物联网与短距离无线通信技术[董健] 第二章PPT课件

第二章bluetooth技术、2、本章内容、bluetooth技术概要、bluetooth应用组网形式协议栈、3、2.1.1bluetooth”的由来、“bluetooth”的由来有传说性的颜色。 公元10世纪的北欧是动荡的时代，各国间的战争频繁，丹麦王哈拉德二世站起来，到处呼吁和平。 经过他不懈的努力，战争终于停止，各领导人坐在谈判桌上。 至此，分裂的挪威和丹麦统一了。 关于这位国王的名字，有两种说法：他的全名是HaraldBlatand，Blatand在英语中的意思是“Bluetooth”，这位英雄丹麦国王非常喜欢吃蓝梅，牙齿染成了蓝色，“Bluetooth” 4，4，1000年后的今天，世界范围内电子设备技术发展迅速。 瑞典爱立信于1994年成立了专门的科研团队，研究手机及其附件的低功耗、低成本无线连接的可能性，他们的首要目的是建立无线电话与PC卡、耳机与台式机等产品的连接。 但是，随着研究的深入，科学研究者越来越感受到这一技术的个性和巨大的商业潜力，同时意识到某企业的实力不能继续研究，爱立信将其向世界公开，说服其他企业参与研究。 2.1.1“蓝牙”的由来，5，5，1000年后的今天，世界范围内电子设备技术迅速发展。 瑞典爱立信于1994年成立了专门的科研团队，研究手机及其附件的低功耗、低成本无线连接的可能性，他们的首要目的是建立无线电话与PC卡、耳机与台式机等产品的连接。 但是，随着研究的深入，科学研究者越来越感受到这一技术的个性和巨大的商业潜力，同时意识到某企业的实力不能继续研究，爱立信将其向世界公开，说服其他企业参与研究。 他们的共同目标是建立全球范围内的小范围无线通信技术，将该技术命名为“蓝牙”，将该新的无线传输技术传播到全球，实现全球共同的野心。 6、6、6,1998年2月，瑞典ERICSSON、芬兰NOKIA、东芝、美国IBM和英特尔5家知名厂商组成了特别利益集团sig。 此后，蓝牙受到越来越多企业的关注。 1999年11月，比尔盖茨在拉斯维加斯探访了仅有11名员工的小公司。 因为这家公司开发了包含蓝牙技术的徽章，所以微软宣布加入了SIG。 目前，包括索尼、惠普和戴尔在内的2500多家公司加入该组织，共享这一高级技术，数量不断增加，导致了全球蓝牙热潮。 这么多精英公司集中在技术的大旗下，在商业史上是前所未有的，公开的全球统一的技术规范在工业界如此广泛地受到关注和支持，也是前所未有的。 这说明基于该技术的产品具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。 2.1.1bluetooth”的由来，7、2.1.2bluetooth技术的概要，bluetooth是开放的无线通信标准，设计者用隐形电缆代替电缆是理所当然的。 其目标和目的是维持联系，不依赖电缆，拒绝插头，重建人们的生活方式。 它能够代替当前的电缆连接方式，通过统一的短距离无线链路在各信息设备之间穿过墙壁和公文包，实现方便、灵活、安全、低成本的语音和数据通信。 8、推广并扩大无线通信应用范围，使网络中的各种数据与语音设备能够相互连接，实现个人区域内高速灵活的数据与语音通信。“蓝牙”技术的目的是在特定的移动电话、笔记本电脑及各种移动通信设备的主机间实现近距离的无缝资源共享。 2.1.2蓝牙技术概述、9、作为无线数据和语音通信的开放全局标准，蓝牙技术基于低成本的近距离无线连接来建立用于固定与移动设备的通信环境的特殊连接，并且完成数据信息的短距离无线传输。 其本质内容是建立通用无线接口(RadioAirInterface )及其控制软件的公开标准，将通信和计算机进一步结合起来，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线和电缆相互连接的情况下，能够在近距离内具有相互操作、相互操作的性能2.1.2蓝牙技术概述，10，蓝牙1.0技术指标和系统参数，2.1.2蓝牙技术概述，11，2.1.2蓝牙技术概述，12，2.1.3蓝牙技术特点，蓝牙技术应用于移动设备bluetooth技术具有以下技术特性，因为它以相同的成本和安全性完成了典型的缆线功能，并尝试将移动用户从缆线限制中解放出来：13、1 .为了以低成本代替普通线缆，必须具有与普通线缆相同的价格，为许多普通消费者所接受，不能推广该技术。 蓝牙的最终目标是集成到单价为5美元的CMOS芯片中。 目前蓝牙芯片价格并没有下降，既有经济原因，也有技术原因。 从技术上看，蓝牙芯片集成了无线电、基带和链路管理功能性，但是链路管理功能实际上可以在硬件和软件中实现，而链路管理功能性的提供简化了芯片并且价格合理。 2.1.3蓝牙技术的特点，14，2 .低功耗，小型蓝牙技术原本旨在将小型移动设备与其外围设备互相连接，市场目标是移动笔记本电脑、手机、小型PDA及其外围设备，因此蓝牙芯片应用于小型移动设备蓝牙产品的输出非常小(仅1mW )，微波炉使用功率的百万分之一，作为移动电话的极小部分3 .近场通信蓝牙技术的通信距离为10m，可以根据需要选择放大器来扩展至100m。 现在，您可以在办公室中自由安排外围设备，而无需担心电缆是否足够长。 与其他无线信号一样，2.1.3蓝牙技术的特征；15、4 .安全性或是蓝牙信号是简单地被监听的； 蓝牙系统认证和加密服务由物理层提供，采用流密码加密技术并适于硬件实现，密钥由上层软件管理。 如果用户具有更高级别的保密要求，则可以使用更高级别、更有效的传输层和应用程序层安全机制。 身份验证可以有效地防止电子欺诈和意外访问，加密可以保护链路的隐私。 此外，跳频技术的机密性和蓝牙的有限传输范围也使窃听变得困难。 但是，在提供链路级别认证和加密的同时，用户友好的访问高公共性应用模型(如服务发现和商务卡虚拟交换)也会受到阻碍。 因此，为了满足这些不同的安全需求，蓝牙协议定义了三种安全模式。 模式1不提供安全性，模式2提供商级安全性，以及模式3提供链路级安全性。 2.1.3蓝牙技术特点，包括16、2.1.4蓝牙系统，该系统一般包括天线单元、链路控制(固件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件(专业) 1 .天线单元蓝牙是蓝牙天线或微带天线，因为天线部分的尺寸要求非常小和重量轻。 蓝牙无线接口的天线级别是基于0dB而建立的。 空中接口符合FCC级别为0dB的ISM频带标准。.17、2 .链路控制(固件)单元当前在蓝牙产品中使用三个IC作为分别连接的控制器、基带处理器和射频收发器，并且使用30到50个单独调谐元件。 基带链路控制器负责处理基带协议和其它低级别传统协议。 它有三种纠错方法：1/3比例的前向纠错(FEC )码，2/3比例的前向纠错码和数据自动重传(ARQ )方法。 采用FEC (前向纠错)方案的目的是减少重传数据的次数，减少数据传输的负荷。 18，但是为了实现无数据错误的传输，FEC必须产生一些不必要的开销比特以降低数据传输效率，这是2.1.4蓝牙系统。 这是因为数据包灵活地定义了是否使用FEC。 保护头部总是占据FEC码的三分之一的比例，包括有用的链接信息。 2.1.4蓝牙系统配置，19，3 .链路管理(软件)单元链路管理(LM )软件模块具有链路的数据设置、认证、链路硬件配置及其它协议。 所述LM可以发现其它远程LM并经由链路管理协议(LMP )进行通信。 LM模块决定发送和接收数据以及建立请求名称链路本地地址查询连接的认证链路模式协商和建立帧的类型。 另外，控制设备的动作状态，即呼吸(Sniff )、保持(Hold )、休止(Park )这3个模式。 将设备置于呼吸模式时，主机(Master )只能定期在特定时间段发送数据，2.1.4蓝牙系统配置，20，Slave降低Pioconet发出的“听”消息的速度，并根据应用要求适当调整“呼吸”间隔在此模式下，只有一个内部计数器工作。 Slave也可以处于活动状态，处于Hold模式。 激活处于Hold模式的单元后，数据传输也立即重新开始。 Hold模式通常用于连接多个Piconet或低功耗设备(如温度传感器)。 由2.1.4蓝牙系统构成。 21、在Park模式下，设备与Piconet同步，但没有数据传输。 在Park模式下工作的设备放弃MAC地址，偶尔听到Master消息，恢复同步并检查广播。 连接类型定义哪种类型的包可用于特殊连接。 蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接(SCO，SynchronousConnectionOriented )，主要用于传输语音蓝牙基带部分在物理层向用户提供保护和信息隐私机制。 认证基于“请求响应”算法。 2.1.4蓝牙系统配置，22授权是蓝牙系统的重要部分，用户可以建立个人蓝牙设备的信任域。 例如，只有所有者自己的笔记本电脑才能通过所有者自己的移动电话进行通信。 加密用于保护连接的个人信息。 密钥由程序的高层管理。 网络传输协议和应用程序可以为用户提供强大的安全机制。 23、4 .软件(协议栈)单元蓝牙软件(协议栈)单元是独立的操作系统，它们没有捆绑在操作系统上，并且它们配置有2.1.4蓝牙系统。 必须符合蓝牙标准。 蓝牙标准是针对个人区域内无线通信制定的协议，第一部分是定义射频、基带、连接管理、服务信息公开、传输层以及与不同通信协议的互用性、互用性等组件的核心部分。 2.1.4蓝牙系统配置24，第二部分是协议的子集(简档)部分，规定不同蓝牙应用(还称为使用模式)所需的协议和过程。 蓝牙标准协议栈仍采用分层结构，完成了数据流滤波和传输、跳频和数据帧传输、建立和释放连接、链路控制、数据拆卸、业务质量(QoS )、协议复用和重用等功能。设计协议栈(特别是上层协议栈)的原则是最充分利用现有的协议，其中上层应用协议(协议栈的垂直层)使用公共数据链路和物理层。 2.1.4蓝牙系统配置和25的蓝牙协议分为4层，其中核心协议层、电缆交换协议层、电话控制协议层以及所采用的其它协议层。 蓝牙协议栈包括主机控制接口(HCI )和音频(Audio )接口。 HCI是基带控制器、链路管理器、硬件的状态和访问控制寄存器的命令接口。 音频接口可以用来在直接连接到基带的一个或多个蓝牙设备之间转发音频数据。 此外，该系统包括2.1.4蓝牙系统，并且通过蓝牙技术将各种便携式计算设备与移动电话无线链路连接，以便将通信紧密地耦合到计算机，使得人们能够随时在任何地点交换和传输数据信息。 因此蓝牙技术出现不久，已经受到众多行业的关注。 根据国际开发中心(IDC )的预测，到2004年，bluetooth将在美国集成102万台设备，在全球集成449万台设备的2006年，其市场规模将达到7亿美元。 新的无线通信时代开始了。 2.1.4蓝牙系统配置，27，蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有着非常广泛、吸引人的应用前景，对未来无线移动数据通信业务也有很大推动作用。 蓝牙技术飞跃发展。 但仍需解决大量应用技术的详细问题，仍是一项发展中的技术。 例如，为了不错误地发送和接收语音和数据信息，用户需要对各个应用的各种设备设置公共频率，即，对于每个用户设置不同的频率是必须的，并且在无线连接时不能被错误地发送和接收或者被滥用。 28、bluetooth标准不能解决硬件兼容性，它会影响运行bluetooth技术的软件。 并且，蓝牙标准本身能否解决安全问题也是蓝牙能否成功的重要因素。 2.1.4蓝牙系统配置，29，内容，蓝牙概述蓝牙应用网络格式协议栈，30，耳机，31，PC与其他设备的连接，32，自动同步，办公室，家庭，2.2蓝牙应用其他应用程序，无绳电话拨号网faxlan接入文件传输，2.2蓝牙应用程序，34，相关产品，NotebookPCs不对称时723.2kbps相反，57.6kbps的acl和SCO同时工作2.4蓝牙协议、60、分组结构、2.4蓝牙协议、61、访问代码和类型ChannelAccessCode(CAC )可以将Piconet.DeviceAccessCode(DAC )用于寻呼， 回答paging.InquiryAccessCode(IAC )的一般IAC(GeneralIAC )是一般查询操作中使用的专用IAC(DedicatedIAC，63个)是专用查询操作，2.4蓝牙协议，62，标头，地址packet type (4bits ) flow control (1bit )