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1、无线个人网PAN 蓝牙(BlueTooth),物联网技术基础之,内容目录,无线个人网,无线个人网（WPAN）Wireless Personal Area Network IEEE 802.15 WPAN VS WLAN 覆盖范围更小（大约10m）速率更低（大约1Mbps）只支持ad hoc 拓扑结构 功耗低（大约1mW），成本小,美国电气和电子工程师协会(IEEE)是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的专业技术组织之一,内容目录,BlueTooth,概 述,距离短（10 m）功耗低 2.4 GHz（使用ISM频段）Industrial Scientific Medical
2、 优势：世界范围内可用 劣势：与IEEE 802.11b产品相互干扰 声音和数据传输，总带宽为1Mbps 成本低 低于US$5/蓝牙芯片,概 述,数据和语音访问点 实时语音和数据传输 电缆替代 免除杂乱不便的电缆连接 Ad hoc 网络 在射频范围内，蓝牙设备之间可以互联,BlueTooth,历 史,1994 年,1998 年,1999 年,目 前,Ericsson开始初始研究,Ericsson,Nokia,IBM,Toshiba和Intel 成立了特别兴趣小组，来开发蓝牙标准,第一个规范颁布，被称为IEEE 802.15 无线个人网,超过1000家公司加入到了SIG（special inte
3、rest group)）,Harald Blaatand 在英语中翻译为“Bluetooth”A.D.940-981 古代丹麦和挪威的国王，以统一了因宗教战争和领土争议而分裂的挪威与丹麦而闻名于世这个典故也是蓝牙技术发起成员（Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba）的灵感所在 希望通过“蓝牙”来统一全球的WPAN标准,为什么称为“BlueTooth”？,BlueTooth,电缆替代 Ad hoc个人网（例如，在会议室范围内连接多个用户）蓝牙网关：使蓝牙设备能够接入数据和语音骨干网络,应用场景,SQL Server 2005,Socket 通讯,Symbian/S60,
4、应用模式,文 件 传 输,Internet 桥,LAN 接 入,数 据 同 步,3 合 1 电 话,无线耳机 远程设备的语音接口,蓝牙网关,蓝牙语音网关,BlueTooth,微微网（Piconets）,主要技术组网方式,Piconets,蓝牙网络的基本 模式 设备以ad hoc模 式连接的网络称 为Piconet,每一个Piconet有 一个主设备和多达 7个从设备相连 主设备控制通信过 程，在某一时刻一 个主设备只能和一 个从设备通信,在连接之前，设备处于“待命”（standby）模式，每隔 1.28s接收1次消 息,“暂停”设备不 计入7个从设 备范畴，不发 送数据，但与 主设备同步,微微
5、网结构图,主要技术组网方式,分散网（Scatternet）,主要技术组网方式,Scatternet,一个蓝牙设备可 以在一个Piconet 中为主设备，而 在另一个Piconet 中为从设备,允许多个 设备共享 同一区域 高效利用 带宽,通过共享主设 备或者从设备 可以实现多个 Piconet互联，从而形成分散 网,一个蓝牙设备不 能同时在两个 Piconet中作为主 设备,分散网结构图,主要技术组网方式,Piconets,核心协议 射频 基带 链路管理协议(LMP)逻辑链路控制和适应协议(L2CAP)服务发现协议(SDP),主要技术协议结构,主要技术蓝牙协议栈模型,链路管理（LMP）负责蓝牙
6、组件间连接的建立。通过连接的发起、交换、核实，进行身份鉴权和加密等安全方面的任务；通过协商确定基带数据分组 大小。逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）位于基带协议层之上，属于数据链路 层，是一个为高层传输和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议。其完成数据 的拆装、基带与高协议间的适配，它允许高层协议和应用接收或发送长过64K字节的L2CAP数据包。服务发现协议（SDP）是极其重要的部分，它是所使用模式的基础。通过 查询设备信息，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。,在主/从设备间可以建立两种链路-面向连接的同步(SCO),主要技术 物理链路,面向连接的同步(SCO),在固定的时间间 隔预定
7、时隙,用于时延敏感 业务，例如声 音,主设备可以同时 支持3个SCO,在主/从设备间可以建立两种链路-异步无连接(ACL)链路,主要技术 物理链路,使用可变包大小，支持非对称数据速率,提供尽力服务，用于数据传 输,在一个 Piconet中 只能有一 条ACL链 路,异步无连接(ACL)链路,备用(Standby)设备没有连入Piconet状态 查询 设备向通信范围内的其他设备发送查询信息 该设备变为主设备 其他设备的定时和 ID信息发送给主设备 这些设备变为从设备 寻呼 主设备通过寻呼信息向从设备发送其定时和ID信息 Piconet建立，通信会话开始,主要技术连接管理：建立连接,主要技术连接管
8、理：电源节省模式,保持（Hold）模式 在保持模式下不能进行数据传输 在一个Piconet内的保持模式时间内，该设备可以与其他Piconet 相连 适合应用于可以预测或控制下一次数据传输时间的应用 呼吸（Sniff）模式 设备降低监听Piconet的频率（有规律），可以维护SCO链路 暂停（Park）模式 设备放弃其成员地址资格（不能维护已建立的SCO链路），但仍 与Piconet保持同步 不再参与Piconet通信，但仍然检查Piconet广播消息,主要技术网络建立,GIAC或DIAC,DAC,FHS数据包,FHS数据包,从DAC(Device Access Code),GIAC：Gener
9、al Inquire Access CodeDIAC:Dedicated Inquire Access CodeFHS:Frequency Hopping Synchronization,首先，主设备使用接入码（GIAC/DIAC）查询一定范围内蓝牙设备。附近的蓝牙设备正在侦听这些查询，它就会通过发送自己的地址和时钟信息（FHS数据包）给主设备,来响应主设备。发送这些信息之后，从设备就可是侦听来自主设备的寻呼消息。主设备在发现范围内的蓝牙设备之后可以寻呼这些设备以建立连接。处于寻呼扫描状态的从设备如果被该主设备寻呼到，则从设备可以立即用自己的设备访问码（DAC）作为响应。主设备接收到来自从设备
10、的响应之后即可传送主设备的实时时钟、BD_ADDR、BCH奇偶位以及设备类别（FHS数据包）作为响应。从设备收到该FHS数据包后，主设备和从设备即进入连接状态。,主要技术网络建立的过程,两台蓝牙设备之间的连接过程：,连接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知，就采用寻呼 信息(Page message)建立连接；如果地址未知，就采用查询信息（Inquiry message）建立连接。查询信息主要用来查询地址未知的设备（如公用打印机、传真机等），它与寻呼信息类似，但需要附加一个周期来收集所有的应答。在寻呼状态（Page state），主设备在16个跳频频率上发送一串相同的寻呼信息给从设备，如果没有收到应答，主设备就在另外的16个跳频频率上发送该信息。主设备到从设备的最大时延为两个唤醒周期（2.56秒），平均时延为半个唤醒周期（0.64秒）。,主要技术网络建立的过程,几种无线网络的比较,参数 802.16a 802.11 802.15(WiMAX)(WLAN)(Bluetooth)频宽 2-11GHZ 2.4GHZ 2.4GHZ范围 31miles 100meters 10 meters数据传输率 70Mbps 11Mbps-1Mbps 55Mbps用户数量 数千人 几十人 几十人,THE END,
