物聯(lián)網(wǎng)與短距離無(wú)線通信技術(shù)[董健]-第二章教學(xué)提綱

1、物聯(lián)網(wǎng)與短距離無(wú)線通信技術(shù)董健-第二章2.1.1 “藍(lán)牙藍(lán)牙”的由來(lái)的由來(lái) “藍(lán)牙”這個(gè)名字的來(lái)歷頗具傳奇色彩。公元10世紀(jì)的北歐正值動(dòng)蕩年代，各國(guó)之間戰(zhàn)爭(zhēng)頻繁，丹麥國(guó)王哈拉德二世挺身而出，到處疾呼和平。經(jīng)過(guò)他的不懈努力，戰(zhàn)爭(zhēng)終于停止，各方領(lǐng)袖坐到了談判桌前，至此，四分五裂的挪威和丹麥得以統(tǒng)一。 關(guān)于這位國(guó)王的名字有兩種說(shuō)法：一種說(shuō)法是他的全名是Harald Blatand，Blatand在英語(yǔ)中意思為“藍(lán)牙”（Bluetooth）；還有一種說(shuō)法是這位英雄的丹麥國(guó)王酷愛(ài)吃藍(lán)梅，以致于牙齒都被染成了藍(lán)色，因此“藍(lán)牙”（Bluetooth）成了他的綽號(hào)。 1000年后的今天，世界范圍內(nèi)電子設(shè)備技術(shù)

2、高速發(fā)展。瑞典的愛(ài)立信公司于1994年成立了一個(gè)專項(xiàng)科研小組，對(duì)移動(dòng)電話及其附件的低能耗、低費(fèi)用無(wú)線連接的可能性進(jìn)行研究，他們的最初目的在于建立無(wú)線電話與PC卡、耳機(jī)及桌面設(shè)備等產(chǎn)品的連接。但是隨著研究的深入，科研人員越來(lái)越感到這項(xiàng)技術(shù)所獨(dú)具的個(gè)性和巨大的商業(yè)潛力，同時(shí)也意識(shí)到憑借一家企業(yè)的實(shí)力根本無(wú)法繼續(xù)研究，于是，愛(ài)立信將其公諸于世，并極力說(shuō)服其他企業(yè)加入到它的研究中來(lái)。2.1.1“藍(lán)牙藍(lán)牙”的由來(lái)的由來(lái) 1000年后的今天，世界范圍內(nèi)電子設(shè)備技術(shù)高速發(fā)展。瑞典的愛(ài)立信公司于1994年成立了一個(gè)專項(xiàng)科研小組，對(duì)移動(dòng)電話及其附件的低能耗、低費(fèi)用無(wú)線連接的可能性進(jìn)行研究，他們的最初目的在于建立

3、無(wú)線電話與PC卡、耳機(jī)及桌面設(shè)備等產(chǎn)品的連接。但是隨著研究的深入，科研人員越來(lái)越感到這項(xiàng)技術(shù)所獨(dú)具的個(gè)性和巨大的商業(yè)潛力，同時(shí)也意識(shí)到憑借一家企業(yè)的實(shí)力根本無(wú)法繼續(xù)研究，于是，愛(ài)立信將其公諸于世，并極力說(shuō)服其他企業(yè)加入到它的研究中來(lái)。 他們共同的目標(biāo)是建立一個(gè)全球性的小范圍無(wú)線通信技術(shù)，并將此技術(shù)命名為“藍(lán)牙”，來(lái)表達(dá)要將這種全新的無(wú)線傳輸技術(shù)在全球推廣，并實(shí)現(xiàn)全球通用的雄心。2.1.1“藍(lán)牙藍(lán)牙”的由來(lái)的由來(lái) 1998年2月，瑞典愛(ài)立信（ERICSSON）、芬蘭諾基亞（NOKIA）、日本東芝（TOSHIBA）、美國(guó)IBM和英特爾（Intel）公司五家著名廠商，組成了一個(gè)特殊利益集團(tuán)（有的書譯

4、為特別興趣小組）SIG（Special Interest Group）。之后，藍(lán)牙引起了越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注。 1999年11月，比爾蓋茨專程到拉斯維加斯一間只有11名員工的小公司訪問(wèn)，只因這家公司已研制成功一種含藍(lán)牙技術(shù)的胸卡，隨后，微軟便宣布加入SIG。目前，包括索尼、惠普、戴爾在內(nèi)的2500多家公司都簽署了相關(guān)協(xié)議加入該組織，共享這一先進(jìn)技術(shù)，而且數(shù)目還在不斷的增長(zhǎng)，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股藍(lán)牙熱潮。這么多的精英公司集中在一項(xiàng)技術(shù)的大旗下，在商業(yè)史上是史無(wú)前例的，一項(xiàng)公開(kāi)的全球統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范得到了工業(yè)界如此廣泛的關(guān)注和支持，也是以往所罕見(jiàn)的。這說(shuō)明基于此項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用前景和巨

5、大的潛在市場(chǎng)。2.1.1“藍(lán)牙藍(lán)牙”的由來(lái)的由來(lái)2.1.2 藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述 藍(lán)牙是一個(gè)開(kāi)放性的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)者的初藍(lán)牙是一個(gè)開(kāi)放性的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)者的初衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標(biāo)和宗旨是：保衷是用隱形的連接線代替線纜。其目標(biāo)和宗旨是：保持聯(lián)系，不靠電纜，拒絕插頭，并以此重塑人們的生持聯(lián)系，不靠電纜，拒絕插頭，并以此重塑人們的生活方式。它將取代目前多種電纜連接方案，通過(guò)統(tǒng)一活方式。它將取代目前多種電纜連接方案，通過(guò)統(tǒng)一的短程無(wú)線鏈路，在各信息設(shè)備之間可以穿過(guò)墻壁或的短程無(wú)線鏈路，在各信息設(shè)備之間可以穿過(guò)墻壁或公文包，實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的公文包，實(shí)現(xiàn)方便

6、快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。話音和數(shù)據(jù)通信。 它推動(dòng)和擴(kuò)大了無(wú)線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)它推動(dòng)和擴(kuò)大了無(wú)線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備能互連互通，從而實(shí)現(xiàn)中的各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備能互連互通，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)人區(qū)域內(nèi)的快速靈活的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信。個(gè)人區(qū)域內(nèi)的快速靈活的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信?！八{(lán)藍(lán)牙牙”技術(shù)的目的是使特定的移動(dòng)電話、便攜式電技術(shù)的目的是使特定的移動(dòng)電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機(jī)之間在近距離腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機(jī)之間在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的資源共享。內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的資源共享。2.1.2 藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述 作為一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范

7、作為一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為，藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接，完成固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接，完成數(shù)據(jù)信息的短程無(wú)線傳輸。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通數(shù)據(jù)信息的短程無(wú)線傳輸。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無(wú)線電空中接口（用的無(wú)線電空中接口（Radio Air InterfaceRadio Air Interface）及）及其控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)其控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒(méi)有電線或電合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒(méi)有電

8、線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內(nèi)具有互纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能（用、互操作的性能（InteroperabilityInteroperability）。）。 2.1.2 藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述BLUETOOTH1.0技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù) 2.1.2 藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述2.1.2 藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述2.1.3 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 藍(lán)牙技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)以無(wú)線電波替換移動(dòng)設(shè)備所藍(lán)牙技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)以無(wú)線電波替換移動(dòng)設(shè)備所使用的電纜而產(chǎn)生的。它試圖以相同成本和安全性完使用的電纜而產(chǎn)生的。它試圖以相同成本和安全性完成一般電纜的功能，從而使移

9、動(dòng)用戶擺脫電纜束縛，成一般電纜的功能，從而使移動(dòng)用戶擺脫電纜束縛，這就決定了藍(lán)牙技術(shù)具備以下技術(shù)特性。這就決定了藍(lán)牙技術(shù)具備以下技術(shù)特性。 1. 1.成本低成本低 為了能夠替代一般電纜，它必須具備和一般電纜為了能夠替代一般電纜，它必須具備和一般電纜差不多的價(jià)格，這樣才能被廣大普通消費(fèi)者所接受，差不多的價(jià)格，這樣才能被廣大普通消費(fèi)者所接受，也才能使這項(xiàng)技術(shù)普及開(kāi)來(lái)。藍(lán)牙的最終目標(biāo)是集成也才能使這項(xiàng)技術(shù)普及開(kāi)來(lái)。藍(lán)牙的最終目標(biāo)是集成于單價(jià)為于單價(jià)為5 5美元的美元的CMOSCMOS芯片。目前，藍(lán)牙芯片價(jià)格降不芯片。目前，藍(lán)牙芯片價(jià)格降不下來(lái)，既有經(jīng)濟(jì)原因，也有技術(shù)原因。從技術(shù)角度來(lái)下來(lái)，既有經(jīng)濟(jì)原

10、因，也有技術(shù)原因。從技術(shù)角度來(lái)看，藍(lán)牙芯片集成了無(wú)線、基帶和鏈路管理層功能，看，藍(lán)牙芯片集成了無(wú)線、基帶和鏈路管理層功能，而鏈路管理功能實(shí)際上既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，也可以而鏈路管理功能實(shí)際上既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，如果由軟件實(shí)現(xiàn)鏈路管理層功能，那通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，如果由軟件實(shí)現(xiàn)鏈路管理層功能，那么芯片被簡(jiǎn)化，價(jià)格也將變得合理。么芯片被簡(jiǎn)化，價(jià)格也將變得合理。2.1.3 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 2. 2. 功耗低、體積小功耗低、體積小 藍(lán)牙技術(shù)本來(lái)目的就是用于互連小型移動(dòng)設(shè)備及其外藍(lán)牙技術(shù)本來(lái)目的就是用于互連小型移動(dòng)設(shè)備及其外設(shè)，它的市場(chǎng)目標(biāo)是移動(dòng)筆記本電腦、移動(dòng)電話、小型設(shè)，它

11、的市場(chǎng)目標(biāo)是移動(dòng)筆記本電腦、移動(dòng)電話、小型的的PDAPDA以及它們的外設(shè)，因此藍(lán)牙芯片必須具有功耗低、以及它們的外設(shè)，因此藍(lán)牙芯片必須具有功耗低、體積小的特點(diǎn)，以便于集成到小型便攜設(shè)備中去。藍(lán)牙體積小的特點(diǎn)，以便于集成到小型便攜設(shè)備中去。藍(lán)牙產(chǎn)品輸出功率很小產(chǎn)品輸出功率很小( (只有只有1mW)1mW)，僅是微波爐使用功率的百，僅是微波爐使用功率的百萬(wàn)分之一，是移動(dòng)電話的一小部分萬(wàn)分之一，是移動(dòng)電話的一小部分 3.3.近距離通信近距離通信 藍(lán)牙技術(shù)通信距離為藍(lán)牙技術(shù)通信距離為10m10m，如果需要的話，還可以選用，如果需要的話，還可以選用放大器使其擴(kuò)展到放大器使其擴(kuò)展到100m100m。這已經(jīng)

12、足夠在辦公室內(nèi)任意擺。這已經(jīng)足夠在辦公室內(nèi)任意擺放外圍設(shè)備，而不用再擔(dān)心電纜長(zhǎng)度是否夠用。放外圍設(shè)備，而不用再擔(dān)心電纜長(zhǎng)度是否夠用。2.1.3 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 4.4.安全性安全性 同其它無(wú)線信號(hào)一樣，藍(lán)牙信號(hào)很容易被截取，因此藍(lán)牙協(xié)同其它無(wú)線信號(hào)一樣，藍(lán)牙信號(hào)很容易被截取，因此藍(lán)牙協(xié)議提供了認(rèn)證和加密功能，以保證鏈路級(jí)的安全。藍(lán)牙系統(tǒng)認(rèn)議提供了認(rèn)證和加密功能，以保證鏈路級(jí)的安全。藍(lán)牙系統(tǒng)認(rèn)證與加密服務(wù)由物理層提供，采用流密碼加密技術(shù)，適合于硬證與加密服務(wù)由物理層提供，采用流密碼加密技術(shù)，適合于硬件實(shí)現(xiàn)，密鑰由高層軟件管理。如果用戶有更高級(jí)別的保密要件實(shí)現(xiàn)，密鑰由高層軟件管理。如

13、果用戶有更高級(jí)別的保密要求，可以使用更高級(jí)、更有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機(jī)制。認(rèn)求，可以使用更高級(jí)、更有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機(jī)制。認(rèn)證可以有效防止電子欺騙以及不期望的訪問(wèn)，而加密則保護(hù)鏈證可以有效防止電子欺騙以及不期望的訪問(wèn)，而加密則保護(hù)鏈路隱私。除此之外，跳頻技術(shù)的保密性和藍(lán)牙有限的傳輸范圍路隱私。除此之外，跳頻技術(shù)的保密性和藍(lán)牙有限的傳輸范圍也使竊聽(tīng)變得困難。也使竊聽(tīng)變得困難。 然而，在提供鏈路級(jí)認(rèn)證和加密的同時(shí)，也阻礙了一些公共然而，在提供鏈路級(jí)認(rèn)證和加密的同時(shí)，也阻礙了一些公共性較強(qiáng)應(yīng)用模型的用戶友好訪問(wèn)，比如服務(wù)發(fā)現(xiàn)和商業(yè)卡虛擬性較強(qiáng)應(yīng)用模型的用戶友好訪問(wèn)，比如服務(wù)發(fā)現(xiàn)和商業(yè)卡虛擬交

14、換等。因此，為了滿足這些不同的安全需求，藍(lán)牙協(xié)議定義交換等。因此，為了滿足這些不同的安全需求，藍(lán)牙協(xié)議定義了三種安全模式。模式了三種安全模式。模式1 1不提供安全保障，模式不提供安全保障，模式2 2提供業(yè)務(wù)級(jí)安提供業(yè)務(wù)級(jí)安全，模式全，模式3 3則提供鏈路級(jí)安全。則提供鏈路級(jí)安全。 2.1.3 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個(gè)功能單元組理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個(gè)功能單元組成。成。 1.1.天線單元天線單

15、元 藍(lán)牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天藍(lán)牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天線屬于微帶天線。藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為線屬于微帶天線。藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為0dB0dB的基的基礎(chǔ)上的。空中接口遵循礎(chǔ)上的。空中接口遵循FCCFCC有關(guān)電平為有關(guān)電平為0dB0dB的的ISMISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。頻段的標(biāo)準(zhǔn)。 2. 2. 鏈路控制（固件）單元鏈路控制（固件）單元 在目前藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了在目前藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了3 3個(gè)個(gè)ICIC分別作為連分別作為連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸接收器，此外接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸接收器，此外還使用了還使用了3

16、0305050個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件?；鶐ф溌房刂破髫?fù)個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件。基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有3 3種糾種糾錯(cuò)方案：錯(cuò)方案：1/31/3比例前向糾錯(cuò)（比例前向糾錯(cuò)（FECFEC）碼、）碼、2/32/3比例前向糾比例前向糾錯(cuò)碼和數(shù)據(jù)的自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（錯(cuò)碼和數(shù)據(jù)的自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQARQ）方案。采用）方案。采用FECFEC（前向糾錯(cuò)）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，前向糾錯(cuò)）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 但是，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)差錯(cuò)傳輸，但是，要實(shí)現(xiàn)

17、數(shù)據(jù)的無(wú)差錯(cuò)傳輸，F(xiàn)ECFEC就必然要生就必然要生成一些不必要的開(kāi)銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這成一些不必要的開(kāi)銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)包對(duì)于是否使用是因?yàn)閿?shù)據(jù)包對(duì)于是否使用FECFEC是彈性定義的。報(bào)頭總是彈性定義的。報(bào)頭總有占有占1/31/3比例的比例的FECFEC碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。鏈路信息。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 3. 3.鏈路管理（軟件）單元鏈路管理（軟件）單元 鏈路管理（鏈路管理（LMLM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。鑒權(quán)、鏈路硬件配置

18、和其它一些協(xié)議。LMLM能夠發(fā)現(xiàn)其能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端它遠(yuǎn)端LMLM并通過(guò)并通過(guò)LMPLMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。（鏈路管理協(xié)議）與之通信。LMLM模模塊提供如下服務(wù)：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；請(qǐng)求名稱；鏈路塊提供如下服務(wù)：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；請(qǐng)求名稱；鏈路地址查詢；建立連接；鑒權(quán)；鏈路模式協(xié)商和建立；地址查詢；建立連接；鑒權(quán)；鏈路模式協(xié)商和建立；決定幀的類型。此外，還控制設(shè)備的工作狀態(tài)即呼吸決定幀的類型。此外，還控制設(shè)備的工作狀態(tài)即呼吸（SniffSniff）、保持（）、保持（HoldHold）和休眠（）和休眠（ParkPark）三種模式。）三種模式。將設(shè)備設(shè)為呼吸模式，將設(shè)備設(shè)為呼吸模式，MasterM

19、aster（主機(jī)）只能有規(guī)律地（主機(jī)）只能有規(guī)律地在特定的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，在特定的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)， 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 Slave Slave降低了從降低了從Pioconet“Pioconet“收聽(tīng)收聽(tīng)”消息的速率，消息的速率，“呼吸呼吸”間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)調(diào)整；將設(shè)備設(shè)為間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)調(diào)整；將設(shè)備設(shè)為HoldHold模式模式，MasterMaster可把可把SlaveSlave置為置為HoldHold模式，在這種模式下，只有模式，在這種模式下，只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在工作。一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在工作。SlaveSlave也可主動(dòng)要求置為也可主動(dòng)要求置為HoldHold模模

20、式。一旦處于式。一旦處于HoldHold模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開(kāi)始。即重新開(kāi)始。HoldHold模式一般被用于連接好幾個(gè)模式一般被用于連接好幾個(gè)PiconetPiconet的的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 在在ParkPark模式下，設(shè)備依然與模式下，設(shè)備依然與PiconetPiconet同步但沒(méi)有數(shù)同步但沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送。工作在據(jù)傳送。工作在ParkPark模式下的設(shè)備放棄了模式下的設(shè)備放棄了MACMAC地址，偶地址，偶爾收聽(tīng)爾收聽(tīng)MasterMaster的消息并

21、恢復(fù)同步、檢查廣播的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。消息。連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連使用。藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連接（接（SCOSCO，Synchronous Connection OrientedSynchronous Connection Oriented）類型）類型，主要用于傳送話音；異步無(wú)連接（，主要用于傳送話音；異步無(wú)連接（ACLACL，Asynchronous ConnectionlessAsynchronous Connectionless）類型，主要用于傳送

22、）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信數(shù)據(jù)包。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信息保密機(jī)制。鑒權(quán)基于息保密機(jī)制。鑒權(quán)基于“請(qǐng)求請(qǐng)求響應(yīng)響應(yīng)”運(yùn)算法則。運(yùn)算法則。 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 鑒權(quán)是藍(lán)牙系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個(gè)人鑒權(quán)是藍(lán)牙系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個(gè)人的藍(lán)牙設(shè)備建立一個(gè)信任域，比如只允許主人自己的的藍(lán)牙設(shè)備建立一個(gè)信任域，比如只允許主人自己的筆記本電腦通過(guò)主人自己的移動(dòng)電話通信。加密被用筆記本電腦通過(guò)主人自己的移動(dòng)電話通信。加密被用來(lái)保護(hù)連接的個(gè)人信息。密鑰由程序的高層來(lái)管理。來(lái)保護(hù)連接的個(gè)人信息。密鑰由程序的高層來(lái)管理。網(wǎng)絡(luò)

23、傳送協(xié)議和應(yīng)用程序可以為用戶提供一個(gè)較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用程序可以為用戶提供一個(gè)較強(qiáng)的安全機(jī)制。安全機(jī)制。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 4. 4. 軟件（協(xié)議棧）單元軟件（協(xié)議棧）單元 藍(lán)牙的軟件（協(xié)議棧）單元是一個(gè)獨(dú)立的操作系藍(lán)牙的軟件（協(xié)議棧）單元是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經(jīng)制定好統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙規(guī)范是為個(gè)人區(qū)域內(nèi)的無(wú)線通信而的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙規(guī)范是為個(gè)人區(qū)域內(nèi)的無(wú)線通信而制定的協(xié)議，它包括兩部分：第一部分為核心（制定的協(xié)議，它包括兩部分：第一部分為核心（CoreCore）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接

24、管理、業(yè)務(wù)）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務(wù)搜尋（搜尋（servicediscoveryservicediscovery）、傳輸層以及與不同通信）、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；協(xié)議間的互用、互操作性等組件； 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 第二部分為協(xié)議子集（第二部分為協(xié)議子集（ProfileProfile）部分，用以規(guī)定）部分，用以規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過(guò)程。不同藍(lán)牙應(yīng)用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過(guò)程。 藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結(jié)構(gòu)，分別完成數(shù)藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結(jié)構(gòu)，分別完成數(shù)據(jù)流的過(guò)濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的

25、建立據(jù)流的過(guò)濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務(wù)質(zhì)量（和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoSQoS）、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。在設(shè)計(jì)協(xié)議棧，特別是、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。在設(shè)計(jì)協(xié)議棧，特別是高層協(xié)議時(shí)的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，高層協(xié)議時(shí)的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，而且其高層應(yīng)用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層）都使用公共而且其高層應(yīng)用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層）都使用公共的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 藍(lán)牙協(xié)議可以分為藍(lán)牙協(xié)議可以分為4 4層，即核心協(xié)議層、電纜替代層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、

26、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。在藍(lán)協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。在藍(lán)牙協(xié)議棧中，還有一個(gè)主機(jī)控制接口（牙協(xié)議棧中，還有一個(gè)主機(jī)控制接口（HCIHCI）和音頻（）和音頻（AudioAudio）接口。）接口。HCIHCI是到基帶控制器、鏈路管理器以及是到基帶控制器、鏈路管理器以及訪問(wèn)硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口。利用音頻接訪問(wèn)硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口。利用音頻接口，可以在一個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間傳遞音頻數(shù)據(jù)，口，可以在一個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間傳遞音頻數(shù)據(jù)，該接口與基帶直接相連。該接口與基帶直接相連。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)可以把各種便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備與蜂

27、通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)可以把各種便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備與蜂窩移動(dòng)電話用無(wú)線鏈路連接起來(lái)，使計(jì)算機(jī)與通信密窩移動(dòng)電話用無(wú)線鏈路連接起來(lái)，使計(jì)算機(jī)與通信密切結(jié)合，從而使人們能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交切結(jié)合，從而使人們能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。因此藍(lán)牙技術(shù)雖然出現(xiàn)不久，但已受到許換與傳輸。因此藍(lán)牙技術(shù)雖然出現(xiàn)不久，但已受到許多行業(yè)的關(guān)注。據(jù)國(guó)際開(kāi)發(fā)中心（多行業(yè)的關(guān)注。據(jù)國(guó)際開(kāi)發(fā)中心（IDCIDC）預(yù)測(cè)，到）預(yù)測(cè)，到20042004年，藍(lán)牙在美國(guó)將被嵌入到年，藍(lán)牙在美國(guó)將被嵌入到102102萬(wàn)臺(tái)設(shè)備內(nèi)，在全世界萬(wàn)臺(tái)設(shè)備內(nèi)，在全世界將被嵌入到將被嵌入到449449萬(wàn)臺(tái)設(shè)備內(nèi)；到萬(wàn)臺(tái)設(shè)備內(nèi)；到2006200

28、6年內(nèi)，其市場(chǎng)規(guī)模年內(nèi)，其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到將達(dá)到7 7億美元。一個(gè)全新的無(wú)線通信時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始。億美元。一個(gè)全新的無(wú)線通信時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 藍(lán)牙技術(shù)在電信業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)、家電業(yè)有著極其廣藍(lán)牙技術(shù)在電信業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)、家電業(yè)有著極其廣闊和誘人的應(yīng)用前景，它也將對(duì)未來(lái)的無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)闊和誘人的應(yīng)用前景，它也將對(duì)未來(lái)的無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。藍(lán)牙技術(shù)會(huì)有突飛猛通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。藍(lán)牙技術(shù)會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是，它仍然有大量的應(yīng)用技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)的發(fā)展。但是，它仍然有大量的應(yīng)用技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題需要解決，仍然是一項(xiàng)發(fā)展中的技術(shù)。例如，為了防需要解決，仍然是一項(xiàng)

29、發(fā)展中的技術(shù)。例如，為了防止語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信息誤傳或被截收，用戶必須事先為自止語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信息誤傳或被截收，用戶必須事先為自己應(yīng)用的各種設(shè)備設(shè)定某個(gè)共同的頻率，即不同的用己應(yīng)用的各種設(shè)備設(shè)定某個(gè)共同的頻率，即不同的用戶有不同的頻率，這樣才能保證無(wú)線連接時(shí)不發(fā)生誤戶有不同的頻率，這樣才能保證無(wú)線連接時(shí)不發(fā)生誤傳或被濫用。傳或被濫用。 2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)還無(wú)法解決硬件兼容性，并且影響到運(yùn)行藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)還無(wú)法解決硬件兼容性，并且影響到運(yùn)行在藍(lán)牙技術(shù)之上的軟件。另外，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)本身能否解在藍(lán)牙技術(shù)之上的軟件。另外，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)本身能否解決好安全問(wèn)題，也是藍(lán)牙能否獲得成功的關(guān)鍵因素。決好安全

30、問(wèn)題，也是藍(lán)牙能否獲得成功的關(guān)鍵因素。2.1.4 藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成 內(nèi)容內(nèi)容藍(lán)牙概述藍(lán)牙概述藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用 組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式協(xié)議棧協(xié)議棧頭戴式耳機(jī)頭戴式耳機(jī)2.2 藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用PC和其它設(shè)備互聯(lián)和其它設(shè)備互聯(lián)2.2 藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用自動(dòng)同步自動(dòng)同步在辦公室 在家里 2.2 藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用其它應(yīng)用其它應(yīng)用對(duì)講機(jī)對(duì)講機(jī)無(wú)繩電話無(wú)繩電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳真?zhèn)髡婢钟蚓W(wǎng)接入局域網(wǎng)接入文件傳輸文件傳輸2.2 藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)品 Notebook PCs & Desktop computers Printers PDAs Other handheld devices C

31、ell phones Wireless peripherals: Headsets Cameras CD Player TV/VCR/DVD Access Points Telephone Answering Devices Cordless Phones Cars2.2 藍(lán)牙應(yīng)用藍(lán)牙應(yīng)用內(nèi)容內(nèi)容藍(lán)牙概述藍(lán)牙概述應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用場(chǎng)景組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式協(xié)議棧協(xié)議棧 典型的藍(lán)牙組網(wǎng)模式典型的藍(lán)牙組網(wǎng)模式支持在支持在piconet（微微網(wǎng)）中的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)通（微微網(wǎng)）中的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)通信（廣播）信（廣播）點(diǎn)到點(diǎn)點(diǎn)到點(diǎn) Master - slave 模式模式 藍(lán)牙設(shè)備可做藍(lán)牙設(shè)備可做master,也

32、可做也可做slavePiconet 由一個(gè)由一個(gè)master和一個(gè)或多個(gè)和一個(gè)或多個(gè)slave（最多（最多7個(gè)）藍(lán)牙設(shè)備組成個(gè)）藍(lán)牙設(shè)備組成 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 (1 Mbps) 最多最多255個(gè)個(gè)parked從設(shè)備從設(shè)備(8位地址位地址)mssssm2.3 組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式Piconet 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)MasterActive SlaveParked SlaveStandbyMaster節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)的ID和時(shí)鐘決定了跳頻序列和相位和時(shí)鐘決定了跳頻序列和相位2.3 組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式自組織網(wǎng)模式自組織網(wǎng)模式 the Scatternet存在piconet之間的通信最多支持10個(gè) piconets多個(gè)p

33、iconets可以在同一空間共存2.3 組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式內(nèi)容內(nèi)容藍(lán)牙概述藍(lán)牙概述應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用場(chǎng)景組網(wǎng)形式組網(wǎng)形式藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議 藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議組應(yīng)用層協(xié)議組應(yīng)用層協(xié)議組RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPRFCOMMIPControlApplications2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議中間件協(xié)議組中間件協(xié)議組RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPRFCOMMIPControlApplications中間件協(xié)議組中間件協(xié)議組 允許已有

34、的或者新的應(yīng)用運(yùn)行在藍(lán)允許已有的或者新的應(yīng)用運(yùn)行在藍(lán)牙基礎(chǔ)上牙基礎(chǔ)上包含基于包交換的電話控制信令包含基于包交換的電話控制信令包含服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議包含服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議.2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議中間件協(xié)議組中間件協(xié)議組服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議 (SDP) 允許應(yīng)用發(fā)現(xiàn)設(shè)備信息、服務(wù)和特征.TCP/IP 數(shù)據(jù)包通信和路由.RFCOMM 電纜替換協(xié)議，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上模擬串口.2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議傳輸協(xié)議組傳輸協(xié)議組 包含使藍(lán)牙設(shè)備定位、創(chuàng)建、配置和管理物理鏈路和邏輯鏈路的協(xié)議，從而允許上層的協(xié)議和應(yīng)用通過(guò)這些協(xié)議交換數(shù)據(jù)。RFBasebandAudioLink ManagerL2CAPDataSDPRFCO

35、MMIPControlApplications 傳輸協(xié)議組2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議傳輸協(xié)議組傳輸協(xié)議組FL2CAP(Logical Link Control &Adaptation Protocol)u 處理高層協(xié)議的復(fù)用（Handles multiplexing of higher level protocols）u 對(duì)大數(shù)據(jù)包進(jìn)行分塊和重組（Segmentation & reassembly of large packets）u 設(shè)備發(fā)現(xiàn)和QoSDevice discovery & QoSF鏈路管理器 u 管理連接狀態(tài)Managing the connection

36、states.u 在從節(jié)點(diǎn)(slave)間實(shí)現(xiàn)公平性u(píng) 能耗管理F基帶u 定義分時(shí)，分幀u 鏈路上的流控.F射頻 (RF)u 發(fā)送和接收比特流2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)僅僅對(duì)僅僅對(duì) ACL 鏈路定義鏈路定義. L2CAP 提供復(fù)用，分段，重組和提供復(fù)用，分段，重組和QoS控制控制Payload頭部的頭部的L_CH 域：域： 10 表示L2CAP包的開(kāi)始. 01, 表示L2CAP包繼續(xù). 提供連接和非連接的服務(wù)提供連接和非連接的服務(wù). 2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CAP: 功能要求功能要求協(xié)議復(fù)

37、用協(xié)議復(fù)用: 區(qū)分上層協(xié)議（例如，區(qū)分上層協(xié)議（例如， SDP, RFCOMM） 對(duì)上層協(xié)議的大的包分段成較小的基帶協(xié)議包對(duì)上層協(xié)議的大的包分段成較小的基帶協(xié)議包允許在建立連接的過(guò)程中交換允許在建立連接的過(guò)程中交換QoS參數(shù)參數(shù). 2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CAP: 一般操作一般操作L2CAP信道端點(diǎn)用信道標(biāo)識(shí)符表示信道端點(diǎn)用信道標(biāo)識(shí)符表示 (CIDs). 2個(gè)個(gè)CIDs和設(shè)備地址唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)和設(shè)備地址唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)L2CAP信道信道.保留保留CIDs 0 x0001: 用于信令 0 x0002: 無(wú)連接的接收 0 x0003-0 x003F: 留作以后使用2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CAP層

38、層: 層之間的操作層之間的操作高層和底層協(xié)議間傳遞數(shù)據(jù)高層和底層協(xié)議間傳遞數(shù)據(jù). 對(duì)等層直接進(jìn)行信令對(duì)等層直接進(jìn)行信令SignalingL2CAP層應(yīng)該能夠接收來(lái)自高層層應(yīng)該能夠接收來(lái)自高層/底層的事件并反應(yīng)底層的事件并反應(yīng)2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CA layer: Events and Actions2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CA layer: Events不同類型的事件不同類型的事件: LP to L2CA events, e.g. LP_ConnectCfm: confirms connection at the baseband. LP_ConnectInd: informs o

39、f a new baseband connection. L2CAP to L2CAP signaling events, e.g. L2CAP_ConnectReq: Received a connection request pkt. L2CAP_ConnectRsp: Positive response received. L2CAP to L2CAP data event: data packet received. Upper layer to L2CAP events, e.g. L2CA_ConnectReq: Request for L2CAP channel. 2.4 藍(lán)牙協(xié)

40、議藍(lán)牙協(xié)議L2CA layer: Actions不同類型的動(dòng)作不同類型的動(dòng)作: L2CAP to LP actions, e.g. LP_ConnectReq: Request lower layer for a connection. LP_ConnectRsp: Accepting previous connection indication. L2CAP to L2CAP signaling actions, e.g. L2CAP_ConnectReq: Transmitted a connection request pkt. L2CAP_ConnectRsp: Positive re

41、sponse transmitted. L2CAP to L2CAP data action: data packet transmitted. Upper layer to L2CAP actions, e.g. L2CA_ConnectInd: Indicates to upper layer that a connection request has been received. 2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議L2CAP: 信令信令L2CAP信令用于：信令用于： 建立L2CAP 信道. 配置參數(shù) QoS. 指定MTU（最大傳輸單元）. 關(guān)閉 L2CAP channel. 交換應(yīng)用相關(guān)的信息交換

42、應(yīng)用相關(guān)的信息. 2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議鏈路管理協(xié)議鏈路管理協(xié)議2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議鏈路管理協(xié)議鏈路管理協(xié)議鏈路管理器進(jìn)行鏈路建立、認(rèn)證和配置工作鏈路管理器進(jìn)行鏈路建立、認(rèn)證和配置工作信道控制信道控制 由由master節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé) 使用 polling 過(guò)程 由由master發(fā)起連接發(fā)起連接 Master-slave的角色可以互換2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議基帶協(xié)議基帶協(xié)議2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議地址機(jī)制地址機(jī)制藍(lán)牙設(shè)備地址藍(lán)牙設(shè)備地址 (BD_ADDR) 48位MAC地址活動(dòng)成員地址活動(dòng)成員地址 (AM_ADDR) 3位活動(dòng)slave地址 廣播地址全0Parked Member 地址地址(PM_ADDR) 8位parked slave 地址MAC 分為分為3部分部分 The Non-significant Address Part (NAP) The Upper Address part (UAP) The Lower Address Part (LAP)LAP用于標(biāo)示piconet和其他操作。 UAP+NAP = OUI2.4 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議鏈路類型鏈路類型F同步面向連接的鏈路同步面向連接的鏈路 (SCO)u用于傳輸語(yǔ)音u對(duì)