無線傳輸技術(shù) 第4章 無線個(gè)域網(wǎng)

1、第4章 無線個(gè)域網(wǎng)內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.1 概述n 手機(jī)、PC機(jī)、汽車、音響、電視、微波爐、電冰箱等消費(fèi)類產(chǎn)品非常普及，人們希望有一種短距離、低成本、小功耗的無線通信方式，實(shí)現(xiàn)不同功能單一設(shè)備的互聯(lián)，提供小范圍內(nèi)設(shè)備的自組網(wǎng)機(jī)制，并通過一定的安全接口完成自組小網(wǎng)與廣域大網(wǎng)的互通。 n 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(Wireless Personal Area Network，WPAN，簡(jiǎn)稱無線個(gè)域網(wǎng))技術(shù)就是一種滿足上述應(yīng)用需求

2、的小范圍無線連接、微小網(wǎng)自主組網(wǎng)的通信技術(shù)。 無線個(gè)域網(wǎng)技術(shù) n藍(lán)牙(Blue Tooth) nIrDA nHomeRF nUWB nZigbee 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15工作組是IEEE針對(duì)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)而成立的，開發(fā)有關(guān)短距離范圍的WPAN標(biāo)準(zhǔn)。 4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成n 802.15.1是以既有藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定藍(lán)牙無線通信規(guī)范的一個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)。n

3、802.15.2工作組目的是要802.11和802.15開發(fā)共存的推薦規(guī)范。n 802.15.3工作組的興趣在開發(fā)對(duì)比于802.11設(shè)備是低成本和低功耗的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)上。n 802.15.3a的目標(biāo)是要在使用同樣的MAC層上提供比802.15.3更高的數(shù)據(jù)率n 802.15.4工作組則開發(fā)了一個(gè)非常低成本、非常低功耗的比802.15.1數(shù)據(jù)率要低的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE802.15協(xié)議體系結(jié)構(gòu) WLAN與WPAN 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)

4、牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議n IEEE802.15.1的基礎(chǔ)，源于1994年愛立信公司的一項(xiàng)研究，旨在在移動(dòng)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。n 1998年5月，4家公司聯(lián)合成立藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)(SIG) n 1999年7月SIG公布藍(lán)牙規(guī)范1.0版 n 1999年12月公布藍(lán)牙規(guī)范1.0b版n 2001年4月公布1.1版n 2003年11月公布1.2版本n 2004年8月公布2.0版本 4.3.1 藍(lán)牙技術(shù)的誕生與發(fā)展藍(lán)牙技術(shù)優(yōu)點(diǎn) (1)可以隨時(shí)隨地用無線接口代替有線電纜連接；(2)具有很強(qiáng)的移植性，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合，如WAP、GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))、DECT(歐規(guī)數(shù)字無繩通

5、信)等，引入身份識(shí)別后可以靈活地實(shí)現(xiàn)漫游；(3)低功耗，對(duì)人體傷害?。?4)藍(lán)牙集成電路簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)容易，易于推廣。 4.3.3 藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)文檔構(gòu)成n 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(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。n 概要規(guī)范(profile specifications):考慮使用藍(lán)牙技術(shù)支持不同的應(yīng)用。每個(gè)概要規(guī)范討論在核心規(guī)范中定義的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用模型(Usage Model)。 4.3.4 藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)核心協(xié)議(core protocol)形成五層棧(1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和傳輸

6、功率在內(nèi)的空中接口細(xì)節(jié)。(2)基帶(baseband)：考慮一個(gè)微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、分組格式、計(jì)時(shí)和功率控制。(3)鏈路管理器協(xié)議(link manager protocol，LMP)：負(fù)責(zé)在藍(lán)牙設(shè)備和正在運(yùn)行的鏈路管理之間建立鏈路。包括諸如認(rèn)證、加密及基帶分組大小的控制和協(xié)商等安全因素。(4)邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高層協(xié)議適應(yīng)基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務(wù)。(5)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(service discovery protocol，SDP)：詢問設(shè)備信息、服務(wù)與服務(wù)特

7、征，使得在兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間建立連接成為可能。4.3.5 應(yīng)用模型 大量應(yīng)用模型定義在藍(lán)牙的概要規(guī)范文檔中。本質(zhì)上，一個(gè)應(yīng)用模型是一套實(shí)施特定的基于藍(lán)牙的應(yīng)用的協(xié)議。每個(gè)概要文件定義了支持一特定應(yīng)用模型的協(xié)議和協(xié)議特性。 文件傳輸文件傳輸應(yīng)用OBEXRFCOMML2CAPSDP撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)M odem傳真或驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用A T 命令RFCOM ML2CA PSDPPPPLAN接入LAN接入應(yīng)用例如IPRFCOMML2CAPSDPPPP同步同步應(yīng)用IrMCRFCOMML2CAPSDPOBEX無繩電話或內(nèi)部通信無繩電話或基站應(yīng)用TCS BIN音頻L2CAPSDP耳機(jī)HS網(wǎng)關(guān)或基站應(yīng)用AT命令RFCOMM

8、L2CAPSDP音頻4.3.7 微微網(wǎng)和散布式網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)模式) n 藍(lán)牙中的基本聯(lián)網(wǎng)單元是一個(gè)微微網(wǎng)，它由一臺(tái)主設(shè)備和17臺(tái)活躍的從設(shè)備組成。 n 一個(gè)微微網(wǎng)中的設(shè)備也可作為另一個(gè)微微網(wǎng)的一部分存在，并在每個(gè)微微網(wǎng)中，起從設(shè)備或主設(shè)備功能,這種形式的重疊被稱為散布式網(wǎng)絡(luò)(scatternet)。 主/從關(guān)系 無線網(wǎng)絡(luò)的配置 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范拓 撲一個(gè)邏輯的星形結(jié)構(gòu)中，高達(dá)7條并行鏈路調(diào)制GF

9、SK數(shù)據(jù)速率的峰值/Mb/s1RF帶寬220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF載波23/79載波的間隔/MHzl傳輸功率/W0.1微微網(wǎng)的接入FH-TDD-TDMA頻跳率/跳/s1600分布式網(wǎng)絡(luò)的接入FH-CDMA國(guó)際上藍(lán)牙的頻率分配 區(qū) 域調(diào)節(jié)范圍/GHzRF信道美國(guó)、歐洲的大部分國(guó)家和其他國(guó)家中的大部分2.42.4835f2.402+nMHz,n0,78日本2.4712.497f=2.473+nMHz,n0,22西班牙2.4452.475f=2.449+nMHz,n0,22法國(guó)2.44652.4835f=2.454+nMHz,n0,22 藍(lán)牙利

10、用波段中的2.4GHz波段。在大多數(shù)國(guó)家，此帶寬足以定義79個(gè)1MHz的物理信道 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.5.1 跳頻4.5.2 物理鏈路4.5.3 分組4.5.4 糾錯(cuò)4.5.5 邏輯信道4.5.6 信道控制4.5.7 藍(lán)牙音頻4.5.1 跳頻n目的：n (1)它阻礙干擾和多路效應(yīng)。n (2)它為放置在不同微微網(wǎng)中的設(shè)備提供多種接入的形式。n總帶寬被分為79(幾乎所有國(guó)家)個(gè)物理信道，每個(gè)信道的

11、帶寬為1MHz。在一個(gè)偽隨機(jī)序列中，通過從一個(gè)物理信道跳到另一個(gè)物理信道，出現(xiàn)了跳頻。 4.5.2 物理鏈路n 面向同步連接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主設(shè)備和一個(gè)單獨(dú)從設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接間分配固定的帶寬。在規(guī)則的間隔中，主設(shè)備通過使用預(yù)留的時(shí)隙維持SCO鏈路。預(yù)留的基本單位是兩個(gè)連續(xù)的時(shí)隙(每個(gè)在各自的傳輸方向上)。主設(shè)備能支持的并行SCO鏈路高達(dá)3個(gè)，而從設(shè)備能支持2或3個(gè)SCO鏈路。SCO分組不重傳。n 異步無連接(asynchronous connectionless，ACL)：主設(shè)備與微微網(wǎng)中所有從設(shè)備間的一條點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的鏈路。在未預(yù)

12、留給SCO鏈路的時(shí)隙中，主設(shè)備能與任一以單時(shí)隙為基礎(chǔ)的從設(shè)備交換分組，包括已在SCO鏈路上的從設(shè)備。只有單獨(dú)的ACL鏈路可以存在。大多數(shù)ACL分組使用分組重傳。 4.5.3 分組4.5.4 糾錯(cuò)藍(lán)牙使用三種糾錯(cuò)模式：(1)l/3比例的FEC(forward error correction，前向糾錯(cuò))。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automatic repeat request，自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求)。4.5.5 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

13、時(shí)(user isochronous，UI) (5)用戶同步(user synchronous，US)4.5.6 信道控制n 兩個(gè)主要的狀態(tài)：n (1)維持(standy)：默認(rèn)狀態(tài)。這是一個(gè)低功率狀態(tài)，只有一個(gè)本地時(shí)鐘在工作。n (2)連接(connection)：設(shè)備作為主站或從站連到微微網(wǎng)。 7個(gè)臨時(shí)子狀態(tài) (1)尋呼(page)： (2)尋呼掃描(page scan)(3)主站響應(yīng)(master response) (4)從站響應(yīng)(slave response) (5)查詢(inquiry) (6)查詢掃描(inquiry scan)(7)查詢響應(yīng)(inquiry response)狀

14、態(tài)轉(zhuǎn)換圖 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范n LMP管理主站與從站間的無線電鏈路的各個(gè)方面。n 協(xié)議涉及主站和從站的LMP實(shí)體間表現(xiàn)為L(zhǎng)MP PDU(protocol data unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)形式的報(bào)文的交換。報(bào)文總是作為單個(gè)分組發(fā)送，該分組帶有一位標(biāo)識(shí)報(bào)文類型的負(fù)載首部，和一個(gè)包含與此報(bào)文相關(guān)的附加信息的負(fù)荷實(shí)體。 n 為L(zhǎng)MP定義的過程被分為24個(gè)功能區(qū)，其中每個(gè)都涉及一個(gè)或多個(gè)報(bào)文的交換

15、。 內(nèi)容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4 藍(lán)牙無線電規(guī)范4.5 藍(lán)牙基帶規(guī)范4.6 藍(lán)牙鏈路管理器規(guī)范4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議4.8 藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議4.7 藍(lán)牙邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議n 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(yīng)協(xié)議)在共享媒介網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體間提供一個(gè)鏈路層協(xié)議。n L2CAP為流和差錯(cuò)控制提供大量服務(wù)，它依賴于更低層(基帶層)。 n L2CAP使用ACL鏈路，它不支持SCO鏈路。 4.7.1

16、 L2CAP 信道n 三種類型的邏輯信道：n (1)無連接(connectionless)：支持無連接服務(wù)。每個(gè)信道是單向的，該信道類型一般用 于主站向多個(gè)從站廣播。n (2)面向連接(connection-oriented)：支持面向連接的服務(wù)。每個(gè)信道是雙向的(全雙工)。 每個(gè)方向中定義一個(gè)服務(wù)質(zhì)量(quality of service，QoS)的流規(guī)范。n (3)信令(signaling)：提供L2CAP實(shí)體問信令報(bào)文的交換。實(shí)例 L2CAP分組 4.7.3 信令命令碼碼描描 述述參參 數(shù)數(shù)0 x01命令拒絕理由0 x02連接請(qǐng)求PSM、源CID0 x03連接響應(yīng)目的CID、源CID、結(jié)

17、果、狀態(tài)0 x04配置請(qǐng)求目的CID、標(biāo)志、選項(xiàng)0 x05配置響應(yīng)源CID、標(biāo)志、結(jié)果、選項(xiàng)0 x06取消連接的請(qǐng)求目的CID、源CID0 x07取消連接的響應(yīng)目的CID、源CID0 x08回送請(qǐng)求數(shù)據(jù)(可選)0 x09回送響應(yīng)數(shù)據(jù)(可選)0 x0A信息請(qǐng)求信息類型0 x0B信息響應(yīng)信息類型、結(jié)果、數(shù)據(jù)(可選)4.7.4 服務(wù)質(zhì)量n L2CAP中的QoS參數(shù)定義一個(gè)基于RFC 1363的通信流規(guī)范。一個(gè)流規(guī)范是一套參數(shù)，指出發(fā)送站點(diǎn)試圖達(dá)到的性能級(jí)別。n 當(dāng)被包含在配置請(qǐng)求中時(shí)，此選項(xiàng)描述了從發(fā)送請(qǐng)求設(shè)備發(fā)往接收請(qǐng)求設(shè)備的通信流。n 當(dāng)被包含在正配置響應(yīng)中時(shí)，此選項(xiàng)從發(fā)送響應(yīng)的設(shè)備的觀點(diǎn)描述了進(jìn)入的通信流契約。n 當(dāng)被包含在負(fù)配置響應(yīng)中時(shí)，此選項(xiàng)從發(fā)送響應(yīng)的設(shè)備的觀點(diǎn)描述了優(yōu)先進(jìn)入的通信流。 流規(guī)范參數(shù)組成(1)服務(wù)類型(2)令牌速率(字節(jié)/秒)(3)令牌桶的大小(字節(jié))(4)帶寬峰值(字節(jié)/秒)(5)等待時(shí)間(微秒)(6)時(shí)延變化(微秒)令牌桶圖解 內(nèi)容提要4.1 概述4.2