第4章 无线个域网

第4章无线个域网内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.1概述手机、PC机、汽车、音响、电视、微波炉、电冰箱等消费类产品非常普及，人们希望有一种短距离、低成本、小功耗的无线通信方式，实现不同功能单一设备的互联，提供小范围内设备的自组网机制，并通过一定的安全接口完成自组小网与广域大网的互通。无线个人区域网(WirelessPersonalAreaNetwork，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蓝牙(BlueTooth)IrDA：红外数据组织，市场份额昀大HomeRF：家庭设备无线互联的工业标准UWB：超宽带，在很宽频段内发生短脉冲Zigbee：低速率低成本个域网技术内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.2IEEE802.15标准IEEE802.15工作组是IEEE针对无线个人区域网而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准。4.2.1标准构成802.15.1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。802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共存的推荐规范。802.15.3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。802.15.3a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802.15.4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内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.3.1蓝牙技术的诞生与发展为什么叫“bluetooth”Bluetooth是什么蓝牙技术优点(1)可以随时随地用无线接口代替有线电缆连接；(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；(3)低功耗，对人体伤害小；(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广。计算机产品中的蓝牙电话和消费类产品中的蓝牙蓝牙系统蓝牙传输特性4.3.3蓝牙标准文档构成核心规范(corespecifications):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。概要规范(profilespecifications):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(UsageModel)。分为强制、可选和不适用。可划分为电缆替代或无线音频。4.3.4蓝牙协议体系结构核心协议(coreprotocol)形成五层栈(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。(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。(3)链路管理器协议(linkmanagerprotocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。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。(4)逻辑链路控制和自适应协议(logicallinkcontrolandadaptationprotocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。L2CAP提供无连接和面向连接服务。(5)服务发现协议(servicediscoveryprotocol，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。概要规范及接纳协议概要规范(1)RFCOMM：属于电缆替代，提供虚拟串行口(2)TCS-BIN：属于无线音频中的电话控制协议，二进制通话控制规范接纳协议（由其他标准制定并被纳入蓝牙体系结构）(1)PPP：一个在点对点链路上传输IP数据报的因特网标准协议(2)TCP/UDP/IP：属于TCP/IP协议簇的基础协议(3)OBEX：由IrDA开发的会话层对象交换协议(4)WAE/WAP：无线应用环境和无线应用协议4.3.5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。文件传输语音应用其他昀高优先级的应用模型桥接因特网：一台PC可以无线连接到一部移动电话或无绳modem上，提供拨号上网和传真功能。局域网接入：一个piconet上的设备可以接入LAN。同步：为PIM信息提供设备与设备间的同步。蓝牙技术应用（1）蓝牙技术应用（2）蓝牙技术应用（3）蓝牙技术应用（4）蓝牙技术应用（5）4.3.7Bluetooth拓扑结构点-点模式：两个蓝牙设备直接通信蓝牙中的基本联网单元是一个微微网（piconet）它由一台主设备和1~7台活跃的从设备组成。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)。多达256个piconet可以连接成更大的网络。拓扑结构Bluetooth中的piconetBluetooth中的scatternet内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.4蓝牙无线电规范4.4蓝牙无线电规范FH-CDMA分布式网络的接入1600频跳率/跳/sFH-TDD-TDMA微微网的接入0.1传输功率/Wl载波的间隔/MHz23/79RF载波2.4GHz,ISM波段RF波段220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF带宽1数据速率的峰值/Mb/sGFSK调制一个逻辑的星形结构中，高达7条并行链路拓扑国际上蓝牙的频率分配f=2.454+nMHz,n＝0,…,222.4465~2.4835法国f=2.449+nMHz,n＝0,…,222.445~2.475西班牙f=2.473+nMHz,n＝0,…,222.471~2.497日本f＝2.402+nMHz,n＝0,…,782.4~2.4835美国、欧洲的大部分国家和其他国家中的大部分RF信道调节范围/GHz区域蓝牙利用波段中的2.4GHz波段。在大多数国家，此带宽足以定义79个1MHz的物理信道内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.5蓝牙基带规范4.5.1跳频4.5.2物理链路4.5.3分组4.5.4纠错4.5.5逻辑信道4.5.6信道控制4.5.7蓝牙音频4.5.1跳频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。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。4.5.1跳频（续）4.5.2物理链路（1）4.5.2物理链路（2）4.5.2物理链路（3）4.5.3分组信道接入码设备接入码询问接入码4.5.4纠错蓝牙使用三种纠错模式：(1)l/3比例的FEC(forwarderrorcorrection，前向纠错)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automaticrepeatrequest，自动重发请求)。4.5.5逻辑信道(1)链路控制(linkcontrol，LC)：在链路接口管理分组的通信流，包含ARQ、流控制和负荷特征等。(2)链路管理(linkmanager，LM)：传输链路管理信息。(3)用户异步(userasynchronous，UA)：传送异步的用户数据。(4)用户等时(userisochronous，UI)：传送“等时”信息。(5)用户同步(usersynchronous，US)：传送同步的用户数据。4.5.6信道控制两个主要的状态：(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。(2)连接(connection)：设备作为主站或从站连到微微网。七个临时的状态：(1)寻呼(page)(2)寻呼扫描(pagescan)(3)主站响应(masterresponse)(4)从站响应(slaveresponse)(5)查询(inquiry)(6)查询扫描(inquiryscan)(7)查询响应(inquiryresponse)4.5.6信道控制（续）微微网的建立查询过程寻呼过程状态转换图Bluetooth的节能连接状态模式转移图4.5.7蓝牙音频两种编码模式：(1)脉冲编码调制（PCM）(2)连接可变斜率增量调制（CVSD）采取哪种编码模式由两个设备的链路管理器选择内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.6蓝牙链路管理器规范LMP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LMPPDU(protocoldataunit，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。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。4.6蓝牙链路管理器规范（续）内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.7.1L2CAP信道实例L2CAP分组PSM：协议/服务多路复用器，表示高层收到分组的负载。匹配请求和回应4.7.3信令命令信息类型、结果、数据(可选)信息响应0x0B信息类型信息请求0x0A数据(可选)回送响应0x09数据(可选)回送请求0x08目的CID、源CID取消连接的响应0x07目的CID、源CID取消连接的请求0x06源CID、标志、结果、选项配置响应0x05目的CID、标志、选项配置请求0x04目的CID、源CID、结果、状态连接响应0x03PSM、源CID连接请求0x02理由命令拒绝0x01参数描述码4.7.4服务质量L2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC1363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。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。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。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（0,1,2）(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)内容提要4.1概述4.2IEEE802.15标准4.3蓝牙技术简介4.4蓝牙无线电规范4.5蓝牙基带规范4.6蓝牙链路管理器规范4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议4.8蓝牙服务发现协议4.8蓝牙服务发现协议（SDP）在蓝牙规范提出之前，服务发现协议已经存在。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