无线局域网蓝牙课件

第二章无线通信网络7/21/20231东北石油大学计算机与信息技术学院baseband掌握蓝牙的基本概念掌握蓝牙的协议体系理解蓝牙§2.5WPAN与蓝牙WPAN概述蓝牙网络结构蓝牙无线电层蓝牙基带蓝牙链路控制主要内容7/21/20232东北石油大学计算机与信息技术学院无线个域网络无线个域网络(WirelessPersonalAreaNetwork)所有个人移动设备可通向外部世界的无线传输环境。蜂窝电话、汽车、笔记本、键盘、麦、鼠标、耳机。。。7/21/20233东北石油大学计算机与信息技术学院bluetooth的历史1994Ericsson发起multi-communicatorlink的研究；1998成立了特别兴趣小组（SIG）并命名bluetooth

成员：Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba

目标：将计算、通信设备以及附加设备通过短程、低耗、低成本的无线电波连接起来发展：Lucent、

3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；现SIG成员超过2500个；1999Bluetooth1.0发布；2002IEEE采纳了bluetooth的物理层和数据链路层，发布了

IEEE802.15.1；7/21/20234东北石油大学计算机与信息技术学院为什么叫“bluetooth”正面背面Ericsson借用了Harald

Gormsen的昵称blatand

→“Bluetooth”丹麦的国王（A.D.940~986）统一了丹麦（958）和挪威（970）寓意统一不同制造商的不同设备

Harald把基督教带到斯堪的纳维亚

Harald统治了丹麦和挪威Harald思索笔记本和手机的无缝通信2000年5月发布了蓝牙应用新图标7/21/20235东北石油大学计算机与信息技术学院bluetooth是什么？蓝牙是无线技术规范短程：最大传输距离10m（高能达到100m）性能中等：721Kbps动态配置：自组联网低能耗(<2.5mW)：适用于手持应用模块大小：9x9mm支持语音和数据传输7/21/20236东北石油大学计算机与信息技术学院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的桥梁构建居家网络运动中组网7/21/20237东北石油大学计算机与信息技术学院整洁办公空间需要电池供给能量连接计算机以及其他外部设备7/21/20238东北石油大学计算机与信息技术学院802.11支持自组织网络临时性不需要适配器7/21/20239东北石油大学计算机与信息技术学院充当访问Internet的接入点蜂窝架构7/21/202310东北石油大学计算机与信息技术学院

PDACellPhoneCordlessPhone BaseStation

xDSLAccessPoint

InkjetPrinterHomeAudioSystem构建居家网络环境

MP3PlayerDigitalCamera Computer Scanner7/21/202311东北石油大学计算机与信息技术学院

PayPhone&AccessPoint

HotelPhone&AccessPointHeadset

MP3 Player

运动中的连接CarAudioSystem PDA CellPhoneLaptop7/21/202312东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth传输特性两种传输方式：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)7/21/202313东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的piconetPiconet的组成

1个Master节点控制FH通信的同步

7个活动的Slave节点

255个非活跃Parked节点

遵循master的跳频算法节点的操作状态

Master ActiveSlave ParkedSlave Standby

MSSPPPPMaster控制所有活跃节点

和parked节点的信道访问.

S一个Piconet内的设备共享逻辑信道和数据传输。7/21/202314东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的Scatternet 多个piconets组成一个Scatternet（分布）网几个masters连接到同一个slave标准只定义了scatternet的概念，并没有给出构造scatternet的机制。一个scatternet内的所有设备共享物理区域和全部带宽7/21/202315东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth协议栈Mgmntapps.telephonyapps.Audioapps.

ATcommandsSDPControlTCSBINPPPIPTCP/UDPOBEXRFCOMMNWapps.vCard/vCalAudio

Logicallinkcontroladaptationprotocol(L2CAP)

Host-ControllerInterface

Linkmanagement

Baseband radio7/21/202316东北石油大学计算机与信息技术学院ControlBluetooth的无线电层定义了载波频率和调制方法2.4GHz的ISM79个信道1MHz跳频扩频技术1600/s

Data

L2CAPAudio

LinkManager

BasebandSDP

IPRFCOMMApplicationsRF规范7/21/202317东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的基带层执行跳频跳频速率1600次/秒物理信道的时间625usRFBaseband

RFCOMM

Data

L2CAPLinkManager

SDPAudioApplications

IP物理信道：共有79个，每个带宽1MHzFH信道：由调频序列组成,同一个piconet中的设备遵循同一个调频序列Control定义了物理链路和帧格式基本功能7/21/202318东北石油大学计算机与信息技术学院MSMSMSMMSMSMMMSfkfk+1fk+2fk+3fk+4fk+5fk+6625μsfkfkfk+1fk+3fk+4fk+5fk+6fk+61-slot3-slot5-slot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timeFH序列由master决定，通常是其蓝牙地址的函数。7/21/202319东北石油大学计算机与信息技术学院ACL(half-duplex通信)一次往一个方向发送不对称最大速率723.3Kbps，反向为57.6Kbps对称速率双向发送，每个方向可达433.9KbpsSCO(full-duplex通信)可同时双向发送速率64Kbps没有为SCO链路预留的slot可用于ACL链路SCO链路主要被用在交换需要保证数据率而不需要保证传送的实时数据。M设备和S设备之间的物理链路7/21/202320东北石油大学计算机与信息技术学院Packet格式(3-1)访问码

主要用于时钟同步、寻呼和查询信道访问码：标识一个piconet设备访问码：用于寻呼（paging）或者后续的应答查询访问码：用于查询（inquiry）

72bAccesscode54b

Header

0~2745bPayload

4bpreamble

4bpreamble

64bSYNCword7/21/202321东北石油大学计算机与信息技术学院Packet格式（3-2）包头（Header）

主要用于标识包类型以及携带的协议控制信息AM_ADDR:指出某个活跃slave设备的地址，0用于广播；Type:标识包的类型

4种SCO,ACL链路的公共控制包

4种SCO数据包；

6种ACL数据包；Flow,ARQN,SEQN:状态标志位；HEC：包头检验位。AM_AddrTypeFlowARQNSEQNHeadererrorcontrol(HEC)

ACL的流控、确认以 及序号前向纠错

(FEC)或 者ARQ7/21/202322东北石油大学计算机与信息技术学院Packet格式（3-3）包的有效负载（payload）对于语音传输，无数据头；对于ACL包和SCO非语音数据，有数据头。payload头，payload体和CRC码7/21/202323东北石油大学计算机与信息技术学院SCO数据格式payload(30)audio(30)audio(10)audio(10)HV3HV2HV1DVFEC(20)audio(20)FEC(10)header(1)payload(0-9)2/3FECCRC(2)(bytes)前向纠错码3种不同类型高质量话音

单位：字节7/21/202324东北石油大学计算机与信息技术学院实例:HV1数据速率计算假设一个MASTER和一个SLAVE，单向HV1的数据传输速率是多少？计算:每个时隙是80bits每秒1600个时隙发送每个分组需要2个时隙数据速率

=80(bits/slot)×1600(slots/sec)/2 =64Kbps7/21/202325东北石油大学计算机与信息技术学院ACL数据格式payload(0-343)header(1/2)payload(0-339)CRC(2)header(1)payload(0-17)2/3FECheader(1)payload(0-27)header(2)payload(0-121)2/3FECheader(2)payload(0-183)header(2)payload(0-224)2/3FECheader(2)payload(0-339)DH5DM5DH3DM3DH1DM1header(1)payload(0-29)AUX1CRC(2)CRC(2)CRC(2)CRC(2)CRC(2)CRC(2)(bytes)6种不同类型中带宽数据高带宽数据7/21/202326东北石油大学计算机与信息技术学院实例:DH1数据速率计算假设一个MASTER和一个SLAVE，单向DH1的数据传输速率是多少？计算:每个时隙是216bits每秒1600个时隙发送每个分组需要2个时隙数据速率

=216(bits/slot)×1600(slots/sec)/2 =172.8Kbps7/21/202327东北石油大学计算机与信息技术学院7/21/202328东北石油大学计算机与信息技术学院bluetooth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（MS)驻扎成员地址(PM_ADDR)

8位parked的S设备地址7/21/202329东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的链路管理规范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、密钥分发

Data

L2CAPAudio

LinkManager

Baseband RFSDP

IPRFCOMM通过24个PDU实施基带连接的建立和管理ApplicationsControl7/21/202330东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的信道控制两个主要过程

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7/21/202331东北石油大学计算机与信息技术学院微网的建立——inquiry模式:地址发现当一个设备想建立一个piconet时

79个无线电载波中有32个用来wake-up载波Master依次在这32个载波上广播查询访问码（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）

MasterActiveSlaveParkedSlaveStandby7/21/202332东北石油大学计算机与信息技术学院微网的建立——Page模式：频率同步MasterActiveSlaveParkedSlaveStandbyM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7/21/202333东北石油大学计算机与信息技术学院Bluetooth的节能模式Sniff

M和S设备定期睡眠，并在早期协商的时间间隔

“sniff”Hold

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

设备仍旧是该piconet的成员 释放AMA地址但获得一个PMA（parked）地址7/21/202334东北石油大学计算机与信息技术学院detachBluetooth设备的baseband状态standbyinquirypageTransmit AMAconnected AMAParkPMAholdAMAsniffAMAUn-connectedconnectingactiveLowpowerAMA:activememberaddress(3b)P