物聯網與短距離無線通信技術第二章

1、2本章內容本章內容藍牙技術概述藍牙技術概述 藍牙應用藍牙應用組網形式組網形式協(xié)議棧協(xié)議棧32.1.1 “藍牙藍牙”的由來的由來 “藍牙”這個名字的來歷頗具傳奇色彩。公元10世紀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。經過他的不懈努力，戰(zhàn)爭終于停止，各方領袖坐到了談判桌前，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“藍牙”（Bluetooth）；還有一種說法是這位英雄的丹麥國王酷愛吃藍梅，以致于牙齒都被染成了藍色，因此“藍牙”（Bluetooth）成了他

2、的綽號。4 1000年后的今天，世界范圍內電子設備技術高速發(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、耳機及桌面設備等產品的連接。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。 他們共同的目標是建立一個全球性的小范圍無線通信技術，并將此技術命名為“藍牙”，來表達要將這種全新的無線傳輸技術在全球推廣，并實現全球通用的雄心。2.1.1“藍牙藍牙”

3、的由來的由來5 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（有的書譯為特別興趣小組）SIG（Special Interest Group）。之后，藍牙引起了越來越多企業(yè)的關注。 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牙技術的胸卡，隨后，微軟便宣布加入SIG。目前，包括索尼、惠普、戴爾在內的2500多家公司都簽署了相關協(xié)議加入該組織，共享這一先進技術，而且數目還在不斷的增長，從而在全球范圍內掀起了一股

4、藍牙熱潮。這么多的精英公司集中在一項技術的大旗下，在商業(yè)史上是史無前例的，一項公開的全球統(tǒng)一的技術規(guī)范得到了工業(yè)界如此廣泛的關注和支持，也是以往所罕見的。這說明基于此項技術的產品具有廣闊的應用前景和巨大的潛在市場+。2.1.1“藍牙藍牙”的由來的由來62.1.2 藍牙技術概述藍牙技術概述 藍牙是一個開放性的無線通信標準，設計者的初衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標和宗旨是：保持聯系，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，在各信息設備之間可以穿過墻壁或公文包，實現方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數據通信。 7 它推動和擴大了無

5、線通信的應用范圍，使網絡中的各種數據和語音設備能互連互通，從而實現個人區(qū)域內的快速靈活的數據和語音通信。“藍牙”技術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備的主機之間在近距離內實現無縫的資源共享。使現代現代通信設備與因特網之間的數據傳輸變得更加迅速高效，藍牙技術使便于攜帶的現代移動通信設備和終端設備，不必借助電纜就能實現無線上網。2.1.2 藍牙技術概述藍牙技術概述8 作為一種無線數據與語音通信的開放性全球規(guī)范，藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接，完成數據信息的短程無線傳輸。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口（Radio Ai

6、r Interface）及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，使不同廠家生產的便攜式設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具有互用、互操作的性能（Interoperability）。 2.1.2 藍牙技術概述藍牙技術概述9BLUETOOTH1.0技術指標和系統(tǒng)參數 2.1.2 藍牙技術概述藍牙技術概述102.1.2 藍牙技術概述藍牙技術概述全雙工：指可以同時（瞬時）進行信號的雙向傳輸（AB且BA）。指AB的同時BA，是瞬時同步的。半雙工：指一個時間內只有一個方向的信號傳輸（AB或BA）。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

7、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。在通信產品中，對講機就是半雙工的典型例子；電話是全雙工的應用。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頻段，以防止鄰近的發(fā)射機和接收機之間產生相互干擾。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：主要用于分組數據傳輸。12132.1.3 藍牙技

8、術的特點藍牙技術的特點 藍牙技術是為了實現以無線電波替換移動設備所使用的電纜而產生的。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，這就決定了藍牙技術具備以下技術特性。14 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，也才能使這項技術普及開來。藍牙的最終目標是集成于單價為5美元的CMOS芯片。目前，藍牙芯片價格降不下來，既有經濟原因，也有技術原因。從技術角度來看，藍牙芯片集成了無線、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，也可以通過軟件實現，如果由軟件實現鏈路管理層功能，那么芯片被簡化，價格

9、也將變得合理。2.1.3 藍牙技術的特點藍牙技術的特點15 2. 功耗低、體積小 藍牙技術本來目的就是用于互連小型移動設備及其外設，它的市場目標是移動筆記本電腦、移動電話、小型的PDA以及它們的外設，因此藍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備中去。藍牙產品輸出功率很小(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 3.近距離通信 藍牙技術通信距離為10m，如果需要的話，還可以選用放大器使其擴展到100m。這已經足夠在辦公室內任意擺放外圍設備，而不用再擔心電纜長度是否夠用。2.1.3 藍牙技術的特點藍牙技術的特點16 4.安全性 同其它無線信號一樣，

10、藍牙信號很容易被截取，因此藍牙協(xié)議提供了認證和加密功能，以保證鏈路級的安全。藍牙系統(tǒng)認證與加密服務由物理層提供，采用流密碼加密技術，適合于硬件實現，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用層安全機制。認證可以有效防止電子欺騙以及不期望的訪問，而加密則保護鏈路隱私。除此之外，跳頻技術的保密性和藍牙有限的傳輸范圍也使竊聽變得困難。 2.1.3 藍牙技術的特點藍牙技術的特點172.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 藍牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍牙軟件（協(xié)議棧）單元四個功能單元組成。 1.天線單元 藍牙要求其天線部分

11、體積十分小巧、重量輕，因此，藍牙天線屬于微帶天線。藍牙空中接口是建立在天線電平為0dB的基礎上的。18 2. 鏈路控制（固件）單元 在目前藍牙產品中，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3050個單獨調諧元件?；鶐ф溌房刂破髫撠熖幚砘鶐f(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據的自動請求重發(fā)（ARQ）方案。采用FEC（前向糾錯）方案的目的是為了減少數據重發(fā)的次數，降低數據傳輸負載。在ARQ方式下，數據包被重傳。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 19 但是，要實現數據的無差錯傳輸

12、，FEC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數據的傳送效率。這是因為數據包對于是否使用FEC是彈性定義的。包頭總有占1/3比例的FEC碼起保護作用，其中包含了有用的鏈路信息。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 20 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據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現其它遠端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：發(fā)送和接收數據；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；決定幀的類型。此外，還控制設備的工作狀態(tài)即激活（Active)、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Par

13、k）四種模式。將設備設為呼吸模式，Master（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數據。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 Sniff:從設備被周期性的激活；從設備被周期性的激活；Hold：此模式下，從設備停止監(jiān)聽來自主設備的數據分組，：此模式下，從設備停止監(jiān)聽來自主設備的數據分組，但保持其激活成員地址；但保持其激活成員地址；Park:主從設備扔保持同步，但從設備不需要保留其激活成員主從設備扔保持同步，但從設備不需要保留其激活成員地址。地址。2122 Master可把Slave從機置為Hold模式，在這種模式下，只有一個內部計數器在工作。Slave也可主動要求置為Hold模式。一旦處于Hol

14、d模式的單元被激活，則數據傳遞也立即重新開始，工作在hold模式的設備為了節(jié)能在一個較長的周期內停止接收數據。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備，如溫度傳感器。 皮網（piconet），也叫微微網，藍牙最基本的拓撲結構，每個皮網由一個主節(jié)點和最多7個激活的從節(jié)點組成。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 23 在Park模式下，設備依然與Piconet同步但沒有數據傳送。工作在Park模式下的設備放棄了MAC地址，偶爾收聽Master的消息并恢復同步、檢查廣播消息。連接類型定義了哪種類型的數據包能在特別連接中使用。藍牙基帶技術支持兩種連接類型：同步定向連接（

15、SCO，Synchronous Connection Oriented）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（ACL，Asynchronous Connectionless）類型，主要用于傳送數據包。藍牙基帶部分在物理層為用戶提供保護和信息保密機制。鑒權基于“請求響應”運算法則。 2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 24 鑒權是藍牙系統(tǒng)中的關鍵部分，它允許用戶為個人的藍牙設備建立一個信任域，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。加密被用來保護連接的個人信息。密鑰由程序的高層來管理。網絡傳送協(xié)議和應用程序可以為用戶提供一個較強的安全機制。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成

16、25 4. 軟件（協(xié)議棧）單元 藍牙的軟件（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。它必須符合已經制定好的藍牙規(guī)范。藍牙規(guī)范是為個人區(qū)域內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； 2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 26 第二部分為協(xié)議子集（Profile）部分，用以規(guī)定不同藍牙應用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過程。 藍牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結構，分別完成數據流的過濾和傳輸、跳頻和數據幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路

17、的控制、數據的拆裝、業(yè)務質量（QoS）、協(xié)議的復用和分用等功能。在設計協(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存的協(xié)議，而且其高層應用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層）都使用公共的數據鏈路和物理層。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 27 藍牙協(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牙設備之間傳遞音頻數據，該接口與基帶直接相連。 發(fā)送端發(fā)出的沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換發(fā)送端

18、發(fā)出的沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點是頻率較低，由于在近距離范）的原始電信號，其特點是頻率較低，由于在近距離范圍內基帶信號的衰減不大，從而信號內容不會發(fā)生變化圍內基帶信號的衰減不大，從而信號內容不會發(fā)生變化。因此在傳輸距離較近時，計算機網絡都采用。因此在傳輸距離較近時，計算機網絡都采用基帶傳輸基帶傳輸方式，說的通俗一點方式，說的通俗一點,基帶信號就是發(fā)出的直接表達了要基帶信號就是發(fā)出的直接表達了要傳輸的信息的信號，比如我們說話的傳輸的信息的信號，比如我們說話的聲波聲波就是基帶信號就是基帶信號。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 28 通過藍牙技術可以把各種便攜式計算機

19、設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合，從而使人們能夠隨時隨地進行數據信息的交換與傳輸。因此藍牙技術雖然出現不久，但已受到許多行業(yè)的關注。據國際開發(fā)中心（IDC）研究表明，到2004年，藍牙在美國將被嵌入到102萬臺設備內，在全世界將被嵌入到449萬臺設備內；到2006年內，其市場規(guī)模將達到7億美元。一個全新的無線通信時代已經開始。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 29 藍牙技術在電信業(yè)、計算機業(yè)、家電業(yè)有著極其藍牙技術在電信業(yè)、計算機業(yè)、家電業(yè)有著極其廣闊和誘人的應用前景，它也將對未來的無線移動數廣闊和誘人的應用前景，它也將對未來的無線移動數據通信業(yè)務產生巨大的推動

20、作用。藍牙技術會有突飛據通信業(yè)務產生巨大的推動作用。藍牙技術會有突飛猛進的發(fā)展。但是，它仍然有大量的應用技術細節(jié)問猛進的發(fā)展。但是，它仍然有大量的應用技術細節(jié)問題需要解決，仍然是一項發(fā)展中的技術。例如，為了題需要解決，仍然是一項發(fā)展中的技術。例如，為了防止語音和數據信息誤傳或被截收，用戶必須事先為防止語音和數據信息誤傳或被截收，用戶必須事先為自己應用的自己應用的各種設備設定某個共同的頻率各種設備設定某個共同的頻率，即不同的，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。誤傳或被濫用。 2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 30

21、 藍牙標準還無法解決硬件兼容性，并且影響到運行藍牙標準還無法解決硬件兼容性，并且影響到運行在藍牙技術之上的軟件。另外，藍牙標準本身能否解在藍牙技術之上的軟件。另外，藍牙標準本身能否解決好安全問題，也是藍牙能否獲得成功的關鍵因素。決好安全問題，也是藍牙能否獲得成功的關鍵因素。2.1.4 藍牙系統(tǒng)組成藍牙系統(tǒng)組成 31內容內容藍牙概述藍牙概述藍牙應用藍牙應用 組網形式組網形式協(xié)議棧協(xié)議棧32頭戴式耳機頭戴式耳機2.2 藍牙應用藍牙應用33PC和其它設備互聯和其它設備互聯2.2 藍牙應用藍牙應用34自動同步自動同步在辦公室 在家里 2.2 藍牙應用藍牙應用35其它應用其它應用對講機對講機無繩電話無繩

22、電話撥號網絡撥號網絡傳真?zhèn)髡婢钟蚓W接入局域網接入文件傳輸文件傳輸2.2 藍牙應用藍牙應用36相關產品相關產品 Notebook PCs & Desktop computers Printers PDAs Other handheld devices Cell phones Wireless peripherals: Headsets Cameras CD Player TV/VCR/DVD Access Points Telephone Answering Devices Cordless Phones Cars2.2 藍牙應用藍牙應用替代線纜替代線纜因特網橋：藍牙標準進一步定義了因特

23、網橋：藍牙標準進一步定義了“網絡接入點網絡接入點”，允許一，允許一臺設備通過此網絡接入點來訪問網絡資源，如訪問臺設備通過此網絡接入點來訪問網絡資源，如訪問LAN、Internet等。等。臨時組網臨時組網 ad hoc connection: 藍牙標準定義了一種基于無網絡藍牙標準定義了一種基于無網絡基礎設施（移動的、無線連接的網關）的基礎設施（移動的、無線連接的網關）的“散射網散射網”。臨時。臨時組建的網絡，沒有固定的路由設備，網絡中所有的節(jié)點都可組建的網絡，沒有固定的路由設備，網絡中所有的節(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)點加入或離隨時都有節(jié)點

24、加入或離開），網絡中的一些節(jié)點客串路由器來發(fā)現和維持與網絡其開），網絡中的一些節(jié)點客串路由器來發(fā)現和維持與網絡其他節(jié)點間的路由。他節(jié)點間的路由。3738內容內容藍牙概述藍牙概述應用場景應用場景組網形式組網形式協(xié)議棧協(xié)議棧39 典型的藍牙組網模式典型的藍牙組網模式支持在支持在piconet（微微網）中的點到點和點到多點通（微微網）中的點到點和點到多點通信（廣播）信（廣播）點到點點到點 Master - slave 模式模式 藍牙設備可做藍牙設備可做master,也可做也可做slavePiconet 由一個由一個master和一個或多個和一個或多個slave（最多最多7個個）藍牙設備組成）藍牙設備

25、組成 最大數據率最大數據率 (1 Mbps) 最多最多255個個parked從設備從設備(8位地址位地址)mssssm2.3 組網形式組網形式微微網是通過藍牙技術以特定方式連接起來的一種微型網絡，一個微微網可以只是2臺相連的設備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設備（包含主從）。在一個微微網中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權限。藍牙采用自組式組網方式（Ad Hoc），微微網主設備（Master）單元（發(fā)起鏈接的設備）和從設備（Slave）單元構成，有一個主設備單元和最多7個從設備單元。主設備單元負責提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設備單元一般是受控同步的設備單元，受

26、主設備單元控制。例如：辦公室的例如：辦公室的PC是一個主設備單元，而無線鍵盤和無線打是一個主設備單元，而無線鍵盤和無線打印機可以充當從設備單元的角色。印機可以充當從設備單元的角色。4041Piconet 結構結構MasterActive SlaveParked SlaveStandbyMaster節(jié)點的設備地址節(jié)點的設備地址(BD-ADDR）ID和時鐘決定了跳頻序列和時鐘決定了跳頻序列和相位和相位2.3 組網形式組網形式42主節(jié)點通過輪詢從節(jié)點實現兩者之間的通信。從節(jié)點只有收到主節(jié)點的的信息包方可發(fā)送數據。如圖，從節(jié)點2在t時刻收到來自主節(jié)點的數據包，此時頻率為f（k），之后它可以在下一個時隙

27、通過f（k+1）頻率向主節(jié)點發(fā)送數據包。同理，從節(jié)點1在t2時刻收到主節(jié)點的數據包，此時頻率為f（k+2），并且在時間t3通過頻率f（k+3）發(fā)送數據包給主節(jié)點。（時分雙工；同一微微網的所有設備都與此微微網的調頻序列同步）43自組織網模式自組織網模式 the Scatternet(散射網散射網)存在存在piconet之間的通信之間的通信最多支持最多支持10個個 piconets多個多個piconets可以在同一空間可以在同一空間共存共存2.3 組網形式組網形式一個微微網最多只能有一個微微網最多只能有7個個從節(jié)點同時處于通信狀態(tài)。從節(jié)點同時處于通信狀態(tài)。為了能容納更多的裝置，并為了能容納更多的裝

28、置，并且擴大網絡通訊范圍，多個且擴大網絡通訊范圍，多個微微網互連在一起，就構成微微網互連在一起，就構成了藍牙自組織網，即散射網了藍牙自組織網，即散射網，或稱，或稱微微互聯網微微互聯網。44不同微微網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中當Master，在其他微微網中當Slave，這樣的Bridge類別為Master/Slave（M/S）。橋節(jié)點

29、通過不同時隙在不同的微微網之間的轉換而實現在跨微微網之間的資料傳輸。藍牙獨特的組網方式賦予了橋節(jié)點強大的生命力，同時可以有7個移動藍牙用戶通過一個網絡節(jié)點與因特網相連。它靠跳頻順序識別每個微微網，同一微微網所有用戶都與這個跳頻順序同步。45內容內容藍牙概述藍牙概述應用場景應用場景組網形式組網形式藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議 46藍牙協(xié)議棧藍牙協(xié)議棧2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議藍牙協(xié)藍牙協(xié)議體系議體系 電纜替換協(xié)議：電纜替換協(xié)議：RFCOMM 電話傳送控制協(xié)議：電話傳送控制協(xié)議：TCS Binary、AT Commands 所采用的協(xié)議：所采用的協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX等等等等47藍牙核心藍

30、牙核心協(xié)議協(xié)議基帶協(xié)議基帶協(xié)議連接管理協(xié)議連接管理協(xié)議LMP邏輯鏈路控制和適配協(xié)議邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP服務發(fā)現協(xié)議服務發(fā)現協(xié)議SDP48傳輸傳輸協(xié)議組協(xié)議組L2CAP(Logical Link Control &Adaptation Protocol) 處理高層協(xié)議的復用（Handles multiplexing of higher level protocols） 對大數據包進行分塊和重組（Segmentation & reassembly of large packets） 設備發(fā)現和QoSDevice discovery & QoS鏈路管理器 管理連接

31、狀態(tài)Managing the connection states. 在從節(jié)點(slave)間實現公平性 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 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議491)無線電無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調制模式和傳：確定包括頻率、跳頻的使用、調制模式和傳輸功率在內的空中接口細節(jié)。輸功率在內的空中接口細節(jié)。(2)基帶基帶(baseband)：考慮一個微微網中的連接建立、尋址、分：考慮一個微微網中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制，組格式、計時和功率控制，同步不同設備的發(fā)送跳頻和時鐘同步不同設備的發(fā)送跳頻和時鐘，確保各個藍牙設

32、備之間的射頻連接確保各個藍牙設備之間的射頻連接實現微微網的建立（確定實現微微網的建立（確定主從設備）主從設備）。錯誤糾正錯誤糾正、數據處理、查詢藍牙設備、數據處理、查詢藍牙設備(主體是同主體是同一個微微網一個微微網）。）。(3)鏈路管理器協(xié)議鏈路管理器協(xié)議(link manager protocol，LMP)：負責藍牙：負責藍牙各各設備間鏈路的建立設備間鏈路的建立和設置。和設置。LMP通過連接的發(fā)起，交換和通過連接的發(fā)起，交換和核實來進行核實來進行身份認證和加密身份認證和加密，通過協(xié)商，通過協(xié)商確定基帶數據分組大確定基帶數據分組大小小；還控制無線設備的節(jié)能模式和工作周期，以及微微網絡；還控制無

33、線設備的節(jié)能模式和工作周期，以及微微網絡內設備單元的內設備單元的連接狀態(tài)連接狀態(tài)。（。（主體是散射網，涉及多個微微網主體是散射網，涉及多個微微網）50(4)邏輯鏈路控制和邏輯鏈路控制和自適應自適應協(xié)議協(xié)議(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高層協(xié)議適應基帶層，向上：使高層協(xié)議適應基帶層，向上層協(xié)議提供服務，層協(xié)議提供服務，協(xié)議復用協(xié)議復用，區(qū)分區(qū)分高層服務。高層服務。L2CAP提供無提供無連接和面向連接服務。連接和面向連接服務。(5)服務發(fā)現協(xié)議服務發(fā)現協(xié)議(service discovery protocol，SDP)：

34、可以查詢：可以查詢到設備信息和服務類型，從而在藍牙設備間建立相應的連接到設備信息和服務類型，從而在藍牙設備間建立相應的連接5152基帶協(xié)議基帶協(xié)議2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議53地址機制地址機制藍牙設備地址藍牙設備地址 (BD_ADDR) ：BluetoothDevice Address 48位MAC地址活動成員地址活動成員地址 (AM_ADDR) Active Member 3位活動slave地址 廣播地址全0Parked Member 地址地址(PM_ADDR) Park Member 8位成員地址，分配給處于休眠狀態(tài)的從單元使用MAC48位設備地址位設備地址 分為分為3部分部分 The No

35、n-significant Address Part (NAP)無效地址部分：16位 The Upper Address part (UAP)：8位位 The Lower Address Part (LAP)：24位位MAC48位設備地址位設備地址54藍牙發(fā)送數據時，基帶部分將來自高層的數據進行信藍牙發(fā)送數據時，基帶部分將來自高層的數據進行信道編碼，向下發(fā)給射頻進行發(fā)送；接收數據時，將解道編碼，向下發(fā)給射頻進行發(fā)送；接收數據時，將解調恢復空中數據并上傳給基帶，基帶進行信道編碼傳調恢復空中數據并上傳給基帶，基帶進行信道編碼傳送給上層。送給上層。55通信設備間物理層的數據連接通道就是物理鏈路。 鏈

36、路類型鏈路類型同步面向連接的鏈路同步面向連接的鏈路 (SCO)用于傳輸語音對每對藍牙設備支持3個SCO鏈路，每個64kbps。主單元和一個從單元的點對點連接異步的非連接的鏈路異步的非連接的鏈路 (ACL)用于傳數據支持對稱和非對稱速率，對稱鏈路最大雙向433.9 kbps; 非對稱時正向723.2kbps；反向57.6kbps。微微網內主單元和全部從單元之間點對多點的鏈路。2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議56藍牙數據包格式：2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議（1）、訪問碼用于同步、直流、尋呼和查詢；）、訪問碼用于同步、直流、尋呼和查詢；（2）、分組頭包含鏈路信息，確保糾正較多的錯誤。）、分組頭包含鏈路信息，確保

37、糾正較多的錯誤。57訪問碼訪問碼(Access Code)類型類型Channel Access Code (CAC) 信道訪問碼標示一個Piconet.Device Access Code (DAC)設備訪問碼用尋呼及其響應.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)現覆蓋區(qū)域內的設備、設備的地址及其時鐘；連接過程使用DAC，建立連接的設備處理尋呼過程，成為主設備。2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議58包頭：包含數據包確認、包頭錯誤檢查包頭：包含數據包確認、包頭

38、錯誤檢查等等Addressing ( 3 bits ) 3位活動成員地址位活動成員地址Packet type 包類型用四位表示包類型用四位表示(4 bits )Flow Control ( 1 bit ) 流控流控1-bit ARQ 糾錯糾錯Sequencing ( 1 bit )HEC ( 8 bit ) 過濾重復的包檢查頭部2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議ARQ自動請求重發(fā)自動請求重發(fā)596061前向糾錯（FEC)是指利用軟件技術在發(fā)送端對信源信息進行一定形式的編碼（如BCH編碼、R-S編碼），然后用新的編碼流進行傳輸，在接收端再進行解碼與糾錯，以此獲得增益從而增加系統(tǒng)的傳輸距離。6263流控：在

39、流控：在ACL和和SCO鏈路中采取先入先出鏈路中采取先入先出(FIFO）隊列處理數）隊列處理數據包的收發(fā)。據包的收發(fā)。“stop”、“go”。鏈路管理器填充隊列；鏈路控制器負責自動清空隊列。鏈路管理器填充隊列；鏈路控制器負責自動清空隊列。64調制是把信息放到光載波上面，使得純光束攜帶有信息。解調是把信息從光波中取出來。調制是使得光波載體與業(yè)務信號有機結合，使得業(yè)務信號能夠高速發(fā)送出去，使得單純的光波帶有了業(yè)務信息。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的信號調制到光載波上，使之適應光傳輸的要求。在發(fā)送端，可以采用直接調制或外調制方式，對光源載波進行幅度、頻率和相位調制。在相干通信系統(tǒng)

40、中，可以傳輸模擬信號，也可以是數字信號，對于數字調制方式，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字信號的變換，當系統(tǒng)傳送“1”碼時，有光波輸出，而當傳送“0”碼時，則無光載波輸出。652）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字信號的變化，當系統(tǒng)傳送“1”碼時，輸出頻率為f1的光載波，而當傳送“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字信號的變化，當系統(tǒng)傳送“1”碼變?yōu)椤?”碼時，或由“0”碼變?yōu)椤?”碼時，輸出光載波相位變化180度，而僅僅是當傳送信號由“1”碼變?yōu)椤?”

41、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)。666768鏈路管理協(xié)議鏈路管理協(xié)議2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議69鏈路管理協(xié)議鏈路管理協(xié)議鏈路管理器進行鏈路管理器進行鏈路建立鏈路建立、鑒權、加密鑒權、加密、認證和配置工作。、認證和配置工作。負責藍牙負責藍牙組件間組件間連接的建立和斷開，確定基帶分組的大小。連接的建立和斷開，確定基帶分組的大小。信道控制信道控制 控制無線設備的發(fā)射功率控制無線設備的發(fā)射功率 由由master發(fā)起連接發(fā)起連接 Master-slave的角色可以互換 提供支持服務質量的能力 控制藍牙組建的工作模式2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（Lo

42、gical Link Control and Adaptation Protocol，負責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據業(yè)務。這個上層具有L2CAP的分割和重組功能，使更高層次的協(xié)議和應用能夠以64KB的長度發(fā)送和接收數據包。它還能夠處理協(xié)議的多路復用，以提供多種連接和多個連接類型（通過一個空中接口），同時提供服務質量支持和成組通訊。7071Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)僅僅對僅僅對 ACL 鏈路定義鏈路定義(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)議復用、分段與數據打包重組、提供協(xié)議復用、分段與數據打包重組、QoS控制控制信道信道的連接、配置、打開和關閉。的連接、配置、打開和關閉。2.4 藍牙協(xié)議藍牙協(xié)議72L2CAP: 功能要求功能要求協(xié)議復用協(xié)議復用: 區(qū)分識別上層協(xié)議（例如，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