第4章无线个域网.ppt

第4章 无线个域网内容提要v4．1  概述v4．2  IEEE802.15标准v4．3  蓝牙技术简介v4．4  蓝牙无线电规范v4．5  蓝牙基带规范v4．6  蓝牙链路管理器规范v4．7  蓝牙逻辑链路控制和自适应协议v4．8  蓝牙服务发现协议4．．1   概述概述           无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN，简称无线个域网)技术就是一种满足上述应用需求的小范围无线连接、微小网自主组网的通信技术 无线个域网技术 v蓝牙(Blue Tooth) vIrDA vHomeRF vUWB vZigbee 4．．2  IEEE802.15标准标准          IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区域网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准 4.2.1 标准构成标准构成v802.15.1是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无线通信规范的一个正式标准v802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共存的推荐规范v802.15.3工作组的兴趣在开发对比于802.11设备是低成本和低功耗的设备的标准上。

v802.15.3a的目标是要在使用同样的MAC层上提供比802.15.3更高的数据率v802.15.4工作组则开发了一个非常低成本、非常低功耗的比802.15.1数据率要低的设备标准     IEEE802.15协议体系结构 WLAN与WPAN 4.3   蓝牙技术简介 v是IEEE802.15.1的基础，源于1994年爱立信公司的一项研究，旨在在移动及其附件之间探求一种新的低功耗、低成本的空中接口v1998年5月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG) v1999年7月SIG公布了蓝牙规范1.0版 v1999年12月公布了蓝牙规范1.0b版v2001年4月公布了1.1版v2003年11月公布了1.2版本v2004年8月公布了2.0版本   4.3.1 蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术优点 v(1)可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；v(2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实现漫游；v(3)低功耗，对人体伤害小；v(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广。

 4.3.3  蓝牙标准文档构成蓝牙标准文档构成v核心规范(core specifications):描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节v概要规范(profile specifications):考虑使用蓝牙技术支持不同的应用每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型(Usage Model) 4.3.4 蓝牙协议体系结构蓝牙协议体系结构核心协议(core protocol)形成五层栈v(1)无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式和传输功率在内的空中接口细节v(2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制v(3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路这包括诸如认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素v(4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层L2CAP提供无连接和面向连接服务v(5)服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。

4.3.5 应用模型应用模型         大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中本质上，一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性 文件传输拨号联网LAN接入同步无绳或内部通信耳机4.3.7 微微网和散布式网络 v蓝牙中的基本联网单元是一个微微网，它由一台主设备和1~7台活跃的从设备组成 v一个微微网中的设备也可作为另一个微微网的一部分存在，并在每个微微网中，起从设备或主设备功能,这种形式的重叠被称为散布式网络(scatternet) 主/从关系  无线网络的配置 4.4  蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范拓拓 扑扑一个逻辑的星形结构中，一个逻辑的星形结构中，高达高达7条并行链路条并行链路调制GFSK数据速率的峰值/Mb/s1RF带宽220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF载波23/79载波的间隔/MHzl传输功率/W0.1微微网的接入FH-TDD-TDMA频跳率/跳/s1600分布式网络的接入FH-CDMA国际上蓝牙的频率分配国际上蓝牙的频率分配 区区 域域调节范围调节范围/GHzRF信道信道美国、欧洲的大部分国家和其他国家中的大部分2．4~2．483 5f＝2．402+nMHz，n＝0，…，78日本2．471~2．497f=2．473+nMHz，n＝0，…，22西班牙2．445~2．475f=2．449+nMHz，n＝0，…，22法国2．4465~2．483 5f=2．454+nMHz，n＝0，…22        蓝牙利用波段中的2.4 GHz波段。

在大多数国家，此带宽足以定义79个1 MHz的物理信道 4.5  蓝牙基带规范蓝牙基带规范v4.5.1 跳频v4.5.2 物理链路v4.5.3 分组v4.5.4 纠错v4.5.5 逻辑信道v4.5.6 信道控制v4.5.7 蓝牙音频4.5.1 跳频v目的：™    (1)它阻碍干扰和多路效应™    (2)它为放置在不同微微网中的设备提供多种接入的形式v总带宽被分为79(几乎所有国家)个物理信道，每个信道的带宽为1MHz在一个伪随机序列中，通过从一个物理信道跳到另一个物理信道，出现了跳频 4.5..2 物理链路物理链路v面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主设备和一个单独从设备的点对点连接间分配固定的带宽在规则的间隔中，主设备通过使用预留的时隙维持SCO链路预留的基本单位是两个连续的时隙(每个在各自的传输方向上)主设备能支持的并行SCO链路高达3个，而从设备能支持2或3个SCO链路SCO分组不重传v异步无连接(asynchronous connectionless，ACL)：主设备与微微网中所有从设备间的一条点对多点的链路。

在未预留给SCO链路的时隙中，主设备能与任一以单时隙为基础的从设备交换分组，包括已在SCO链路上的从设备只有单独的ACL链路可以存在大多数ACL分组使用分组重传 4.5.3  分组分组4.5.4 纠错纠错蓝牙使用三种纠错模式：(1)l/3比例的FEC(forward error correction，前向纠错)2)2/3比例的FEC3)ARQ(automatic repeat request，自动重发请求)4.5.5 逻辑信道逻辑信道(1)链路控制(link control，LC) (2)链路管理(link manager，LM)(3)用户异步(user asynchronous，UA) (4)用户等时(user isochronous，UI) (5)用户同步(user synchronous，US)4.5.6 信道控制信道控制v两个主要的状态：v(1)维持(standy)：默认状态这是一个低功率状态，只有一个本地时钟在工作v(2)连接(connection)：设备作为主站或从站连到微微网 7个临时子状态 (1)寻呼(page)： (2)寻呼扫描(page scan)(3)主站响应(master response) (4)从站响应(slave response) (5)查询(inquiry) (6)查询扫描(inquiry scan)(7)查询响应(inquiry response)状态转换图 4.6  蓝牙链路管理器规范蓝牙链路管理器规范vLMP管理主站与从站间的无线电链路的各个方面。

协议涉及主站和从站的LMP实体间表现为LMP PDU(protocol data unit，协议数据单元)形式的报文的交换报文总是作为单个分组发送，该分组带有一位标识报文类型的负载首部，和一个包含与此报文相关的附加信息的负荷实体 v为LMP定义的过程被分为24个功能区，其中每个都涉及一个或多个报文的交换 4.7  蓝牙逻辑链路控制和自适应协议蓝牙逻辑链路控制和自适应协议v与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一个链路层协议vL2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于更低层(基带层) vL2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路  4.7.1 L2CAP 信道信道v三种类型的逻辑信道：v(1)无连接(connectionless)：支持无连接服务每个信道是单向的，该信道类型一般用   于主站向多个从站广播v(2)面向连接(connection-oriented)：支持面向连接的服务每个信道是双向的(全双工)   每个方向中定义一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范。

v(3)信令(signaling)：提供L2CAP实体问信令报文的交换实例  L2CAP分组 4.7.3 信令命令信令命令码码描描 述述参参 数数0x01命令拒绝理由0x02连接请求PSM、源CID0x03连接响应目的CID、源CID、结果、状态0x04配置请求目的CID、标志、选项0x05配置响应源CID、标志、结果、选项0x06取消连接的请求目的CID、源CID0x07取消连接的响应目的CID、源CID0x08回送请求数据(可选)0x09回送响应数据(可选)0x0A信息请求信息类型0x0B信息响应信息类型、结果、数据(可选)4.7.4 服务质量服务质量vL2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC 1363的通信流规范一个流规范是一套参数，指出发送站点试图达到的性能级别v当被包含在配置请求中时，此选项描述了从发送请求设备发往接收请求设备的通信流v当被包含在正配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了进入的通信流契约v当被包含在负配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了优先进入的通信流 流规范参数组成(1)服务类型(2)令牌速率(字节/秒)(3)令牌桶的大小(字节)(4)带宽峰值(字节/秒)(5)等待时间(微秒)(6)时延变化(微秒)令牌桶图解 4.8  蓝牙服务发现协议蓝牙服务发现协议v在蓝牙规范提出之前，服务发现协议已经存在。

v在蓝牙设备的无线网络中，本地设备发现、利用远端设备所提供的服务和功能，并向其它蓝牙设备提供自身的服务，这是网络资源共享的途径，也是服务发现协议要解决的问题v服务发现协议提供了服务注册的方法和访问服务发现数据库的途径vSIG针对蓝牙网络灵活、动态的特点，开发了蓝牙专用的服务发现协议。