便有多組資料流同時傳送也不會造成干擾。連接微微網(wǎng)之間的串連裝置角色稱為橋（Bridge）。橋節(jié)點可以是所有所屬微微網(wǎng)中的Slave角色，這樣的

Bridge的類別為Slave/Slave（S/S）；也可以是在其中某一所屬的微微網(wǎng)中當(dāng)Master，在其他微微網(wǎng)中當(dāng)Slave，這樣的

Bridge類別為Master/Slave（M/S）。橋節(jié)點通過不同時隙在不同的微微網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換而實現(xiàn)在跨微微網(wǎng)之間的資料傳輸。藍(lán)牙獨特的組網(wǎng)方式賦予了橋節(jié)點強大的生命力，同時可以有7個移動藍(lán)牙用戶通過一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與因特網(wǎng)相連。它靠跳頻順序識別每個微微網(wǎng)，同一微微網(wǎng)所有用戶都與這個跳頻順序同步。44內(nèi)容藍(lán)牙概述應(yīng)用場景組網(wǎng)形式藍(lán)牙協(xié)議45(1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和傳輸功率在內(nèi)的空中接口細(xì)節(jié)。(2)基帶(baseband)：考慮一個微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制，實實現(xiàn)現(xiàn)微微微微網(wǎng)網(wǎng)的的建建立立。。(3)鏈路管理器協(xié)議(link

manager

protocol，LMP)：負(fù)責(zé)藍(lán)牙各設(shè)備間連連接接的的建建立立和和設(shè)設(shè)置置。LMP通過連接的發(fā)起，交換和核實進(jìn)行身份認(rèn)證和加密，通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組大??；還控制無線設(shè)備的節(jié)能模式和工作周期，以及微微網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備單元的連接狀態(tài)。(4)邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議(logicallink

control

and

adaptationprotocol，L2CAP)：使高層協(xié)議適應(yīng)基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務(wù)。(5)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(service

discoveryprotocol，SDP)：詢問設(shè)備信息、服務(wù)與服務(wù)特征，使得在兩個或多個藍(lán)牙設(shè)備間建立連接成為可能。藍(lán)牙協(xié)議棧462.4

藍(lán)牙協(xié)議電纜替換協(xié)議：RFCOMM電話傳送控制協(xié)議：TCS

Binary、AT

Commands所采用的協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX等等藍(lán)牙核心藍(lán)牙協(xié)協(xié)議議體系基帶協(xié)議47連接管理協(xié)議LMP邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP48傳輸協(xié)議組L2CAP(Logical

Link

Control

&Adaptation

Protocol)處理高層協(xié)議的復(fù)用（Handles

multiplexing

of

higher

levelprotocols）對大數(shù)據(jù)包進(jìn)行分塊和重組（Segmentation

&

reassemblyof

large

packets）設(shè)備發(fā)現(xiàn)和QoSDevice

discovery

&

QoS鏈路管理器管理連接狀態(tài)Managing

the

connection

states.在從節(jié)點(slave)間實現(xiàn)公平性能耗管理基帶定義分時，分幀鏈路上的流控.射頻(RF)發(fā)送和接收比特流2.4

藍(lán)牙協(xié)議49

1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和輸功率在內(nèi)的空中接口細(xì)節(jié)。

(2)基帶(baseband)：考慮一個微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、組格式、計時和功率控制，同步不同設(shè)備的發(fā)送跳頻和時鐘，確保各個藍(lán)牙設(shè)備之間的射頻連接實現(xiàn)微微網(wǎng)的建立（確定

主從設(shè)備）。錯誤糾正、數(shù)據(jù)處理、查詢藍(lán)牙設(shè)備(主體是同一個微微網(wǎng)）。

(3)鏈路管理器協(xié)議(link

manager

protocol，LMP)：負(fù)責(zé)藍(lán)各設(shè)備間鏈路的建立和設(shè)置。LMP通過連接的發(fā)起，交換和

核實來進(jìn)行身份認(rèn)證和加密，通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組大

??；還控制無線設(shè)備的節(jié)能模式和工作周期，以及微微網(wǎng)絡(luò)

內(nèi)設(shè)備單元的連接狀態(tài)。（主體是散射網(wǎng)，涉及多個微微網(wǎng)）50

(4)邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議(logical

link

control

andadaptation

protocol，L2CAP)：使高層協(xié)議適應(yīng)基帶層，向?qū)訁f(xié)議提供服務(wù)，協(xié)議復(fù)用，區(qū)分高層服務(wù)。L2CAP提供無

連接和面向連接服務(wù)。

(5)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(service

discovery

protocol，SDP)：可到設(shè)備信息和服務(wù)類型，從而在藍(lán)牙設(shè)備間建立相應(yīng)的連接51Paging

尋呼基帶協(xié)議2.4

藍(lán)牙協(xié)議52Parked

units：暫停單元，即piconet中與網(wǎng)絡(luò)保持同步但沒有Mac

address的設(shè)備。The

three-octet

OUI

can

be

used

to

generate

Universal

LAN

MAC

addresses

and

Protocol

Identifiers

per

ANSI/IEEE

Std

802

for

use

in

Localand

Metropolitan

Area

Network

applications.地址機制藍(lán)牙設(shè)備地址(BD_ADDR)：BluetoothDevice

Address48位MAC地址活動成員地址(AM_ADDR)Active

Member3位活動slave地址廣播地址全0Parked

Member地址(PM_ADDR)Park

Member8位成員地址，分配給處于休眠狀態(tài)的從單元使用MAC48位設(shè)備地址分為3部分The

Non-significant

Address

Part(NAP)無效地址部分：16位The

Upper

Address

part(UAP)：8位The

Lower

Address

Part(LAP)：24位53MAC48位設(shè)備地址藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù)時，基帶部分將來自高層的數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼，向下發(fā)給射頻進(jìn)行發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時，將解調(diào)恢復(fù)空中數(shù)據(jù)并上傳給基帶，基帶進(jìn)行信道編碼傳送給上層。54鏈路類型同步面向連接的鏈路(SCO)用于傳輸語音對每對藍(lán)牙設(shè)備支持3個SCO鏈路，每個64kbps。主元和一個從單元的點對點連接異步的非連接的鏈路(ACL)用于傳數(shù)據(jù)支持對稱和非對稱速率，對稱鏈路最大雙向433.9

kb非對稱時正向723.2kbps；反向57.6kbps。微微網(wǎng)內(nèi)主元和全部從單元之間點對多點的鏈路。552.4

藍(lán)牙協(xié)議通信設(shè)備間物理層的數(shù)據(jù)連接通道就是物理鏈路。藍(lán)牙數(shù)據(jù)包格式：2.4

藍(lán)牙協(xié)議、訪問碼用于同步、直流、尋呼和查詢；、分組頭包含鏈路信息，確保糾正較多的錯誤。56目的同步DC

offset

compensationIdentificationSignaling訪問碼(Access

Code)類型Channel

Access

Code

(CAC)信道訪問碼標(biāo)示一個Piconet.Device

Access

Code

(DAC)設(shè)備訪問碼用尋呼及其響應(yīng).Inquiry

Access

Code

(IAC)查詢訪問碼GIAC:通用查詢訪問碼；DIAC：專用查詢訪問碼，用于專用查詢操作建立連接，必須使用查詢、尋呼；查詢過程使用IAC，發(fā)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)的設(shè)備、設(shè)備的地址及其時鐘；連接過程使用DAC，建立連

接的設(shè)備處理尋呼過程，成為主設(shè)備。572.4

藍(lán)牙協(xié)議使用碼率為1/3的FEC編碼得到54位頭部包頭：包含數(shù)據(jù)包確認(rèn)、包頭錯誤檢查等Addressing

(

3

bits

)Packet

typeFlow

Control

(

1

bit

)1-bit

ARQ583位活動成員地址包類型用四位表示(4

bits)流控糾錯Sequencing

(

1

bit

)HEC

(

8

bit

)過濾重復(fù)的包檢查頭部2.4

藍(lán)牙協(xié)議ARQ自動請求重發(fā)596061

前向糾錯（FEC)是指利用軟件技術(shù)在發(fā)送端對信源信息進(jìn)行一定形式的編碼（如BCH編碼、R-S編碼），然后用新的編碼流進(jìn)行傳輸，在接收端再進(jìn)行解碼與糾錯，以此獲得增益從而增加系統(tǒng)的傳輸距離。6263

流控：在ACL和SCO鏈路中采取先入先出(FIFO）隊列處理數(shù)據(jù)包的收發(fā)。“stop”、“go”。鏈路管理器填充隊列；鏈路控制器負(fù)責(zé)自動清空隊列。64

調(diào)制是把信息放到光載波上面，使得純光束攜帶有信息。解調(diào)是把信息從光波中取出來。

調(diào)制是使得光波載體與業(yè)務(wù)信號有機結(jié)合，使得業(yè)務(wù)信號能夠高速發(fā)送出去，使得單純的光波帶有了業(yè)務(wù)信息。

在相干光纖通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機的功能是將所需傳輸?shù)男盘栒{(diào)制到光載波上，使之適應(yīng)光傳輸?shù)囊?。在發(fā)送端，可以采用直接調(diào)制或外調(diào)制方式，對光源載波進(jìn)行幅度、頻率和相位調(diào)制。在相干通信系統(tǒng)中，可以傳輸模擬信號，也可以是數(shù)字信號，對于數(shù)字調(diào)制方式，一般采用以下三種基本形式。

1）幅頻鍵控（ASK），利用光信號的幅度在兩個值之間的改變來表示數(shù)字信號的變換，當(dāng)系統(tǒng)傳送“1”碼時，有光波輸出，而當(dāng)傳送“0”碼時，則無光載波輸出。65

2）頻移鍵控（FSK)，利用光載波的頻率在兩個值之間的改變來表示數(shù)字信號的變化，當(dāng)系統(tǒng)傳送“1”碼時，輸出頻率為

f1的光載波，而當(dāng)傳送“0”碼時，輸出頻率為f2的光載波。

3）相移鍵控（PSK)，利用光載波的相位差來表示數(shù)字信號的變化，當(dāng)系統(tǒng)傳送“1”碼變?yōu)椤?”碼時，或由“0”碼變?yōu)?/p>

“1”碼時，輸出光載波相位變化180度，而僅僅是當(dāng)傳送信號由“1”碼變?yōu)椤?”碼時，輸出光載波相位才會變化180度，則稱為差分相移鍵控（DPSK)。6667Link

ControllerThe

link

controller

is

responsible

for

the

encoding

and

decoding

of

Bluetooth

packets

from

the

data

payload

and

parameters

related

to

thephysical

channel,

logical

transport

and

logical

link.The

link

controller

carries

out

the

link

control

protocolsignaling

(in

close

conjunctionwiththe

schedulingfunction

of

the

resource

manager),

whichis

used

to

communicate

flow

control

and

acknowledgement

and

retransmission

request

signals.

The

interpretation

of

these

signals

is

a

characteristic

of

the

logical

transport

associated

with

the

baseband

packet.

Interpretation

and

control

of

the

link

controlsignaling

is

normallyassociated

with

the

resource

manager’s

scheduler.2.4

藍(lán)牙協(xié)議鏈路管理協(xié)議68Link

ManagerThe

link

manager

is

responsible

for

the

creation,

modification,

and

release

of

logical

links

(and,

if

required,

their

associated

logical

transports),aswell

as

the

update

of

parameters

related

to

physical

links

between

devices.

The

link

manager

achieves

this

by

communicatingwiththe

linkmanager

inremote

Bluetooth

devices

using

the

link

management

protocol

(LMP).The

LMP

allows

the

creation

of

new

logical

links

and

logical

transports

between

devices

when

required,

as

well

as

the

general

control

of

link

andtransport

attributes

such

as

the

enabling

of

encryption

on

the

logical

transport,

the

adapting

of

transmit

power

on

the

physicallink

or

the

adjustment

of

QoS

settings

for

alogical

link.鏈路管理協(xié)議

鏈路管理器進(jìn)行鏈路建立、鑒權(quán)、加密、認(rèn)證和配置工作。負(fù)責(zé)藍(lán)牙組件間連接的建立和斷開，確定基帶分組的大小。信道控制控制無線設(shè)備的發(fā)射功率由master發(fā)起連接Master-slave的角色可以互換提供支持服務(wù)質(zhì)量的能力控制藍(lán)牙組建的工作模式692.4

藍(lán)牙協(xié)議

邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（Logical

Link

Control

and

Adaptat

Protocol，負(fù)責(zé)適配基帶中的上層協(xié)議。它同鏈路管理器并行工作，向上層協(xié)議提供定向連接的和無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這個上層具有L2CAP的分割和重組功能，使更高層次的協(xié)議和應(yīng)用能夠以64KB的長度發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。它還能夠處理協(xié)議的多路復(fù)用，以提供多種連接和多個連接類型（通過一個空中接口），同時提供服務(wù)質(zhì)量支持和成組通訊。70Logical

Link

Control

and

AdaptationProtocol

(L2CAP)僅僅對ACL鏈路定義(雖然基帶協(xié)議提供了SCO和ACL兩種連接類型，但L2CAP只支持ACL)L2CAP提供協(xié)議復(fù)用、分段與數(shù)據(jù)打包重組、QoS控制信道的連接、配置、打開和關(guān)閉。712.4

藍(lán)牙協(xié)議L2CAP:功能要求72協(xié)議復(fù)用:區(qū)分識別上層協(xié)議（例如，SDP,RFCOMM）對上層協(xié)議的大的包分段成較小的基帶協(xié)議包允許在建立連接的過程中交換QoS參數(shù).2.4

藍(lán)牙協(xié)議L2CAP信道端點用信道標(biāo)識符表示(CIDs).2個CIDs和設(shè)備地址唯一標(biāo)識一個L2CAP信道.保留CIDs—0x0001:用于信令0x0002:無連接的接收0x0003-0x003F:留作以后使用732.4

藍(lán)牙協(xié)議

L2CAP:一般操作L2CAP層:層之間的操作74高層和底層協(xié)議間傳遞數(shù)據(jù).對等層直接進(jìn)行信令SignalingL2CAP層應(yīng)該能夠接收來自高層/底層的事件并反應(yīng)2.4

藍(lán)牙協(xié)議L2CAP:信令75L2CAP信令用于：建立L2CAP信道.配置參數(shù)QoS.指定MTU（最大傳輸單元）.關(guān)閉L2CAP

channel.交換應(yīng)用相關(guān)的信息.2.4

藍(lán)牙協(xié)議Bluetooth

Operational

States

(Cont)○

Standby:

Initial

state○

Inquiry:

Master

sends

aninquiry

packet.

Slaves

scan

forinquiries

and

respond

withtheir

address

and

clock

after

arandomdelay

(CSMA/CA)○

Page:

Master

in

page

state

invites

devices

to

join

the

piconet.Page

message

is

sent

in

3consecutive

slots

(3

frequencies).Slave

enters

page

response

state

and

sends

page

responseincluding

its

device

access

code.○

Master

informs

slave

about

its

clock

and

address

so

that

slavecan

participate

in

piconet.

Slave

computes

the

clock

offset.○

Connected:

A

short3-bit

logical

address

is

assigned○

Transmit:Inquiry

ScanA

device

that

wants

to

be

discovered

will

periodically

enter

this

mode

and

listen

for

inquiry

packets.InquiryDevice

sends

an

Inquiry

packet

addressed

to

GIAC

orDIACTransmissionis

repeated

on

the

inquiryhop

sequence

of

frequencies.Inquiry

ResponseWhen

an

inquirymessage

is

received

in

the

inquiry

scan

state,

a

response

packet

(FHS)

containing

the

responding

device

address

must

be

sentafter

a

randomnumber

of

slots.PageThe

master

uses

the

clock

information,

about

the

slave

to

be

paged,

to

determine

where

in

the

hop

sequence,

the

slave

might

be

listeningin

thepage

scan

mode.The

master

sends

a

page

messagePage

ScanThe

page

scan

substate

can

be

entered

by

the

slave

from

the

standby

state

or

the

connection

state.

Itlistens

to

packets

addressed

to

its

DAC.Page

ResponseOn

receiving

the

page

message,

the

slave

enters

the

slave

page

response

substate.

It

sends

back

apage

response

consisting

of

its

ID

packetwhichcontains

its

DAC,

at

the

frequency

for

the

next

slot

from

the

one

inwhichpage

message

was

received.2.4

藍(lán)牙協(xié)議建立連接狀態(tài)機76Three

inactive

states:1.

Hold:

No

Asynchronous

ConnectionList

(ACL).

SynchronousConnection

Oriented

(SCO)

continues.Node

can

do

something

else:

scan,

page,

inquire2.

Sniff:

Low-power