第五章-无线个域网课件.ppt

1、编辑版pppt1第五章 无线个域网编辑版pppt2提纲n无线个域网WPAN（U）n蓝牙体系（U）n蓝牙的核心协议（M）n蓝牙的profile（U）编辑版pppt3无线个域网n无线个域网络（Wireless Personal Area Network）n是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无缝连接而提出的无线网络技术。编辑版pppt4无线个域网标准nIEEE WPAN规范标准主要集中在802.15系列n802.15.1：是蓝牙底层协议的正式标准化版本，大多数标准制定仍由SIG完成n802.15.1基于Bluetooth1.1n802.15.1a对应Bluetooth1.2n802.

2、15.2：解决WPAN与WLAN共存问题n802.15.3：WiMedia，802.15.3a物理层使用UWB的多频段OFDM，480Mb/sn802.15.4：Zigbee，是低功耗、低复杂性、低速率的WPAN标准 编辑版pppt5WPAN标准对比蓝牙UWBZigbeeRFID发起时间1998年初2002年2月准许民用2002年下半年1970年代末开始民用标准程度IEEE802.15.1IEEE802.15.3aIEEE802.15.4未统一通信距离1-10m10m10-75m10cm-10m传输速率1Mb/s几十几百Mb/s20-250Kb/s几K几Mb/s通信方式载波调制基带传输载波调制

3、载波调制使用频段2.4GHz3.110.6GHz2.4GHz,915M/868MHz50-500KHz,56MHz,0.9-2.5GHz典型应用语音和数据传输，无线联网数字家庭网络，超宽带视频传输无线传感器网络，工业检测门禁系统，物流管理，高速公路收费编辑版pppt6IEEE 802.15系列编辑版pppt7蓝牙（Bluetooth）编辑版pppt8Bluetoothn蓝牙是无线技术规范n短程：最大传输距离10米n性能中等：721Kbpsn动态配置：自主联网/漫游n低功耗：”Bluetooth”n丹麦的国王（A.D.940985）n统一了丹麦和挪威n寓意统一不同制造商的不同设备n2000年5月

4、发布了蓝牙应用新图标编辑版pppt11Bluetooth的应用n蓝牙好在哪里？n没有线缆连接时n个域网（PAN）n使得一组个人设备协同工作n位置感知服务n仅在有限范围内并且需要时访问额外资源n充当进入Internet的桥梁n构建居家网络n运动中组网编辑版pppt12连接计算机以及其他外部设备编辑版pppt13支持自组织网络编辑版pppt14充当访问Internet的接入点编辑版pppt15构建家庭网络编辑版pppt16运动中的连接编辑版pppt17蓝牙应用实例编辑版pppt18蓝牙系统编辑版pppt19蓝牙模块编辑版pppt20蓝牙传输特性n2.4GHz ISM频带n传输距离为10米n连接便携

5、式和固定设备n点点和点多点模式n数据速率n同步（电路交换技术）n64kbpsn异步（分组交换技术）n433.9kbps（对称）n723.2kbps（非对称）编辑版pppt21蓝牙拓扑结构n点点模式n两个蓝牙设备直接通信nPiconet（微网）n共享相同信道n8个蓝牙设备可在小型网络内通信nScatternet（散网）n多达256个piconet可连接成更大的网络编辑版pppt22编辑版pppt23蓝牙的piconetnPiconet的组成n1个Master节点控制FH通信的同步n7个Slave节点n255个非活跃Packed节点n遵循master的跳频算法编辑版pppt24蓝牙的Scatter

6、netn时间和空间层叠的多个piconets组成一个散射网n几个masters链接到同一个slaven一个master可以是另一个网络的slave编辑版pppt25蓝牙规范nCore规范n定义了蓝牙各层通信协议n从逻辑上分为传输协议、中间件协议、应用协议nProfile规范n如何采用协议实现具体的应用产品n通用应用类、电话应用类、联网应用类、对象交换应用类、音频视频应用类编辑版pppt26蓝牙协议栈（续）编辑版pppt27蓝牙协议栈逻辑分组n传输协议组：使蓝牙设备确认彼此位置，并创建、配置、管理物理和逻辑链路n包括无线、基带、链路管理器、逻辑链路控制和自适应协议及主机控制器接口协议n中间件协议

7、组：为了在蓝牙链路上运行应用包括的一些标准协议nPPP、IP、TCP、WAP、OBEX等nRFCCOMM、AT信令、SDPn应用组：包含使用蓝牙链路的实际应用应用组中间件协议组传输协议组编辑版pppt28传输协议组编辑版pppt29中间件协议组编辑版pppt30应用组编辑版pppt31蓝牙的无线电层n规范n定义了载波频率和输出功率n主要处理空中数据的接收和发送n特点n2.4GHz的ISMn79个信道，1MHznGFSK调制方式（高斯滤波的二进制频移键控）n跳频扩频技术1600/sn收发器的能量分3级n1级：100mW，强制功率控制n2级：2.5mW，功率控制可选n3级：1mW编辑版pppt32

8、数据传输期间的频率选择nM和S交替发送（TDD模式）n数据传输期间保持频率的跳变编辑版pppt33蓝牙的基带层n基本功能n执行跳频n实现介质访问n定义了物理链路n定义了packet格式编辑版pppt34M设备和S设备之间的物理链路nACL(asynchronous connectionless)链路n主要用于Best-effort的数据传输服务nM和S之间的点-点/点-多点（广播）连接n在没有预留给SCO的时间槽传送无时间规律的分组n每个S节点只有1条ACLn分别对应1-slot、3-slot、5-slot分组n正向最大速率：723.3Kbps(5-slot)n反向最大速率：57.6Kbpsn

9、Half-duplex通信编辑版pppt35M设备和S设备之间的物理链路nSCO(synchronous connection oriented)链路n主要用于音频/视频传输nM和S之间具有固定带宽的点-点连接nM为S预留2个连续时间槽传送实时数据nM可同时支持3个SCOn每个S可有23个SCO（64kbps）nFull-duplex通信编辑版pppt36蓝牙的寻址nBluetooth设备地址（BD_ADDR）n48位IEEE MAC地址n活跃成员地址（AM_ADDR）n3位活跃S设备地址n全0广播地址（M-S）n驻扎成员地址（PM_ADDR）n8位parked的S设备地址编辑版pppt37蓝

10、牙设备地址n48位蓝牙设备地址（BD_ADDR）nLAP（Lower Address Part）nUAP（Upper Address Part）nNAP（Non-significant Address Part）制造商分配的产品编号Bluetooth SIG分配的制造商编号LAP（24位）UAP（8位）NAP（16位）编辑版pppt38蓝牙基带分组n基带分组格式接入码（72或68位）分组头（54位）有效载荷（02754位）LSBMSB编辑版pppt39蓝牙基带分组n接入码（Access Code）n接入码用于同步、DC补偿和标示n信道接入码（CAC）同步字来源主设备LAPn设备接入码（DAC）

11、同步字来源从设备LAPn查询接入码（IAC）预留LAPn蓝牙预留64个LAP地址用于查询操作前导码（4位）同步字（64位）尾码（4位）编辑版pppt40蓝牙基带分组n分组头（Header）nAM_ADDR 微微网中激活从设备地址nType 分组类型nFlow ACL链路数据分组流量控制标志nARQN 无编号自动请求重发nSEQN 序列编号nHEC 分组头错误校验AM_ADDR（3位）Type（4位）Flow（1位）ARQN（1位）SEQN（1位）HEC（8位）编辑版pppt41蓝牙基带信道控制编辑版pppt42连接状态n连接状态是指连接已经建立，数据分组可以双向传输的状态n主从使用主设备接入码

12、和时钟，跳频采用信道跳频序列n连接状态设备操作模式n活跃模式（Active）n呼吸模式（Sniff）n保持模式（Hold）n驻扎模式（Park）编辑版pppt43蓝牙的节能模式nSniffnM和S设备定期睡眠，并在早期协商的时间间隔“sniff”nHoldn不释放AMA（活跃成员地址）地址n停止ACL传输，但可交换SCO分组nParkn设备仍旧是该piconet的成员n释放AMA地址但获得一个PMA（parked）地址编辑版pppt44待机状态n蓝牙缺省低功耗状态n蓝牙设备从待机状态转到寻呼扫描，对其他设备的寻呼进行响应，进入连接状态，成为从设备n蓝牙设备从待机状态转到查询，完成一个寻呼，进入

13、连接状态，成为主设备编辑版pppt45蓝牙的信道控制n两种管理情形n设备知道其他设备的参数n执行paging过程n设备不知道其他设备的参数n执行inquiring和paging过程n两个主要过程nPagen用来建立与其他节点的链路nInquiryn用来了解时钟偏移和其他设备的地址编辑版pppt46微网的建立Inquriy模式n当一个设备想建立一个piconet时n79个无线电载波中有32个用来wake-up载波nMaster依次在这32个载波上广播查询接入码（IAC）n一个standby设备想加入一个piconet时n定期侦听IAC消息n返回一个packet（设备地址和时钟信息）编辑版pppt

14、47微网的建立Page模式nM设备根据返回的设备地址计算特殊的跳频序列nS设备与M设备时钟同步，并启动M定义的调频序列编辑版pppt48蓝牙设备的baseband状态编辑版pppt49基带跳频选择国家模式23跳/79跳地址输入：LAP+UAP低4位时钟输入：Clock频率选择模块跳频序列编辑版pppt50链路管理器协议nLMP主要任务n设备功率管理n链路质量管理n链路控制管理n数据分组管理n链路安全管理nLMP运行在蓝牙模块中，用户通过LMP对本地或远端蓝牙设备的链路进行设置和控制编辑版pppt51蓝牙的链路管理规范n能量控制：根据接收信号强度要求发送者调整发送能量n能力协商：交换版本号和所支

15、持的特性nQoS协商：轮询时间、延迟、传送能力n同步：修正时钟偏差或者接受特殊的同步packetn改变状态和传输模式：M和S角色的改变n链路控制：控制link活动n安全服务：认证、加密、密钥的分发编辑版pppt52链路管理器协议数据单元nLMP_PDU由ACL分组携带协商发起方标识（Transaction ID）操作码（OpCode）内容（Content）编辑版pppt53协商过程n设备A向设备B发送协商请求n设备B根据自身情况作出接受或不接受响应LMP_PDU RequestLM(A)L M P _ P D U (N o t)AcceptedLM(B)蓝牙设备A蓝牙设备B编辑版pppt54蓝

16、牙的L2CAP层n仅用于ACLn协议的多路复用/分用n接收上层分组（64KB），分段传输n在接收端重组n处理服务质量编辑版pppt55蓝牙的逻辑信道n无连接信道（CID=2）n支持无连接服务。每个信道是单向的，该信道主要用于M到多个S的广播n面向连接信道（CID64）n支持面向连接的服务。每个信道是全向的（全双工），每个方向被制定了服务质量流规范n信令信道（CID=1）n提供了两个L2CAP实体之间信令消息的交换编辑版pppt56蓝牙的逻辑信道nM和S之间只能有一个无连接信道和一个信令信道nM和S之间可有多个面向连接信道编辑版pppt57L2CAP协议分组格式n面向连接信道分组格式长度（2字节

17、）信道ID（2字节）有效载荷（长度字段的字节数）n无连接信道分组格式长度（2字节）信道ID（0 x0002）有效载荷PSM编辑版pppt58蓝牙的服务发现协议（SDP）n基本功能n查询服务n搜索特殊的服务种类n浏览当前的可用服务n检索某个服务的详细属性n建立到其他设备L2CAP连接n建立一个使用某个服务的独立（non-SDP）连接n服务记录n一系列服务属性编辑版pppt59服务发现机制n服务器具有服务记录列表，包含了与服务器相关的服务及特征n客户端发送SDP请求从服务记录列表获得服务记录信息n如果客户端决定使用其中某一服务，则与该服务提供则建立单独连接SDP请求SDP响应SDP客户端SDP服务

18、端编辑版pppt60蓝牙的串口仿真（RFCOMM）n基本功能n在面向packet的链路上仿真串行接口n支持传统应用/协议n支持一个物理信道上的多个串行接口n与HDLC类似编辑版pppt61RFCOMM编辑版pppt62蓝牙与IPn基本功能n通过蜂窝电话接入Internetn通过LAN接入点连接PDA或则笔记本到Internetn接入协议nPPP（Point to Point Protocol）nBNEP（Bluetooth Network Encapsulation Protocol）编辑版pppt63蓝牙与IPnAP具有PPP服务器功能n用户名/口令管理仍是问题n漫游不是无缝的编辑版pppt64蓝牙与IPn从AP隧道发送PPP流量到PPP服务器n可集中管理用户信息n减少AP上的处理时间和状态维护编辑版pppt65蓝牙的profilenBluetooth v1.1规范了13中应用+响应的协议栈编辑版pppt66蓝牙的语音应用n三合一电话n呼叫/移动管理/对讲n耳麦编辑版pppt67蓝牙的个人信息管理n同步应用n提供了设备与设备之间个人信息管理（PIM）的同步，如电话号码、日程安排、消息和通告信息编辑版pppt68蓝牙的文件传送n传送能力n目录n文件n文档n映像n流媒体n浏览能力n文件夹