无线个域网与Bluetooth

无线个域网与Bluetooth,张明军,友情提示：本章内容理论性较强，但,提纲,无线个域网WPAN蓝牙体系蓝牙的核心协议蓝牙的profile,无线个域网,无线个域网络（WirelessPersonalAreaNetwork）是为了实现活动半径更小：数米业务类型丰富：话音、数据、多媒体面向特定群体：家庭与小型办公室智能终端的无缝连接而提出的无线网络技术。,无线个域网技术,红外技术Zigbee超宽带技术（UWB）家庭射频（HomeRF）蓝牙,无线个域网标准,IEEEWPAN规范标准主要集中在802.15系列802.15.1：是蓝牙底层协议的正式标准化版本，大多数标准制定仍由SIG完成802.15.1基于Bluetooth1.1802.15.1a对应Bluetooth1.2802.15.2：解决WPAN与WLAN共存问题802.15.3：WiMedia，802.15.3a物理层使用UWB的多频段OFDM，480Mb/s802.15.4：Zigbee，是低功耗、低复杂性、低速率的WPAN标准,WPAN标准对比,WPANVisionIEEE,IEEE802.15系列,LayersFocused,蓝牙（Bluetooth）,Bluetooth,蓝牙是一种短距无线通信技术规范目标：替代便携设备的连接线缆特点：可靠、低功耗、低成本短程：最大传输距离10米性能中等：721Kbps动态配置：自主联网/漫游功耗：”Bluetooth”丹麦的国王（A.D.940985）统一了丹麦和挪威寓意统一不同制造商的不同设备2000年5月发布了蓝牙应用新图标,Bluetooth的应用,蓝牙好在哪里？没有线缆连接时个域网（PAN）使得一组个人设备协同工作位置感知服务仅在有限范围内并且需要时访问额外资源充当进入Internet的桥梁构建家庭网络运动中组网,连接计算机以及其他外部设备,支持自组织网络,充当访问Internet的接入点,构建家庭网络,运动中的连接,蓝牙系统,蓝牙模块,蓝牙应用实例,蓝牙传输特性,2.4GHzISM频带传输距离为10米连接便携式和固定设备点/点和点/多点模式数据速率同步（电路交换技术）64kbps异步（分组交换技术）433.9kbps（对称）723.2kbps（非对称）,蓝牙拓扑结构,点/点模式point-to-point两个蓝牙设备直接通信Piconet（微网）point-to-multipoint共享相同信道8个蓝牙设备可在小型网络内通信7个从设备和一个主设备通信Scatternet（散网）point-to-multipoint多达256个piconet可连接成更大的网络,蓝牙的piconet,Piconet的组成1个Master节点控制FH通信的同步7个Slaveactive节点3-bitActiveMemberaddress(AM_ADDR)255个非活跃Parked节点保持与master的同步没有AM_ADDR8-bitParkedMemberAddress(PM_ADDR),蓝牙的piconet,蓝牙的piconet,蓝牙的Scatternet,时间和空间层叠的多个piconets组成一个散射网几个masters链接到同一个slave一个master可以是另一个网络的slave,蓝牙的Scatternet,蓝牙的Scatternet,蓝牙标准,两大部分组成Core规范（核心规范）描述蓝牙协议各层的功能和详细定义包括无线接口、数据链路控制以及互操作和其他管理功能Profile规范（概要规范）规定了与传统/新应用相适配的协议和功能,蓝牙协议栈Core,Core包含如下5层协议:Radio-描述空中接口，包括调频的使用，调制模式和传输功耗.Baseband-负责piconet内的连接建立,寻址,包格式,能量控制等.Linkmanagerprotocol(LMP)-链路建立和管理，鉴权和加密等.Logicallinkcontrolandadaptationprotocol(L2CAP)-将上层协议适配到baseband层.L2CAP提供有连接和无连接两类服务.Servicediscoveryprotocol(SDP)-支持设备信息,服务和服务特性的查询，为蓝牙设备的互联提供支持.,蓝牙协议栈,蓝牙协议栈,RFCOMM协议,RFCOMM是蓝牙规范定义的线缆替代协议.定义虚拟串口支持尽量透明化的线缆替代.支持二进制的数据传输在baseband层模拟EIA-232控制信号EIA-232(RS-232)是一类广泛应用的串口标准.,TCSBIN,TCSBIN(telephonycontrolspecificationbinary)蓝牙定义的telephonycontrol协议.面向bit，定义了蓝牙设备间执行语音和数据呼叫的相关呼叫控制信令。此外，还定义了相关的移动性管理规程.,自适应协议,其他协议组织定义，融合到蓝牙协议体系中PPP-point-to-pointprotocol，是internet标准协议，支持点到点链路上的IP数据包传输;TCP/UDP/IP-TCP/IP协议栈的基础协议;OBEX-对象交换协议，IrDA定义，包括对象的表示和操作模型，类似于简单的HTTP.例如，vCard和vCalendar;WAE/WAP-涉及wirelessapplicationenvironment和wirelessapplicationprotocol.,蓝牙协议栈逻辑分组,传输协议组：使蓝牙设备确认彼此位置，并创建、配置、管理物理和逻辑链路包括无线、基带、链路管理器、逻辑链路控制和自适应协议及主机控制器接口协议中间件协议组：为了在蓝牙链路上运行应用包括的一些标准协议PPP、IP、TCP、WAP、OBEX等RFCOMM、AT信令、SDP应用组：包含使用蓝牙链路的实际应用,应用组,中间件协议组,传输协议组,传输协议组,中间件协议组,应用组,蓝牙的无线电层,规范定义了载波频率和输出功率主要处理空中数据的接收和发送特点低功率传输距离为10米2.4GHz的ISM79个信道，1MHz（2402to2480MHz）跳频扩频技术收发器的能量分3级1级：100mW，强制功率控制2级：2.5mW，功率控制可选3级：1mW,蓝牙的基带层,基本功能执行跳频实现介质访问定义了物理链路定义了packet格式,数据传输期间的频率选择,M和S交替发送（TDD模式）数据传输期间保持频率的跳变,M设备和S设备之间的物理链路,SCO(synchronousconnectionoriented)链路主要用于音频/视频传输M和S之间具有固定带宽的点-点连接M为S预留2个连续时间槽传送实时数据M可同时支持3个SCO每个S可有23个SCO（64kbps）Full-duplex通信,M设备和S设备之间的物理链路,ACL(asynchronousconnectionless)链路主要用于Best-effort的数据传输服务M和S之间的点-点/点-多点（广播）连接在没有预留给SCO的时间槽传送无时间规律的分组每个S节点只有1条ACL分别对应1-slot、3-slot、5-slot分组正向最大速率：723.3Kbps(5-slot)反向最大速率：57.6KbpsHalf-duplex通信,半双工/全双工通信,Half-duplex通信（ACL）一次往一个方向发送不对称最大速率723.3kbps，反向为57.6kpbs对称速率双向发送，每个方向可达433.9kpbsFull-duplex通信（SCO）可同时双向发送速率64Kbps使用M预留的slot（避免同步和冲突）没有为SCO链路预留的Slot可用于ACL链路,蓝牙的寻址,Bluetooth设备地址（BD_ADDR）48位IEEEMAC地址活跃成员地址（AM_ADDR）3位活跃S设备地址全0广播地址（M-S）驻扎成员地址（PM_ADDR）8位parked的S设备地址,蓝牙的链路管理规范,能量控制：根据接收信号强度要求发送者调整发送能量能力协商：交换版本号和所支持的特性QoS协商：轮询时间、延迟、传送能力同步：修正时钟偏差或者接受特殊的同步packet改变状态和传输模式：M和S角色的改变链路控制：控制link活动安全服务：认证、加密、密钥的分发,蓝牙的信道控制,两种管理情形设备知道其他设备的参数执行paging过程设备不知道其他设备的参数执行inquiring和paging过程两个主要过程Page用来建立与其他节点的链路Inquiry用来了解时钟偏移和其他设备的地址,微网的建立Inquiry模式,当一个设备想建立一个piconet时79个无线载波中有32个用来wake-up载波Master依次在这32个载波上广播查询接入码（IAC）一个standby设备想加入一个piconet时定期侦听IAC消息返回一个packet（设备地址和时钟信息）,微网的建立Page模式,M设备根据返回的设备地址计算特殊的跳频序列S设备与M设备时钟同步，并启动M定义的跳频序列,蓝牙的节能模式,Sniff(呼吸)M和S设备定期睡眠，并在早期协商的时间间隔“sniff”Hold(保持)不释放AMA（活跃成员地址）地址停止ACL传输，但可交换SCO分组Park(睡眠)设备仍旧是该piconet的成员释放AMA地址但获得一个PMA（parked）地址,蓝牙的L2CAP层,仅用于ACL协议的多路复用/分用接收上层分组（64KB），分段传输在接收端重组处理服务质量,蓝牙的逻辑信道,无连接信道（CID=2）支持无连接服务。每个信道是单向的，该信道主要用于M到多个S的广播面向连接信道（CID64）支持面向连接的服务。每个信道是全向的（全双工），每个方向被制定了服务质量流规范信令信道（CID=1）提供了两个L2CAP实体之间信令消息的交换,蓝牙的逻辑信道,M和S之间只能有一个无连接信道和一个信令信道M和S之间可有多个面向连接信道,蓝牙的服务发现协议（SDP）,基本功能查询服务搜索特殊的服务种类浏览当前的可用服务检索某个服务的详细属性建立到其他设备L2CAP连接建立一个使用某个服务的独立（non-SDP）连接服务记录一系列服务属性,蓝牙的串口仿真（RFCOMM）,基本功能在面向packet的链路上仿真串行接口支持传统应用/协议支持一个物理信道上的多个串行接口与HDLC类似,RFCOMM,蓝牙与IP,基本功能通过蜂窝电话接入Internet通过LAN接入点连接PDA或则笔记本到Internet接入协议PPP（PointtoPointProtocol）BNEP（BluetoothNetworkEncapsulationProtocol）,蓝牙与IP,AP具有PPP服务器功能用户名/口令