第4章无线个域网

1、第4章 无线个域网内容提要v41 概述v42 IEEE802.15标准v43 蓝牙技术简介v44 蓝牙无线电规范v45 蓝牙基带规范v46 蓝牙链路管理器规范v47 蓝牙逻辑链路控制和自适应协议v48 蓝牙服务发现协议41概述概述 无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN，简称无线个域网)技术就是一种满足上述应用需求的小范围无线连接、微小网自主组网的通信技术。 无线个域网技术 v蓝牙(Blue Tooth) vIrDA vHomeRF vUWB vZigbee 42IEEE802.15标准标准 IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区域

2、网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准。 4.2.1标准构成标准构成v802.15.1是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无线通信规范的一个正式标准。v802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共存的推荐规范。v802.15.3工作组的兴趣在开发对比于802.11设备是低成本和低功耗的设备的标准上。v802.15.3a的目标是要在使用同样的MAC层上提供比802.15.3更高的数据率v802.15.4工作组则开发了一个非常低成本、非常低功耗的比802.15.1数据率要低的设备标准。 IEEE802.15协议体系结构 WLAN与WPAN 4.3 蓝牙技术简介 v是

3、IEEE802.15.1的基础，源于1994年爱立信公司的一项研究，旨在在移动电话及其附件之间探求一种新的低功耗、低成本的空中接口。v1998年5月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG) v1999年7月SIG公布了蓝牙规范1.0版 v1999年12月公布了蓝牙规范1.0b版v2001年4月公布了1.1版v2003年11月公布了1.2版本v2004年8月公布了2.0版本 4.3.1蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术优点 v(1)可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；v(2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无

4、绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实现漫游；v(3)低功耗，对人体伤害小；v(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广。 4.3.3蓝牙标准文档构成蓝牙标准文档构成v核心规范(core specifications):描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节。v概要规范(profile specifications):考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型(Usage Model)。 4.3.4蓝牙协议体系结构蓝牙协议体系结构核心协议(core protocol)形成五层栈v(1)无线电(radio)：确定包

5、括频率、跳频的使用、调制模式和传输功率在内的空中接口细节。v(2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。v(3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。这包括诸如认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素。v(4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。L2CAP提供无连接和面向连接服务。v(5)服务发现协议(service discovery proto

6、col，SDP)：询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。4.3.5应用模型应用模型 大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。本质上，一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性。 文件传输文件传输应用OBEXRFCOMML2CAPSDP拨号联网Modem传真或驱动器应用AT命令RFCOMML2CAPSDPPPPLAN接入LAN接入应用例如IPRFCOMML2CAPSDPPPP同步同步应用IrMCRFCOMML2CAPSDPOBEX无绳电话或内部通信无绳电话或基站应用TCS BIN音频L2CAPSDP耳

7、机HS网关或基站应用AT命令RFCOMML2CAPSDP音频4.3.7 微微网和散布式网络 v蓝牙中的基本联网单元是一个微微网，它由一台主设备和17台活跃的从设备组成。 v一个微微网中的设备也可作为另一个微微网的一部分存在，并在每个微微网中，起从设备或主设备功能,这种形式的重叠被称为散布式网络(scatternet)。 主/从关系 无线网络的配置 4.4蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范拓拓 扑扑一个逻辑的星形结构中，一个逻辑的星形结构中，高达高达7条并行链路条并行链路调制GFSK数据速率的峰值/Mb/s1RF带宽220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF载

8、波23/79载波的间隔/MHzl传输功率/W0.1微微网的接入FH-TDD-TDMA频跳率/跳/s1600分布式网络的接入FH-CDMA国际上蓝牙的频率分配国际上蓝牙的频率分配 区区 域域调节范围调节范围/GHzRF信道信道美国、欧洲的大部分国家和其他国家中的大部分242483 5f2402+nMHz，n0，78日本24712497f=2473+nMHz，n0，22西班牙24452475f=2449+nMHz，n0，22法国244652483 5f=2454+nMHz，n0，22 蓝牙利用波段中的2.4 GHz波段。在大多数国家，此带宽足以定义79个1 MHz的物理信道 4.5蓝牙基带规范蓝牙

9、基带规范v4.5.1 跳频v4.5.2 物理链路v4.5.3 分组v4.5.4 纠错v4.5.5 逻辑信道v4.5.6 信道控制v4.5.7 蓝牙音频4.5.1 跳频v目的： (1)它阻碍干扰和多路效应。 (2)它为放置在不同微微网中的设备提供多种接入的形式。v总带宽被分为79(几乎所有国家)个物理信道，每个信道的带宽为1MHz。在一个伪随机序列中，通过从一个物理信道跳到另一个物理信道，出现了跳频。 4.5.2物理链路物理链路v面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主设备和一个单独从设备的点对点连接间分配固定的带宽。在规则的间隔中，主设备

10、通过使用预留的时隙维持SCO链路。预留的基本单位是两个连续的时隙(每个在各自的传输方向上)。主设备能支持的并行SCO链路高达3个，而从设备能支持2或3个SCO链路。SCO分组不重传。v异步无连接(asynchronous connectionless，ACL)：主设备与微微网中所有从设备间的一条点对多点的链路。在未预留给SCO链路的时隙中，主设备能与任一以单时隙为基础的从设备交换分组，包括已在SCO链路上的从设备。只有单独的ACL链路可以存在。大多数ACL分组使用分组重传。 4.5.3分组分组4.5.4纠错纠错蓝牙使用三种纠错模式：(1)l/3比例的FEC(forward error corr

11、ection，前向纠错)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automatic repeat request，自动重发请求)。4.5.5逻辑信道逻辑信道(1)链路控制(link control，LC) (2)链路管理(link manager，LM)(3)用户异步(user asynchronous，UA) (4)用户等时(user isochronous，UI) (5)用户同步(user synchronous，US)4.5.6信道控制信道控制v两个主要的状态：v(1)维持(standy)：默认状态。这是一个低功率状态，只有一个本地时钟在工作。v(2)连接(connection)：设备

12、作为主站或从站连到微微网。 7个临时子状态 (1)寻呼(page)： (2)寻呼扫描(page scan)(3)主站响应(master response) (4)从站响应(slave response) (5)查询(inquiry) (6)查询扫描(inquiry scan)(7)查询响应(inquiry response)状态转换图 4.6蓝牙链路管理器规范蓝牙链路管理器规范vLMP管理主站与从站间的无线电链路的各个方面。协议涉及主站和从站的LMP实体间表现为LMP PDU(protocol data unit，协议数据单元)形式的报文的交换。报文总是作为单个分组发送，该分组带有一位标识报文

13、类型的负载首部，和一个包含与此报文相关的附加信息的负荷实体。 v为LMP定义的过程被分为24个功能区，其中每个都涉及一个或多个报文的交换。 4.7蓝牙逻辑链路控制和自适应协议蓝牙逻辑链路控制和自适应协议v与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一个链路层协议。vL2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于更低层(基带层)。 vL2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路。 4.7.1L2CAP信道信道v三种类型的逻辑信道：v(

14、1)无连接(connectionless)：支持无连接服务。每个信道是单向的，该信道类型一般用 于主站向多个从站广播。v(2)面向连接(connection-oriented)：支持面向连接的服务。每个信道是双向的(全双工)。 每个方向中定义一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范。v(3)信令(signaling)：提供L2CAP实体问信令报文的交换。实例 L2CAP分组 4.7.3信令命令信令命令码码描描 述述参参 数数0 x01命令拒绝理由0 x02连接请求PSM、源CID0 x03连接响应目的CID、源CID、结果、状态0 x04配置请求目的CID、标志、选

15、项0 x05配置响应源CID、标志、结果、选项0 x06取消连接的请求目的CID、源CID0 x07取消连接的响应目的CID、源CID0 x08回送请求数据(可选)0 x09回送响应数据(可选)0 x0A信息请求信息类型0 x0B信息响应信息类型、结果、数据(可选)4.7.4服务质量服务质量vL2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC 1363的通信流规范。一个流规范是一套参数，指出发送站点试图达到的性能级别。v当被包含在配置请求中时，此选项描述了从发送请求设备发往接收请求设备的通信流。v当被包含在正配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了进入的通信流契约。v当被包含在负配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了优先进入的通信流。 流规范参数组成(1)服务类型(2)令牌速率(字节/秒)