1、第4章 無線個域網內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.1 概述n 手機、PC機、汽車、音響、電視、微波爐、電冰箱等消費類產品非常普及，人們希望有一種短距離、低成本、小功耗的無線通信方式，實現不同功能單一設備的互聯，提供小范圍內設備的自組網機制，并通過一定的安全接口完成自組小網與廣域大網的互通。 n 無線個人區域網(Wireless Personal Area Network，WPAN，簡稱無線個域網)技術就是一種滿足上述應用需求

2、的小范圍無線連接、微小網自主組網的通信技術。 無線個域網技術 n藍牙(Blue Tooth) nIrDA nHomeRF nUWB nZigbee 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.2 IEEE802.15標準 IEEE 802.15工作組是IEEE針對無線個人區域網(WPAN)而成立的，開發有關短距離范圍的WPAN標準。 4.2.1 標準構成n 802.15.1是以既有藍牙標準為基礎，制定藍牙無線通信規范的一個正式標準。n

3、802.15.2工作組目的是要802.11和802.15開發共存的推薦規范。n 802.15.3工作組的興趣在開發對比于802.11設備是低成本和低功耗的設備的標準上。n 802.15.3a的目標是要在使用同樣的MAC層上提供比802.15.3更高的數據率n 802.15.4工作組則開發了一個非常低成本、非常低功耗的比802.15.1數據率要低的設備標準。 IEEE802.15協議體系結構 WLAN與WPAN 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍

4、牙服務發現協議n IEEE802.15.1的基礎，源于1994年愛立信公司的一項研究，旨在在移動電話及其附件之間探求一種新的低功耗、低成本的空中接口。n 1998年5月，4家公司聯合成立藍牙特殊利益集團(SIG) n 1999年7月SIG公布藍牙規范1.0版 n 1999年12月公布藍牙規范1.0b版n 2001年4月公布1.1版n 2003年11月公布1.2版本n 2004年8月公布2.0版本 4.3.1 藍牙技術的誕生與發展藍牙技術優點 (1)可以隨時隨地用無線接口代替有線電纜連接；(2)具有很強的移植性，可應用于多種通信場合，如WAP、GSM(全球移動通信系統)、DECT(歐規數字無繩通

5、信)等，引入身份識別后可以靈活地實現漫游；(3)低功耗，對人體傷害?。?4)藍牙集成電路簡單，成本低廉，實現容易，易于推廣。 4.3.3 藍牙標準文檔構成n 核心規范(core specifications):描述了從無線電接口到鏈路控制的不同層次藍牙協議體系結構的細節。n 概要規范(profile specifications):考慮使用藍牙技術支持不同的應用。每個概要規范討論在核心規范中定義的技術，以實現特定的應用模型(Usage Model)。 4.3.4 藍牙協議體系結構核心協議(core protocol)形成五層棧(1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調制模式和傳輸

6、功率在內的空中接口細節。(2)基帶(baseband)：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。(3)鏈路管理器協議(link manager protocol，LMP)：負責在藍牙設備和正在運行的鏈路管理之間建立鏈路。包括諸如認證、加密及基帶分組大小的控制和協商等安全因素。(4)邏輯鏈路控制和自適應協議(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高層協議適應基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務。(5)服務發現協議(service discovery protocol，SDP)：詢問設備信息、服務與服務特

7、征，使得在兩個或多個藍牙設備間建立連接成為可能。4.3.5 應用模型 大量應用模型定義在藍牙的概要規范文檔中。本質上，一個應用模型是一套實施特定的基于藍牙的應用的協議。每個概要文件定義了支持一特定應用模型的協議和協議特性。 文件傳輸文件傳輸應用OBEXRFCOMML2CAPSDP撥號聯網M odem傳真或驅動器應用A T 命令RFCOM ML2CA PSDPPPPLAN接入LAN接入應用例如IPRFCOMML2CAPSDPPPP同步同步應用IrMCRFCOMML2CAPSDPOBEX無繩電話或內部通信無繩電話或基站應用TCS BIN音頻L2CAPSDP耳機HS網關或基站應用AT命令RFCOMM

8、L2CAPSDP音頻4.3.7 微微網和散布式網絡(網絡模式) n 藍牙中的基本聯網單元是一個微微網，它由一臺主設備和17臺活躍的從設備組成。 n 一個微微網中的設備也可作為另一個微微網的一部分存在，并在每個微微網中，起從設備或主設備功能,這種形式的重疊被稱為散布式網絡(scatternet)。 主/從關系 無線網絡的配置 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.4 藍牙無線電規范拓 撲一個邏輯的星形結構中，高達7條并行鏈路調制GF

9、SK數據速率的峰值/Mb/s1RF帶寬220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF載波23/79載波的間隔/MHzl傳輸功率/W0.1微微網的接入FH-TDD-TDMA頻跳率/跳/s1600分布式網絡的接入FH-CDMA國際上藍牙的頻率分配 區 域調節范圍/GHzRF信道美國、歐洲的大部分國家和其他國家中的大部分2.42.4835f2.402+nMHz,n0,78日本2.4712.497f=2.473+nMHz,n0,22西班牙2.4452.475f=2.449+nMHz,n0,22法國2.44652.4835f=2.454+nMHz,n0,22 藍牙利

10、用波段中的2.4GHz波段。在大多數國家，此帶寬足以定義79個1MHz的物理信道 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.5 藍牙基帶規范4.5.1 跳頻4.5.2 物理鏈路4.5.3 分組4.5.4 糾錯4.5.5 邏輯信道4.5.6 信道控制4.5.7 藍牙音頻4.5.1 跳頻n目的：n (1)它阻礙干擾和多路效應。n (2)它為放置在不同微微網中的設備提供多種接入的形式。n總帶寬被分為79(幾乎所有國家)個物理信道，每個信道的

11、帶寬為1MHz。在一個偽隨機序列中，通過從一個物理信道跳到另一個物理信道，出現了跳頻。 4.5.2 物理鏈路n 面向同步連接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主設備和一個單獨從設備的點對點連接間分配固定的帶寬。在規則的間隔中，主設備通過使用預留的時隙維持SCO鏈路。預留的基本單位是兩個連續的時隙(每個在各自的傳輸方向上)。主設備能支持的并行SCO鏈路高達3個，而從設備能支持2或3個SCO鏈路。SCO分組不重傳。n 異步無連接(asynchronous connectionless，ACL)：主設備與微微網中所有從設備間的一條點對多點的鏈路。在未預

12、留給SCO鏈路的時隙中，主設備能與任一以單時隙為基礎的從設備交換分組，包括已在SCO鏈路上的從設備。只有單獨的ACL鏈路可以存在。大多數ACL分組使用分組重傳。 4.5.3 分組4.5.4 糾錯藍牙使用三種糾錯模式：(1)l/3比例的FEC(forward error correction，前向糾錯)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automatic repeat request，自動重發請求)。4.5.5 邏輯信道(1)鏈路控制(link control，LC) (2)鏈路管理(link manager，LM)(3)用戶異步(user asynchronous，UA) (4)用戶等

13、時(user isochronous，UI) (5)用戶同步(user synchronous，US)4.5.6 信道控制n 兩個主要的狀態：n (1)維持(standy)：默認狀態。這是一個低功率狀態，只有一個本地時鐘在工作。n (2)連接(connection)：設備作為主站或從站連到微微網。 7個臨時子狀態 (1)尋呼(page)： (2)尋呼掃描(page scan)(3)主站響應(master response) (4)從站響應(slave response) (5)查詢(inquiry) (6)查詢掃描(inquiry scan)(7)查詢響應(inquiry response)狀

14、態轉換圖 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.6 藍牙鏈路管理器規范n LMP管理主站與從站間的無線電鏈路的各個方面。n 協議涉及主站和從站的LMP實體間表現為LMP PDU(protocol data unit，協議數據單元)形式的報文的交換。報文總是作為單個分組發送，該分組帶有一位標識報文類型的負載首部，和一個包含與此報文相關的附加信息的負荷實體。 n 為LMP定義的過程被分為24個功能區，其中每個都涉及一個或多個報文的交換

15、。 內容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標準4.3 藍牙技術簡介4.4 藍牙無線電規范4.5 藍牙基帶規范4.6 藍牙鏈路管理器規范4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議4.8 藍牙服務發現協議4.7 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議n 與IEEE 802規范中的邏輯鏈路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，邏輯鏈路控制和自適應協議)在共享媒介網絡的實體間提供一個鏈路層協議。n L2CAP為流和差錯控制提供大量服務，它依賴于更低層(基帶層)。 n L2CAP使用ACL鏈路，它不支持SCO鏈路。 4.7.1

16、 L2CAP 信道n 三種類型的邏輯信道：n (1)無連接(connectionless)：支持無連接服務。每個信道是單向的，該信道類型一般用 于主站向多個從站廣播。n (2)面向連接(connection-oriented)：支持面向連接的服務。每個信道是雙向的(全雙工)。 每個方向中定義一個服務質量(quality of service，QoS)的流規范。n (3)信令(signaling)：提供L2CAP實體問信令報文的交換。實例 L2CAP分組 4.7.3 信令命令碼碼描描 述述參參 數數0 x01命令拒絕理由0 x02連接請求PSM、源CID0 x03連接響應目的CID、源CID、結

17、果、狀態0 x04配置請求目的CID、標志、選項0 x05配置響應源CID、標志、結果、選項0 x06取消連接的請求目的CID、源CID0 x07取消連接的響應目的CID、源CID0 x08回送請求數據(可選)0 x09回送響應數據(可選)0 x0A信息請求信息類型0 x0B信息響應信息類型、結果、數據(可選)4.7.4 服務質量n L2CAP中的QoS參數定義一個基于RFC 1363的通信流規范。一個流規范是一套參數，指出發送站點試圖達到的性能級別。n 當被包含在配置請求中時，此選項描述了從發送請求設備發往接收請求設備的通信流。n 當被包含在正配置響應中時，此選項從發送響應的設備的觀點描述了進入的通信流契約。n 當被包含在負配置響應中時，此選項從發送響應的設備的觀點描述了優先進入的通信流。 流規范參數組成(1)服務類型(2)令牌速率(字節/秒)(3)令牌桶的大小(字節)(4)帶寬峰值(字節/秒)(5)等待時間(微秒)(6)時延變化(微秒)令牌桶圖解 內容提要4.1 概述4.2