藍(lán)牙技術(shù)及應(yīng)用(含基帶分組結(jié)構(gòu)介紹)

1、第第3章章 藍(lán)牙技術(shù)及應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)及應(yīng)用 3.1藍(lán)牙技術(shù)簡介藍(lán)牙技術(shù)簡介藍(lán)牙設(shè)備功率等級藍(lán)牙設(shè)備功率等級輸出功率等級輸出功率等級一類一類二類二類三類三類最大輸出功率100mW(20dBm) 2.5mW(4dBm)1mW(0dBm)最小輸出功率1mW(0dBm)0.25mW(-6dBm)-傳輸距離100m10m10m功率控制要求+4+20dBm(必有)-30+4dBm(可選)-30+4dBm(可選)-30+4dBm(可選)3.1藍(lán)牙技術(shù)簡介藍(lán)牙技術(shù)簡介藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用n 電纜替代(cable replacement)：n 替代PC機與打印機、鼠標(biāo)、掃描儀、投影儀等外設(shè)的連接電纜，n

2、無線互連PDA、移動電話以及PC機等n Ad hoc個人無線網(wǎng)絡(luò)n 短距離區(qū)域內(nèi)不同用戶的ad hoc網(wǎng)絡(luò)互連n 只要進(jìn)入范圍內(nèi)，一個配備藍(lán)牙的設(shè)備能與另一個無線電設(shè)備即時連接n 數(shù)據(jù)與語音接入點n 采用藍(lán)牙作為AP，從而與蜂窩網(wǎng)絡(luò)、有線連接或衛(wèi)星鏈路所提供的廣域語音和數(shù)據(jù)服務(wù)相連連接計算機以及其他外部設(shè)備連接計算機以及其他外部設(shè)備支持自組織網(wǎng)絡(luò)支持自組織網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)運動中的連接運動中的連接三星T6283.2 藍(lán)牙技術(shù)基帶與鏈路控制器規(guī)范藍(lán)牙技術(shù)基帶與鏈路控制器規(guī)范規(guī)范 定義了載波頻率和輸出功率 主要處理空中數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送特點 低功率 傳輸距離為10米 2.4GHz的ISM

3、79個信道，1MHz （2402 to 2480 MHz ） 跳頻擴(kuò)頻技術(shù) 收發(fā)器的能量分3級 1級：100mW，強制功率控制 2級：2.5mW，功率控制可選 3級：1mW基帶層基帶層基本功能基本功能 執(zhí)行跳頻 實現(xiàn)介質(zhì)訪問 定義了物理鏈路 定義了packet格式3.2 藍(lán)牙技術(shù)基帶與鏈路控制器規(guī)范藍(lán)牙技術(shù)基帶與鏈路控制器規(guī)范n 藍(lán)牙設(shè)備地址藍(lán)牙設(shè)備地址 (BD_ADDR) 48-bit IEEE 802 address（全球唯一，見圖3-3）n 激活設(shè)備激活設(shè)備 地址地址 (Active Member Address： AM_ADDR) 3-bit active slave address

4、全0代表廣播地址n 休眠設(shè)備地址休眠設(shè)備地址 (Parked Member Address：PM_ADDR) 8-bit parked slave address3.3.藍(lán)牙設(shè)備的尋址藍(lán)牙設(shè)備的尋址3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述 主設(shè)備（Master Unit）： 某臺設(shè)備的時鐘和跳頻序列用于同步其他設(shè)備，稱為主設(shè)備 只能是一個微微網(wǎng)的主設(shè)備，可以是其他微微網(wǎng)的從設(shè)備 可實施呼叫和連接建立過程 從設(shè)備（Slave Unit）： 除主設(shè)備以外的設(shè)備，為從設(shè)備 一個微微網(wǎng)的從設(shè)備可以是另一個微微網(wǎng)的主設(shè)備 連接建立被分配一個臨時的3比特成員地址 主設(shè)備和從設(shè)備的角色可以互換，互換后是另一個新的

5、微微網(wǎng)3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述4.設(shè)備、微微網(wǎng)和散射網(wǎng)3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述Piconet的組成 1個Master節(jié)點控制跳頻通信的同步 7個Slave active節(jié)點 3-bit Active Member address (AM_ADDR) 255個非活躍Parked節(jié)點 保持與master的同步 沒有AM_ADDR 8-bit Parked Member Address (PM_ADDR) 所有的用戶均用同一跳頻序列同步4.設(shè)備、微微網(wǎng)和散射網(wǎng)3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述4.設(shè)備、微微網(wǎng)和散射網(wǎng)微微網(wǎng)Piconet3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述時間和空間

6、層疊的多個piconets組成一個散射網(wǎng) 幾個masters鏈接到同一個slave 一個master可以是另一個網(wǎng)絡(luò)的slave4.設(shè)備、微微網(wǎng)和散射網(wǎng)3.2.1藍(lán)牙基帶概述藍(lán)牙基帶概述散射網(wǎng)scatter net4.設(shè)備、微微網(wǎng)和散射網(wǎng)3.2.2 藍(lán)牙物理鏈路藍(lán)牙物理鏈路SCO ( synchronous connection oriented)鏈路 是點到點的連接，類似電路交換 具備雙向?qū)ΨQ性，主設(shè)備在周期性的保留時隙上維持SCO 傳輸速率為 64Kbps 主設(shè)備可與一個或多個從設(shè)備建立多達(dá)3個SCO鏈路；一個從設(shè)備也與多個主設(shè)備建立SCO（最多3條） Full-duplex通信ACL (

7、asynchronous connectionless)鏈路 是點到多點的連接，類似分組交換 主設(shè)備可以利用SCO未被占用的時隙建立ACL 支持對稱連接和不對稱連接 一對主從設(shè)備之間只有1條ACL 分別對應(yīng)1-slot、3-slot、5-slot分組 正向最大速率：723.3Kbps (5-slot) 反向最大速率：57.6Kbps 只有被主設(shè)備輪詢的從設(shè)備才能發(fā)送ACL數(shù)據(jù) Half-duplex通信3.2.2 藍(lán)牙物理鏈路藍(lán)牙物理鏈路Half-duplex通信（ACL） 一次往一個方向發(fā)送 不對稱最大速率723.3kbps，反向為57.6kpbs 對稱速率雙向發(fā)送，每個方向可達(dá)433.9k

8、pbsFull-duplex通信（SCO） 可同時雙向發(fā)送 速率64Kbps 使用M預(yù)留的slot（避免同步和沖突） 沒有為SCO鏈路預(yù)留的Slot可用于ACL鏈路 3.2.2 藍(lán)牙物理鏈路藍(lán)牙物理鏈路MASTERSLAVE 1SLAVE 2SLAVE 3ACLSCOSCOSCOSCOACLACLACLMixed Link Example3.2.2 藍(lán)牙物理鏈路藍(lán)牙物理鏈路藍(lán)牙分組結(jié)構(gòu)和分組類型藍(lán)牙分組結(jié)構(gòu)和分組類型72 bits54 bits0 - 2744 bitsAccess CodeHeaderPayload每個分組由三部分組成：接入碼、頭部、負(fù)載每個分組由三部分組成：接入碼、頭部、負(fù)

9、載ControlpacketsData/voicepacketsVoicedataHV1HV2HV3DVDM1DM3DM5DH1DH3DH5有兩種分組類型：控制分組、數(shù)據(jù)有兩種分組類型：控制分組、數(shù)據(jù)/語音分組語音分組ID*NullPollFHSDM13.2.3 藍(lán)牙基帶分組藍(lán)牙基帶分組接入碼接入碼72 bitsAccess Code54 bits0 - 2744 bitsHeaderPayload接入碼有三種類型：CAC(channel access code):用于標(biāo)識一個微微網(wǎng)DAC(device access code):用于尋呼等特殊信令過程IAC (inquiry access c

10、ode):用于查詢，發(fā)現(xiàn)其他的藍(lán)牙設(shè)備ID分組( )：由DAC或IAC組成，用于尋呼、探詢、響應(yīng)AM_ADDRTYPEFLOWARQN表示處于表示處于active狀態(tài)的從設(shè)備狀態(tài)的從設(shè)備表示表示16種類型的分組種類型的分組ACLACL上的流量控制，上的流量控制，1 1表示發(fā)送端發(fā)送、表示發(fā)送端發(fā)送、0 0表示發(fā)送端停止發(fā)送表示發(fā)送端停止發(fā)送0 0表示表示NAKNAK，1 1表示表示ACKACK，表示負(fù)載傳送正確性確認(rèn)，表示負(fù)載傳送正確性確認(rèn)parameterinformationAM_ADDRHEC318FLOW1ARQN1SEQN TYPE4SEQN每發(fā)送一個新的分組就翻轉(zhuǎn)一次每發(fā)送一個新的

11、分組就翻轉(zhuǎn)一次HEC校驗碼以檢查頭部的正確性校驗碼以檢查頭部的正確性頭部頭部72 bits54 bits0 - 2744 bitsAccess CodeHeaderPayload1/3FEC有效負(fù)載有效負(fù)載72 bits54 bits0 - 2744 bitsDataVoiceCRCheaderAccess CodeHeaderPayload在負(fù)載中要區(qū)分語音（同步）字段和數(shù)據(jù)（異步）字段：ACL分組僅包含數(shù)據(jù)字段，包含3部分：負(fù)載頭、負(fù)載體和CRC校驗碼（AUX1例外）SCO分組包含語音字段，語音字段長度固定為240比特0000000100100011NULLPOLLFHSDM1010001

12、01011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分組類型（分組類型（1）在16種分組中，有4種是公共的，另外12種根據(jù)SCO和ACL不同鏈路而不同。公共分組NULL分組：僅包含 CAC（信道接入碼）和分組頭，沒有負(fù)載。NULL分組將鏈路信息返回給發(fā)送端。NULL分組無需確認(rèn)。POLL分組：主設(shè)備輪詢一個從設(shè)備，POLL分組沒有負(fù)載字段，需要接收端的確認(rèn)。FHS分組：是一種特別的控制分組，他宣告發(fā)端的設(shè)備地址和時鐘信息，

13、以實現(xiàn)跳頻同步。FHS的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，限于篇幅不作介紹。DM1分組：該分組僅攜帶數(shù)據(jù)信息，負(fù)載包含18個信息字節(jié)和16比特的CRC校驗碼，然后用速率為23的FEC保護(hù)（即每10個信息比特附加5個校驗比特）。NullPollFHSDM10000000100100011NULLPOLLFHSDM101000101011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分組類型（分組類型（2）Sco分組在sco鏈路上傳送，不采用CRC校

14、驗和重傳機制，通常用于傳送64Kbps的語音語音信號。HV1分組：HV代表High quality Voice，每二個時隙HV1分組必須發(fā)送一次HV2分組：HV2分組攜帶20個字節(jié)的信息，采用速率為23的FEC。每四個時隙HV2分組必須發(fā)送一次HV3分組：HV3分組攜帶30個字節(jié)的信息，沒有采用FEC。每六個時隙HV3分組必須發(fā)送一次。DV分組：DV分組是數(shù)據(jù)和語音的混合，負(fù)載由80比特的語音字段和最多150比特的數(shù)據(jù)字段組成。語音處理和數(shù)據(jù)處理是獨立的。HV1HV2HV3DV72 bits54 bits240 bitsAccess CodeHeaderPayload語音（語音（80bit）1

15、/3FEC0000000100100011NULLPOLLFHSDM101000101011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分組類型（分組類型（3）ACL分組在acl鏈路上傳送，可以用來傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息。DH1分組：與DM1分組類似，但是負(fù)載數(shù)據(jù)不經(jīng)過FEC (Forward Error Correction：前向糾錯) DM3分組：可以占用3個時隙，負(fù)載可包含123個信息字節(jié)加16比特的CRC校驗碼加2/

16、3FECDH3分組：與DM3類似，但負(fù)載不采用FEC。DH3可以攜帶185字節(jié)的信息加16比特的CRC校驗碼。DM5分組：可以占用5個時隙，負(fù)載可包含226個信息字節(jié)加16比特的CRC校驗碼加2/3FEC。DH5分組；與DM5類似，但負(fù)載不采用FEC。DH5可以攜帶341字節(jié)的信息加16比特的CRC校驗碼。AUX1分組：可以攜帶30個信息字節(jié),無CRC和FEC編碼。DM1DM3DM5DH1DH3DH5DM1DH1DM3DH3DM5DH5108.8172.8258.1390.4286.7433.9108.8172.8387.2585.6477.8723.2108.8172.854.486.436.357.6typesymmetricasymmetricACL連接中數(shù)據(jù)傳送數(shù)率連接中數(shù)據(jù)傳送數(shù)率 (kb/s) 3.2.4 3.2.4 藍(lán)牙基帶糾錯機制藍(lán)牙基帶糾錯機制FEC支持：支持： 1/3 rate，被用于分組首部、HV1分組中的語音字段 2/3 rate(是一個（15