蓝牙技术30671.ppt

1,蓝牙技术简介,周杰英中山大学电子系,2,蓝牙(Bluetooth)是什么？,一个开放性的、短距离无线通信技术标准。本质上说它是一种代替线缆的技术。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种固定与移动数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。,名称起源：“蓝牙（Bluetooth）”本是10世纪丹麦国王Harald的别名，他曾使丹麦归于一统。开发商瑞典的Ericsson使用这个名字，意在形成统一的标准，成为全球通用的无线技术。,3,蓝牙的发展历程,1994年，爱立信最早提出蓝牙概念1998年5月，爱立信、诺基亚、IBM、英特尔和东芝组成了蓝牙特殊利益集团（BluetoothSIG）1999年7月，蓝牙1.0标准公布目前蓝牙SIG正式会员已经超过2200个目前蓝牙的公开版本是1.1，正在酝酿2.0版本,蓝牙SIG的三种会员发起会员(Promoter)：爱立信、诺基亚、IBM、英特尔、东芝、微软、3COM、朗讯、摩托罗拉合作会员(AssociateMember)接受会员(Adopter),4,蓝牙技术特征(1)射频技术,蓝牙的载频选用全球通用、不需营运许可的2.45GHzISM频段（Industrial,ScienceandMedicine）依据各国具体情况，可得到79或23个1MHz带宽的信道最大发射功率：100mW，2.5mW和1mW有效通信距离：一般连接范围是从110m，但通过增加传送能量的方法，其范围可扩大到100m,北美和欧洲多国：79个频道，载频为2402+kMHz(k=0,1,78)，频段范围24002483.5MHz法国：23个频道，载频为2454+kMHz(k=0,1,22)西班牙：23个频道，载频为2449+kMHz(k=0,1,22)，变更中日本：原为23个频道，1999年10月起改为统一的79个频道中国：信息产业部2001年已选定24002483.5MHz频段为ISM频段,5,蓝牙技术特征(2)TDMA结构,Bluetooth的基带符号速率为1Mb/s，采用数据包的形式按时隙传送，每时隙0.625ms(即1/1600ms)。Bluetooth系统支持两种联接链路：实时的同步定向连接：SCO链路（SynchronousConnection-OrientedLink）传送话音等实时性强的信息，在规定的时隙传输非实时的异步不定向连接：ACL链路（AsynchronousConnection-LessLink）以数据为主，可在任意时隙传输数据包分成链路控制包、SCO包和ACL包3大类。大多数数据包只占1个时隙，但有些占3个或5个时隙,6,蓝牙技术特征(2)TDMA结构,Bluetooth支持64kb/s的实时语音传输和各种速率的数据传输，语音和数据可单独或同时传输当仅传输语音时，Bluetooth设备最多可同时支持3路全双工的话音通信（SCO链路）当语音和数据同时传输或仅传输数据时，支持433.9kb/s的对称全双工通信，或723.2kb/s、57.6kb/s的非对称双工通信（ACL链路），后者特别适合无线访问Internet,语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制CVSD（ContinuosVariableSlopeDeltaModulation），CVSD之抗干扰性能比PCM更好，更适宜于无线链路上的话音通信,7,蓝牙技术特征(3)跳频技术,跳频是Bluetooth的关键技术之一。所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干(79或23)跳频信道，即使在单一链接的情况下，蓝牙芯片所操控的收发器也会按照一定的码序列（“伪随机码”）不断地从一个信道“跳”转到另一个信道。而接收方亦按照同样的跳转规律进行信道切换。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道规律，那么从理论上来讲是无法获得完整信息的。而对干扰来说不可能存在按同样的规律介入的干扰源存在，跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使Bluetooth系统具有够高的抗干扰能力，如此便可以保证传送的完整性。,8,蓝牙技术特征(3)跳频技术,与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统都更稳定。虽然采用了跳频技术避免了大部分干扰的发生，但在偶然的情况下，外界干扰仍然有可能扰乱某个跳频信道使接收受到影响，为此蓝牙设计中亦预设了纠错方案使传送错误可以得到纠正。,Bluetooth的跳频速率：对应于单时隙包，Bluetooth的跳频速率为1600跳每秒对应于多时隙包，跳频速率有所降低但在建链时(包括寻呼和查询)则提高为3200跳每秒802.11无线局域网的跳频速率：2.5跳每秒（至少30秒每访问79个信道）,9,蓝牙技术特征(4)网络结构,蓝牙系统采用分散式网络结构，支持点对点及点对多点通信在蓝牙系统中，几个蓝牙组件unit(最多8个)以主从方式构成微微网(Piconet)，微微网之间以特定方式构成分散式网络(Scatternet)，每个微微网使用不同跳频序列来区分。构成分散式网络的微微网之间是一种非固定的、临时的、甚至是随机性的连接，但这种连接是自动完成的。,10,蓝牙技术特征(4)网络结构,在任一有效通信范围内，所有设备的地位都是平等的。首先提出通信要求的设备称为主设备(Master)，被动进行通信的设备称为从设备(Slave)。利用TDMA，一个Master最多可同时与7个Slave进行通信并和多个Slave（最多可超过200个）保持同步但不通信。一个Master和一个以上的Slave构成Piconet。若两个以上的Piconet之间存在著设备间的通信，则构成Scatternet。,基於TDMA原理和Bluetooth设备的平等性，任一Bluetooth设备在Piconet和Scatternet中，既可作Master，又可作Slave，还可同时既是Master又是Slave。因此，在Bluetooth中没有基站的概念。另外，所有设备都是可移动的。,11,蓝牙技术特征(5)其他,全球性地址任一蓝牙设备，都可根据IEEE802标准得到一个全球唯一的48bit的BD_ADDR。它是一公开的地址码，可以通过人工或自动进行查询。在BD_ADDR基础上，使用一些性能良好的算法可获得各种保密和安全码，从而保证了设备识别码(ID)在全球的惟一性，以及通信过程中设备的鉴权和通信的安全保密。协议分层和许多通信系统一样，Bluetooth的通信协议采用层次结构。其底层为各类应用所通用，高层则视具体应用而有所不同，大体上分为计算机背景和非计算机背景两种方式，这种层次结构使其设备具有最大可能的通用性和灵活性。,12,蓝牙协议简述,整个蓝牙协议体系结构分4层:核心协议层线缆替代协议层电话控制协议层选用协议层核心协议是蓝牙专利协议，完全由蓝牙SIG开发，它包括:基带协议(Baseband)连接管理协议(LMP)逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)以及服务发现协议(SDP),13,蓝牙协议简述,基带BB和射频部分一起工作，负责建立微微网内各蓝牙设备单元之间的物理射频链路，控制数据分组在指定的时隙和指定频率上发送，使用查询和寻呼进程实现不同蓝牙组件的发送频率和时钟的同步。连接管理协议LMP负责蓝牙组件间连接的建立和控制。包括：进行身份鉴权和加密；确定基带数据分组大小；控制微微网内蓝牙组件的连接状态等。逻辑链路控制和适配协议L2CAP是基带的上层协议，可以认为它与连接管理协议平行工作，当业务数据不经过连接管理协议时，L2CAP为上层提供服务。服务发现协议SDP在蓝牙协议栈中具有重要作用，它是所有用户模式的基础，使用SDP可以查询到蓝牙组件信息和服务类型，从而在蓝牙组件间建立相应的连接。,14,蓝牙协议简述,电缆替代协议层RFCOMM是蓝牙SIG基于欧洲电信标准协会的ETSITS07.10标准开发的协议，用于在蓝牙基带协议上仿真RS232的控制和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议提供支持。电话控制协议层TCP包括电话控制二进制协议(TCSBinary)和电话控制AT命令两部分，前者是蓝牙SIG基于国际电联的ITUTQ.931标准开发的面向比特协议，定义了蓝牙组件间建立语音和数据呼叫的控制信令，以及处理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。选用协议层是根据具体应用选择采纳的现有高层协议，使原有的应用程序可用于蓝牙技术，保证了蓝牙技术能够与现有协议的融合以及各种应用之间的互通性。选用协议包括点对点协议(PPP)、TCP/UDP/IP、对象交换协议(OBEX)和无线应用协议(WAP)等。,15,蓝牙VS其它无线技术,红外850nm的红外线，通信速率4Mbit/s,发射功率100mW，通信范围1m，点对点，要求直线视距HomeRF(HomeRadioFrequency)2.4GHzISM频段，跳频扩频技术，通信速率12Mbit/s，通信范围50m，最多支持127个设备HomeRF主要是针对家庭无线局域网的目标IEEE802.11802.11无线局域网标准，又称Wi-Fi2.4GHzISM频段，跳频扩频/直接扩频技术，通信速率111Mbit/s，通信范围100m，支持多个设备。只支持数据通信，VoIP语音信道,16,蓝牙的前景,蓝牙技术是2001年无线通信业界和家用电器业界最热门的话题之一。今年以来，蓝牙产品陆陆续续进入市场：爱立信推出了蓝牙手机及耳机摩托罗拉、诺基亚和Alcatel也推出了具有蓝牙功能的手机；东芝和IBM公司推出了笔记本电脑的蓝牙PC卡；IBM和联想推出了具有蓝牙功能的笔记本电脑；还有，具有蓝牙功能的打印机、数码相机、手表和收音机也已推出。获得蓝牙认证的产品数目前已超过157种。,17,蓝牙的前景,进入2001年，蓝牙技术面临挑战，部分技术开发商们正在背弃蓝牙，转向802.11：英特尔通讯策略主管表示，蓝牙在无线网络标准竞赛中已经被淘汰出局，无法成为主流技术，取而代之的无线上网标准将会是IEEE802.11。微软公司宣布放弃在下一代视窗操作系统软件WindowsXP中支持蓝牙技术的计划，并解释主要因为市面上工作非常稳定的蓝牙产品还十分缺乏。与蓝牙相比，802.11技术上已经比较成熟，目前市场正迅速扩大，成本却与蓝牙大抵相当。一些业界权威专家的看法是在相当长一段时间之内，蓝牙与802.11这两种标准是可以共存的，各有各的市场和用武之地。,18,蓝牙在中国,“第一届中国蓝牙技术国际交流会”于2001年3月1日在广州召开。市政府认为：蓝牙有很大的市场及产业化前景，国际