153-无线个人网PAN 蓝牙（BlueTooth）.ppt
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 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 interest 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,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：General Inquire Access Code DIAC: Dedicated Inquire Access Code FHS: 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,
