第4章無線個域網

1、第4章 無線個域網內容提要v41 概述v42 IEEE802.15標準v43 藍牙技術簡介v44 藍牙無線電規(guī)范v45 藍牙基帶規(guī)范v46 藍牙鏈路管理器規(guī)范v47 藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議v48 藍牙服務發(fā)現協議41概述概述 無線個人區(qū)域網(Wireless Personal Area Network，WPAN，簡稱無線個域網)技術就是一種滿足上述應用需求的小范圍無線連接、微小網自主組網的通信技術。 無線個域網技術 v藍牙(Blue Tooth) vIrDA vHomeRF vUWB vZigbee 42IEEE802.15標準標準 IEEE 802.15工作組是IEEE針對無線個人區(qū)域

2、網(WPAN)而成立的，開發(fā)有關短距離范圍的WPAN標準。 4.2.1標準構成標準構成v802.15.1是以既有藍牙標準為基礎，制定藍牙無線通信規(guī)范的一個正式標準。v802.15.2工作組目的是要802.11和802.15開發(fā)共存的推薦規(guī)范。v802.15.3工作組的興趣在開發(fā)對比于802.11設備是低成本和低功耗的設備的標準上。v802.15.3a的目標是要在使用同樣的MAC層上提供比802.15.3更高的數據率v802.15.4工作組則開發(fā)了一個非常低成本、非常低功耗的比802.15.1數據率要低的設備標準。 IEEE802.15協議體系結構 WLAN與WPAN 4.3 藍牙技術簡介 v是

3、IEEE802.15.1的基礎，源于1994年愛立信公司的一項研究，旨在在移動電話及其附件之間探求一種新的低功耗、低成本的空中接口。v1998年5月，4家公司聯合成立藍牙特殊利益集團(SIG) v1999年7月SIG公布了藍牙規(guī)范1.0版 v1999年12月公布了藍牙規(guī)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藍牙技術的誕生與發(fā)展藍牙技術的誕生與發(fā)展藍牙技術優(yōu)點 v(1)可以隨時隨地地用無線接口代替有線電纜連接；v(2)具有很強的移植性，可應用于多種通信場合，如WAP、GSM(全球移動通信系統(tǒng))、DECT(歐規(guī)數字無

4、繩通信)等，引入身份識別后可以靈活地實現漫游；v(3)低功耗，對人體傷害?。籿(4)藍牙集成電路簡單，成本低廉，實現容易，易于推廣。 4.3.3藍牙標準文檔構成藍牙標準文檔構成v核心規(guī)范(core specifications):描述了從無線電接口到鏈路控制的不同層次藍牙協議體系結構的細節(jié)。v概要規(guī)范(profile specifications):考慮使用藍牙技術支持不同的應用。每個概要規(guī)范討論在核心規(guī)范中定義的技術，以實現特定的應用模型(Usage Model)。 4.3.4藍牙協議體系結構藍牙協議體系結構核心協議(core protocol)形成五層棧v(1)無線電(radio)：確定包

5、括頻率、跳頻的使用、調制模式和傳輸功率在內的空中接口細節(jié)。v(2)基帶(baseband)：考慮一個微微網中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制。v(3)鏈路管理器協議(link manager protocol，LMP)：負責在藍牙設備和正在運行的鏈路管理之間建立鏈路。這包括諸如認證、加密及基帶分組大小的控制和協商等安全因素。v(4)邏輯鏈路控制和自適應協議(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高層協議適應基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務。v(5)服務發(fā)現協議(service discovery proto

6、col，SDP)：詢問設備信息、服務與服務特征，使得在兩個或多個藍牙設備間建立連接成為可能。4.3.5應用模型應用模型 大量應用模型定義在藍牙的概要規(guī)范文檔中。本質上，一個應用模型是一套實施特定的基于藍牙的應用的協議。每個概要文件定義了支持一特定應用模型的協議和協議特性。 文件傳輸文件傳輸應用OBEXRFCOMML2CAPSDP撥號聯網Modem傳真或驅動器應用AT命令RFCOMML2CAPSDPPPPLAN接入LAN接入應用例如IPRFCOMML2CAPSDPPPP同步同步應用IrMCRFCOMML2CAPSDPOBEX無繩電話或內部通信無繩電話或基站應用TCS BIN音頻L2CAPSDP耳

7、機HS網關或基站應用AT命令RFCOMML2CAPSDP音頻4.3.7 微微網和散布式網絡 v藍牙中的基本聯網單元是一個微微網，它由一臺主設備和17臺活躍的從設備組成。 v一個微微網中的設備也可作為另一個微微網的一部分存在，并在每個微微網中，起從設備或主設備功能,這種形式的重疊被稱為散布式網絡(scatternet)。 主/從關系 無線網絡的配置 4.4藍牙無線電規(guī)范藍牙無線電規(guī)范拓拓 撲撲一個邏輯的星形結構中，一個邏輯的星形結構中，高達高達7條并行鏈路條并行鏈路調制GFSK數據速率的峰值/Mb/s1RF帶寬220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF載

8、波23/79載波的間隔/MHzl傳輸功率/W0.1微微網的接入FH-TDD-TDMA頻跳率/跳/s1600分布式網絡的接入FH-CDMA國際上藍牙的頻率分配國際上藍牙的頻率分配 區(qū)區(qū) 域域調節(jié)范圍調節(jié)范圍/GHzRF信道信道美國、歐洲的大部分國家和其他國家中的大部分242483 5f2402+nMHz，n0，78日本24712497f=2473+nMHz，n0，22西班牙24452475f=2449+nMHz，n0，22法國244652483 5f=2454+nMHz，n0，22 藍牙利用波段中的2.4 GHz波段。在大多數國家，此帶寬足以定義79個1 MHz的物理信道 4.5藍牙基帶規(guī)范藍牙

9、基帶規(guī)范v4.5.1 跳頻v4.5.2 物理鏈路v4.5.3 分組v4.5.4 糾錯v4.5.5 邏輯信道v4.5.6 信道控制v4.5.7 藍牙音頻4.5.1 跳頻v目的： (1)它阻礙干擾和多路效應。 (2)它為放置在不同微微網中的設備提供多種接入的形式。v總帶寬被分為79(幾乎所有國家)個物理信道，每個信道的帶寬為1MHz。在一個偽隨機序列中，通過從一個物理信道跳到另一個物理信道，出現了跳頻。 4.5.2物理鏈路物理鏈路v面向同步連接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主設備和一個單獨從設備的點對點連接間分配固定的帶寬。在規(guī)則的間隔中，主設備

10、通過使用預留的時隙維持SCO鏈路。預留的基本單位是兩個連續(xù)的時隙(每個在各自的傳輸方向上)。主設備能支持的并行SCO鏈路高達3個，而從設備能支持2或3個SCO鏈路。SCO分組不重傳。v異步無連接(asynchronous connectionless，ACL)：主設備與微微網中所有從設備間的一條點對多點的鏈路。在未預留給SCO鏈路的時隙中，主設備能與任一以單時隙為基礎的從設備交換分組，包括已在SCO鏈路上的從設備。只有單獨的ACL鏈路可以存在。大多數ACL分組使用分組重傳。 4.5.3分組分組4.5.4糾錯糾錯藍牙使用三種糾錯模式：(1)l/3比例的FEC(forward error corr

11、ection，前向糾錯)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automatic repeat request，自動重發(fā)請求)。4.5.5邏輯信道邏輯信道(1)鏈路控制(link control，LC) (2)鏈路管理(link manager，LM)(3)用戶異步(user asynchronous，UA) (4)用戶等時(user isochronous，UI) (5)用戶同步(user synchronous，US)4.5.6信道控制信道控制v兩個主要的狀態(tài)：v(1)維持(standy)：默認狀態(tài)。這是一個低功率狀態(tài)，只有一個本地時鐘在工作。v(2)連接(connection)：設備

12、作為主站或從站連到微微網。 7個臨時子狀態(tài) (1)尋呼(page)： (2)尋呼掃描(page scan)(3)主站響應(master response) (4)從站響應(slave response) (5)查詢(inquiry) (6)查詢掃描(inquiry scan)(7)查詢響應(inquiry response)狀態(tài)轉換圖 4.6藍牙鏈路管理器規(guī)范藍牙鏈路管理器規(guī)范vLMP管理主站與從站間的無線電鏈路的各個方面。協議涉及主站和從站的LMP實體間表現為LMP PDU(protocol data unit，協議數據單元)形式的報文的交換。報文總是作為單個分組發(fā)送，該分組帶有一位標識報文

13、類型的負載首部，和一個包含與此報文相關的附加信息的負荷實體。 v為LMP定義的過程被分為24個功能區(qū)，其中每個都涉及一個或多個報文的交換。 4.7藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議藍牙邏輯鏈路控制和自適應協議v與IEEE 802規(guī)范中的邏輯鏈路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，邏輯鏈路控制和自適應協議)在共享媒介網絡的實體間提供一個鏈路層協議。vL2CAP為流和差錯控制提供大量服務，它依賴于更低層(基帶層)。 vL2CAP使用ACL鏈路，它不支持SCO鏈路。 4.7.1L2CAP信道信道v三種類型的邏輯信道：v(

14、1)無連接(connectionless)：支持無連接服務。每個信道是單向的，該信道類型一般用 于主站向多個從站廣播。v(2)面向連接(connection-oriented)：支持面向連接的服務。每個信道是雙向的(全雙工)。 每個方向中定義一個服務質量(quality of service，QoS)的流規(guī)范。v(3)信令(signaling)：提供L2CAP實體問信令報文的交換。實例 L2CAP分組 4.7.3信令命令信令命令碼碼描描 述述參參 數數0 x01命令拒絕理由0 x02連接請求PSM、源CID0 x03連接響應目的CID、源CID、結果、狀態(tài)0 x04配置請求目的CID、標志、選

15、項0 x05配置響應源CID、標志、結果、選項0 x06取消連接的請求目的CID、源CID0 x07取消連接的響應目的CID、源CID0 x08回送請求數據(可選)0 x09回送響應數據(可選)0 x0A信息請求信息類型0 x0B信息響應信息類型、結果、數據(可選)4.7.4服務質量服務質量vL2CAP中的QoS參數定義一個基于RFC 1363的通信流規(guī)范。一個流規(guī)范是一套參數，指出發(fā)送站點試圖達到的性能級別。v當被包含在配置請求中時，此選項描述了從發(fā)送請求設備發(fā)往接收請求設備的通信流。v當被包含在正配置響應中時，此選項從發(fā)送響應的設備的觀點描述了進入的通信流契約。v當被包含在負配置響應中時，此選項從發(fā)送響應的設備的觀點描述了優(yōu)先進入的通信流。 流規(guī)范參數組成(1)服務類型(2)令牌速率(字節(jié)/秒)