物联网通信技术4PPT课件

.1、近场通信技术蓝牙技术、物联网通信技术，2，3.3蓝牙技术，3 . 3 . 1蓝牙技术概述3 . 3 . 2蓝牙协议架构3 . 3 . 3蓝牙应用和产品，3 . 3 . 3 . 1蓝牙技术概述，蓝牙之源、爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝于1998年5月联合成立了蓝牙特别兴趣小组(BSIG)，并制定了短程无线通信技术标准蓝牙技术。蓝牙技术是一种短程无线电技术。蓝牙技术以短距离、低成本的无线连接取代电缆连接，从而为现有数据网络和小型外围设备提供统一连接。蓝牙技术可以有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和手机等移动通信终端设备之间的通信，以及这些设备与互联网之间的通信，从而使这些现代通信设备与互联网之间的数据传输更加快速高效，拓宽了无线通信的道路。蓝牙技术是无线传输语音和数据的开放标准。蓝牙收发器的一般有效通信距离为10米，最强的可以达到100米左右。(1)拓扑3 . 3 . 1蓝牙技术支持点对点或点对多点语音和数据服务，采用灵活的无基站组网方式。一个蓝牙设备可以同时连接多个蓝牙设备，在有效的通信范围内，所有设备地位平等，拥有相同的权限。首先请求通信的设备称为主机，被动通信的设备称为从机。3.3.1蓝牙技术概述，蓝牙功能，6，(1)该拓扑使用时分多址(TDMA)，一个主机最多可以同时与7个从机通信。由一个主机和多个从机组成的网络成为微微网，也称为微微网。两个或多个微微网设备之间的通信形成一个分散网络。3.3.1蓝牙技术概述，蓝牙的特点，7，由多个蓝牙设备组成的微微网，蓝牙的特点，3.3.1蓝牙技术概述，8、由多个微微网组成的散射网络，蓝牙的特点，3.3.1蓝牙技术概述，9，(2)蓝牙系统由系统一般由天线单元、链路控制(硬件)、链路管理(软件)和蓝牙软件(协议)四个功能模块组成，如图所示。蓝牙的特点，3 . 3 . 1蓝牙技术概述，蓝牙系统的组成，10。天线部分紧凑，属于微带天线。链路控制器单元包括三个集成芯片：连接控制器、基带处理器和射频传输/接收器。此外，使用单独的调谐元件。链路控制器负责处理基带协议和一些其他底层传统协议。3.3.1蓝牙技术概述。11、链路管理(LM)软件模块实现链路建立、认证和链路硬件配置。链路管理器可以发现其他链路管理器，并通过链路管理协议(LMP)建立通信链路。LM提供的服务包括：发送和接收数据、请求名称、链路地址查询、连接建立、认证、链路模式协商和建立以及确定帧类型。蓝牙特性，3.3.1蓝牙技术概述，12、(3)射频特性蓝牙设备的工作频段选择在世界上常用的2.4千兆赫的ISM(工业、科学和医学)频段，用户可以选择2400-2500兆赫范围内合适的蓝牙无线收发器频段。有23或79个通道，通道间隔为1兆赫兹。采用时分双工。蓝牙无线发射机采用调频调制，即利用载波的瞬时频率变化来表示信息，降低了设备的复杂度。蓝牙的特点，3 . 3 . 1蓝牙技术概述，13岁。蓝牙设备的最大传输功率分为3个等级，100毫瓦(20分贝)、2.5毫瓦(4分贝)和1毫瓦(0分贝)。蓝牙设备之间的有效通信距离约为10 100米。(4)跳频是指在接收或发送数据包后跳到另一个频率点。对于单时隙分组，蓝牙的跳频速率是每秒1600跳。对于多时隙数据包，蓝牙的跳频速率会降低，但在建立链路时会增加到3200跳/秒。3.3.1蓝牙技术概述，蓝牙的特点，14，(4)跳频技术还包括802.11b、HomeRF、微波炉、无绳电话和其他2.4千兆赫频带的电子设备。为了与这些设备兼容，蓝牙采用了一系列独特的措施，如AFH(AdaptiveFrequencyHopping)、LBT (Listenbefort)、功率控制来克服干扰和避免冲突。(5) tdma结构tdma(时分复用接入)，即时分复用接入将时间划分为周期性帧，并且每个帧进一步划分为若干时隙以向基站发送信号。在满足定时和同步的条件下，基站可以在每个时隙内无干扰地接收来自每个移动终端的信号。同时，由基站发送到多个移动终端的信号被顺序地安排成在给定的时隙中发送，并且每个移动终端可以在组合信号中区分和接收发送到它的信号，只要它在相应的时隙中接收。(5)时分多址蓝牙具有1兆比特/秒的数据传输速率，并且以数据包的形式在时隙中传输，每个时隙0.625微秒。蓝牙系统支持实时同步定向连接和非实时异步非定向连接，即同步面向连接链路和异步无连接链路。前者主要传输语音等实时信息，而后者主要传输数据。蓝牙的特点，3.3.1蓝牙技术概述。软件层次蓝牙的通信协议采用层次结构，其程序写在一个9毫米9毫米的微芯片上。底层在各种应用中都很常见，而顶层则因具体应用而异。分层结构具有很大的通用性和灵活性。根据通信协议，每个蓝牙设备可以通过手动或自动查询在任何地方找到其他蓝牙设备。3.3.1蓝牙技术概述，蓝牙功能，蓝牙系统的纠错机制分为前向纠错编码(FEC)和分组重传(ARQ)，支持1/3速率的FEC编码和2/3速率的FEC编码。前向纠错编码的目的是减少数据重传的次数，但在无错环境中，前向纠错会降低数据吞吐量。蓝牙的特性，3.3.1蓝牙技术概述，19，(8)全球编码安全，蓝牙可以应用于任何小范围的通信，每个蓝牙设备可以根据IEEE802标准获得唯一的48位BD-ADDR地址码。在BD-ADDR的基础上，通过使用一些性能良好的算法可以得到各种各样的安全码，从而保证设备识别码(ID)在世界上的唯一性。蓝牙技术在物理层、链路层和服务层三个层次提供安全措施，充分保证通信的保密性。蓝牙的特点，3 . 3 . 1蓝牙技术概述，20、蓝牙profile发布的主要技术指标和系统参数。21，3 . 3 . 2蓝牙协议架构，蓝牙协议栈，22、蓝牙协议架构分为四层：核心协议层、替代电缆协议层、电话控制协议层和可选协议层。(1)核心协议基带，链路管理器协议(LMP)，逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)，服务发现协议(SDP)，3 . 3 . 2蓝牙协议体系结构，协议体系结构，23，(2)备用电缆协议层串行模拟协议(RFCOMM)(3)电话控制协议层TCSBinary)AT命令)，3 . 3 . 2蓝牙协议体系结构，协议体系结构，24，(4)可选协议点对点协议(PPP)，用户数据报协议/传输控制协议/互联网协议(UDP/TCP/IP)，对象交换协议(OBEX)，无线应用协议(WAP)，无线应用环境(WAP)，电子名片(vCard/vCal)，红外移动通信(IrMC)，3 . 3 . 2蓝牙协议体系结构，协议体系结构。25，蓝牙核心协议由SIG制定的蓝牙指定协议组成，其他协议根据应用需求确定。下面主要介绍蓝牙核心协议。(1)基带协议基带协议在两个或多个蓝牙单元之间建立物理射频连接。协议架构，3 . 3 . 2蓝牙协议架构，26，(2)链路管理协议(LMP)链路管理协议管理基带层主从网络的操作，并负责两个或更多设备之间的链路建立和控制，包括传输认证和加密，以及管理链路密钥。协议架构、27，(3)逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)位于基带协议之上，为较低层提供数据服务，为较高层提供面向连接和无连接的数据服务。协议架构、28，(4)服务发现协议(SDP)使用SDP，可以查询设备和服务类型，以在蓝牙设备之间建立相应的连接。协议架构、29，3 . 3 . 3蓝牙应用和产品，蓝牙SIG定义了多种应用模型，包括通用接入应用模型、服务发现模型、无绳电话应用模型、对讲系统模型、串口应用模型、耳机应用模型、拨号网络应用模型、传真应用模型、局域网接入应用模型、通用对象交换应用模型、对象推出应用模型、文件传输应用模型、同步应用模型、高质量音频和视频无线传输应用模型、免提应用模型、基本静态图像应用模型等。蓝牙应用模型，30，串行端口配置文件(SPP)定义了蓝牙设备如何使用RFCOMM来模拟串行电缆连接，包括建立模拟串行链路的过程以及与串行模拟协议(RFCOMM)、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)、链路管理器协议(LMP)和链路控制层的互操作性要求。蓝牙应用模型，3 . 3 . 3蓝牙应用和产品，31、蓝牙应用模型、3 . 3 . 3蓝牙应用和产品、串行应用模型SPP协议架构、基带、LMP、L2CAP、RFCOMM、SDP、串行仿真实体、应用、基带、LMP、L2CAP、RFCOMM、SDP、串行仿真实体、应用、为设备a、设备b、32和设备a建立链路和建立虚拟串行端口连接的实现步骤：使用服务发现协议获得应用于远程设备的RFCOMM服务器通道号；作为一种选择，远程设备可能需要自我验证或加密。请求与远程射频通信实体建立新的L2CAP信道；在L2CAP信道上启动RFCOMM会话过程；使用之前获得的RFCOMM服务器通道号在会话上建立新的数据链路连接。蓝牙应用模型，3 . 3 . 3蓝牙应用和产品，33、设备B接受链路和建立虚拟串口连接的实现步骤：如果远程设备需要认证和加密，必须参与认证和加密过程；接受建立L2CAP新渠道的请求；在新建立的信道上建立RFCOMM会话；接受RFCOMM进程中新数据链路的连接。蓝牙应用模型、3 . 3 . 3蓝牙应用和产品。最后，设备B在本地SDP数据中注册服务记录。市场上的蓝牙产品主要包括蓝牙耳机、蓝牙适配器、车载蓝牙多媒体系统、车载蓝牙手机、蓝牙键盘和鼠标、蓝牙网关、蓝牙无线条码扫描枪等。蓝牙技术可以用来连接其他无线设备，下载照片，玩多人游戏，甚至可以自动取钱和订票。蓝牙技术的应用涉及家庭、工作、娱乐等方面，给我们的生活带来了极大的便利，使物联网的概念成为现实。3 . 3 . 3蓝牙应用和产品，2010年7月35日，BluetoothSIG宣布正式采用蓝牙4.0核心规范，并启动了相应的认证计划。蓝牙4.0的标志性特征是2009年底宣布的低功耗蓝牙无线技术规范。该技术运行和待机功耗极低。它可以连