第4章-無線個域網(wǎng)

第4章無線個域網(wǎng)內(nèi)容提要4．1概述4．2IEEE802.15標準4．3藍牙技術簡介4．4藍牙無線電規(guī)范4．5藍牙基帶規(guī)范4．6藍牙鏈路管理器規(guī)范4．7藍牙邏輯鏈路控制和自適應協(xié)議4．8藍牙服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議4．1

概述無線個人區(qū)域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN，簡稱無線個域網(wǎng))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(wǎng)自主組網(wǎng)的通信技術。無線個域網(wǎng)技術藍牙(BlueTooth)IrDAHomeRFUWBZigbee4．2

IEEE802.15標準IEEE802.15工作組是IEEE針對無線個人區(qū)域網(wǎng)(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(gòu)成802.15.1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。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。802.15.3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。802.15.3a的目標是要在使用同樣的MAC層上提供比802.15.3更高的數(shù)據(jù)率802.15.4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(shù)據(jù)率要低的設備標準。IEEE802.15協(xié)議體系結(jié)構(gòu)WLAN與WPAN4.3

藍牙技術簡介是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。1998年5月，4家公司聯(lián)合成立藍牙特殊利益集團(SIG)1999年7月SIG公布了藍牙規(guī)范1.0版1999年12月公布了藍牙規(guī)范1.0b版2001年4月公布了1.1版2003年11月公布了1.2版本2004年8月公布了2.0版本4.3.1藍牙技術的誕生與發(fā)展藍牙技術優(yōu)點(1)可以隨時隨地地用無線接口代替有線電纜連接；(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(shù)字無繩通信)等，引入身份識別后可以靈活地實現(xiàn)漫游；(3)低功耗，對人體傷害小；(4)藍牙集成電路簡單，成本低廉，實現(xiàn)容易，易于推廣。4.3.3藍牙標準文檔構(gòu)成核心規(guī)范(corespecifications):描述了從無線電接口到鏈路控制的不同層次藍牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的細節(jié)。概要規(guī)范(profilespecifications):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(xiàn)特定的應用模型(UsageModel)。4.3.4藍牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)核心協(xié)議(coreprotocol)形成五層棧(1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和傳輸功率在內(nèi)的空中接口細節(jié)。(2)基帶(baseband)：考慮一個微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制。(3)鏈路管理器協(xié)議(linkmanagerprotocol，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(xié)商等安全因素。(4)邏輯鏈路控制和自適應協(xié)議(logicallinkcontrolandadaptationprotocol，L2CAP)：使高層協(xié)議適應基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務。(5)服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(servicediscoveryprotocol，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應用模型大量應用模型定義在藍牙的概要規(guī)范文檔中。本質(zhì)上，一個應用模型是一套實施特定的基于藍牙的應用的協(xié)議。每個概要文件定義了支持一特定應用模型的協(xié)議和協(xié)議特性。文件傳輸撥號聯(lián)網(wǎng)LAN接入同步無繩電話或內(nèi)部通信耳機4.3.7微微網(wǎng)和散布式網(wǎng)絡藍牙中的基本聯(lián)網(wǎng)單元是一個微微網(wǎng)，它由一臺主設備和1~7臺活躍的從設備組成。一個微微網(wǎng)中的設備也可作為另一個微微網(wǎng)的一部分存在，并在每個微微網(wǎng)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(wǎng)絡(scatternet)。主/從關系無線網(wǎng)絡的配置4.4

藍牙無線電規(guī)范拓撲一個邏輯的星形結(jié)構(gòu)中，高達7條并行鏈路調(diào)制GFSK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)絡的接入FH-CDMA國際上藍牙的頻率分配

區(qū)域調(diào)節(jié)范圍/GHzRF信道美國、歐洲的大部分國家和其他國家中的大部分2．4~2．4835f＝2．402+nMHz，n＝0，…，78日本2．471~2．497f=2．473+nMHz，n＝0，…，22西班牙2．445~2．475f=2．449+nMHz，n＝0，…，22法國2．4465~2．4835f=2．454+nMHz，n＝0，…22

藍牙利用波段中的2.4GHz波段。在大多數(shù)國家，此帶寬足以定義79個1MHz的物理信道4.5

藍牙基帶規(guī)范4.5.1跳頻4.5.2物理鏈路4.5.3分組4.5.4糾錯4.5.5邏輯信道4.5.6信道控制4.5.7藍牙音頻4.5.1跳頻目的：(1)它阻礙干擾和多路效應。(2)它為放置在不同微微網(wǎng)中的設備提供多種接入的形式?？値挶环譃?9(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(xiàn)了跳頻。4.5..2物理鏈路面向同步連接(synchronousconnectionoriented，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。異步無連接(asynchronousconnectionless，ACL)：主設備與微微網(wǎng)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(shù)ACL分組使用分組重傳。4.5.3分組4.5.4糾錯藍牙使用三種糾錯模式：(1)l/3比例的FEC(forwarderrorcorrection，前向糾錯)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automaticrepeatrequest，自動重發(fā)請求)。4.5.5邏輯信道(1)鏈路控制(linkcontrol，LC)(2)鏈路管理(linkmanager，LM)(3)用戶異步(userasynchronous，UA)(4)用戶等時(userisochronous，UI)(5)用戶同步(usersynchronous，US)4.5.6信道控制兩個主要的狀態(tài)：(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。(2)連接(connection)：設備作為主站或從站連到微微網(wǎng)。7個臨時子狀態(tài)(1)尋呼(page)：(2)尋呼掃描(pagescan)(3)主站響應(masterresponse)(4)從站響應(slaveresponse)(5)查詢(inquiry)(6)查詢掃描(inquiryscan)(7)查詢響應(inquiryresponse)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.6

藍牙鏈路管理器規(guī)范LMP管理主站與從站間的無線電鏈路的各個方面。協(xié)議涉及主站和從站的LMP實體間表現(xiàn)為LMPPDU(protocoldataunit，協(xié)議數(shù)據(jù)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。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(xié)議與IEEE802規(guī)范中的邏輯鏈路控制(LLC)相同，L2CAP(logicallinkcontrolandadaptationprotocol，邏輯鏈路控制和自適應協(xié)議)在共享媒介網(wǎng)絡的實體間提供一個鏈路層協(xié)議。L2CAP為流和差錯控制提供大量服務，它依賴于更低層(基帶層)。L2CAP使用ACL鏈路，它不支持SCO鏈路。4.7.1L2CAP信道三種類型的邏輯信道：(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。(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(zhì)量(qualityofservice，QoS)的流規(guī)范。(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信令命令碼描述參數(shù)0x01命令拒絕理由0x02連接請求PSM、源CID0x03連接響應目的CID、源CID、結(jié)果、狀態(tài)0x04配置請求目的CID、標志、選項0x05配置響應源CID、標志、結(jié)果、選項0x06取消連接的請求目的CID、源CID0x07取消連接的響應目的CID、源CID0x08回送請求數(shù)據(jù)(可選)0x09回送響應數(shù)據(jù)(可選)0x0A信息請求信息類型0x0B信息響應信息類型、結(jié)果、數(shù)據(jù)(可選)4.7.4服務質(zhì)量L2CAP中的QoS參數(shù)定義一個基于RFC1363的通信流規(guī)范。一個流規(guī)范是一套參數(shù)，指出發(fā)送站點試圖達到的性能級別。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。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。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(shù)組成(1)服務類型(2)令牌速率(字節(jié)/秒)(3)