无线局域网蓝牙.ppt

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1、第二章 无线通信网络,baseband,掌握蓝牙的基本概念,掌握蓝牙的协议体系,理解蓝牙,2.5 WPAN与蓝牙,WPAN概述蓝牙网络结构蓝牙无线电层蓝牙基带蓝牙链路控制,主要内容,无线个域网络,无线个域网络(Wireless Personal Area Network)所有个人移动设备可通向外部世界的无线传输环境。蜂窝电话、汽车、笔记本、键盘、麦、鼠标、耳机。,bluetooth的历史,1994 Ericsson发起multi-communicator link的研究；1998 成立了特别兴趣小组（SIG）并命名bluetooth 成员：Ericsson、IBM、Intel、Nokia、To

2、shiba 目标：将计算、通信设备以及附加设备通过短程、低耗、低成本的无线电波连接起来发展：Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；现SIG成员超 过2500个；1999 Bluetooth 1.0发布；2002 IEEE采纳了bluetooth的物理层和数据链路层，发布了 IEEE802.15.1；,为什么叫“bluetooth”,正面,背面,Ericsson借用了Harald Gormsen的 昵称blatand“Bluetooth”丹麦的国王（A.D.940 986）统一了丹麦（958）和挪威（970）寓意统一不同制造商的不同设备 Harald把基督教带到

3、斯堪的纳维亚 Harald统治了丹麦和挪威Harald思索 笔记本和手机的无缝通信2000年5月发布了蓝牙应用新图标,bluetooth是什么？,蓝牙是无线技术规范短程：最大传输距离10m（高能达到100m）性能中等：721Kbps动态配置：自组联网低能耗(2.5mW)：适用于手持应用模块大小：9x9 mm支持语音和数据传输,bluetooth的应用,蓝牙好在哪里？没有线缆连接时!个域网(PAN)使得一组个人设备协同工作仅在有限范围内并且需要时访问额外资源充当进入Internet的桥梁构建居家网络运动中组网,整洁办公空间,需要电池供给能量,连接计算机以及其他外部设备,802.11,支持自组织网

4、络,临时性,不需要适配器,充当访问Internet 的接入点,蜂窝架构,PDACell Phone,Cordless PhoneBase Station,xDSLAccess Point,InkjetPrinter,Home Audio System,构建居家网络环境,MP3Player,Digital CameraComputerScanner,Pay Phone&Access Point,Hotel Phone&Access Point,Headset,MP3Player,运动中的连接Car Audio SystemPDACell Phone,Laptop,Bluetooth传输特性,两种

5、传输方式：同步（电路交换技术）64kbps异步（分组交换技术）433.9kbps(对称)723.2kbps(非对称),Bluetooth的piconet,Piconet的组成1个Master节点控制FH通信的同步7个活动的Slave节点255个非活跃Parked节点遵循master的跳频算法,节点的操作状态,MasterActive SlaveParked SlaveStandby,M,S,S,P,P,P,P,Master控制所有活跃节点,和parked节点的信道访问.S一个Piconet内的设备共享逻辑信道和数据传输。,Bluetooth的Scatternet,多个piconets组成一个S

6、catternet（分布）网几个masters连接到同一个slave,标准只定义了scatternet的概念，并没有给出构造scatternet的机制。,一个scatternet内的所有设备共享物理区域和全部带宽,Bluetooth协议栈,Mgmnt apps.,telephony apps.,Audio apps.,ATcommands,SDP Control,TCS BIN,PPP,IP,TCP/UDP,OBEX,RFCOMM,NW apps.vCard/vCal,Audio,Logical link control adaptation protocol(L2CAP)Host-Contr

7、oller InterfaceLink managementBaseband radio,Control,Bluetooth的无线电层,定义了载波频率和调制方法,2.4GHz的ISM79个信道1MHz跳频扩频技术1600/s,DataL2CAPAudioLink ManagerBaseband,SDP,IPRFCOMM,Applications,RF,规范,Bluetooth的基带层,执行跳频跳频速率1600次/秒物理信道的时间625us,RF,Baseband,RFCOMMDataL2CAPLink Manager,SDPAudio,ApplicationsIP,物理信道：共有79个，每个带

8、宽1MHzFH信道：由调频序列组成,同一个piconet中的设备遵循同一个调频序列,Control,定义了物理链路和帧格式,基本功能,M,S,M,S,M,S,M,M,S,M,S,M,M,M,S,fk,fk+1,fk+2,fk+3,fk+4,fk+5,fk+6,625s,fk,fk,fk+1,fk+3,fk+4,fk+5,fk+6,fk+6,1-slot,3-slot,5-slot,数据传输期间的频率选择,M和S交替发送（TDD模式）数据传输期间保持频率的跳变,time,FH序列由master决定，通常是其蓝牙地址的函数。,ACL(half-duplex通信)一次往一个方向发送不对称最大速率72

9、3.3Kbps，反向为57.6Kbps对称速率双向发送，每个方向可达433.9KbpsSCO(full-duplex通信)可同时双向发送速率64Kbps没有为SCO链路预留的slot可用于ACL链路,M设备和S 设备之间的物理链路,Packet 格式(3-1),访问码主要用于时钟同步、寻呼和查询,信道访问码：标识一个piconet设备访问码：用于寻呼（paging）或者后续的应答查询访问码：用于查询（inquiry）,72bAccess code,54bHeader,02745bPayload,4bpreamble,4bpreamble,64bSYNC word,Packet 格式（3-2）,

10、包头（Header）主要用于标识包类型以及携带的协议控制信息,AM_ADDR:指出某个活跃slave设备的地址，0用于广播；Type:标识包的类型4种SCO,ACL链路的公共控制包4种SCO数据包；6种ACL数据包；Flow,ARQN,SEQN:状态标志位；HEC：包头检验位。,AM_Addr,Type,Flow ARQN SEQN Header error control(HEC),ACL的流控、确认以及序号,前向纠错(FEC)或者ARQ,Packet 格式（3-3）,包的有效负载（payload）对于语音传输，无数据头；对于ACL包和SCO非语音数据，有数据头。,payload头，payl

11、oad体和CRC 码,SCO 数据格式,payload(30),audio(30),audio(10),audio(10),HV3,HV2,HV1,DV,FEC(20),audio(20),FEC(10),header(1),payload(0-9),2/3 FEC,CRC(2),(bytes),前向纠错码,3种不同类型,高质量话音,单位：字节,实例:HV1数据速率计算,假设一个MASTER和一个SLAVE，单向HV1的数据传输速率是多少？计算:每个时隙是80 bits每秒1600个时隙发送每个分组需要2个时隙数据速率=80(bits/slot)1600(slots/sec)/2=64 Kbp

12、s,ACL 数据格式,payload(0-343),header(1/2),payload(0-339),CRC(2),header(1),payload(0-17),2/3 FEC,header(1),payload(0-27),header(2),payload(0-121),2/3 FEC,header(2),payload(0-183),header(2),payload(0-224),2/3 FEC,header(2),payload(0-339),DH5,DM5,DH3,DM3,DH1,DM1,header(1),payload(0-29),AUX1,CRC(2),CRC(2),C

13、RC(2),CRC(2),CRC(2),CRC(2),(bytes),6种不同类型,中带宽数据,高带宽数据,实例:DH1数据速率计算,假设一个MASTER和一个SLAVE，单向DH1的数据传输速率是多少？计算:每个时隙是216 bits每秒1600个时隙发送每个分组需要2个时隙数据速率=216(bits/slot)1600(slots/sec)/2=172.8 Kbps,bluetooth的寻址,Bluetooth设备地址(BD_ADDR)48位IEEE MAC地址活跃成员地址(AM_ADDR)3位活跃S设备地址全“0”广播地址（M S)驻扎成员地址(PM_ADDR)8位parked的S设备地

14、址,Bluetooth的链路管理规范,QoS协商：轮询时间、延迟、传送 能力同步：修正时钟偏差或者接受特殊 的同步packet,改变状态和传输模式：M和S角色的 改变链路控制：控制link活动 安全服务：认证、加密、密钥分发,DataL2CAPAudioLink ManagerBasebandRF,SDP,IPRFCOMM,通过24个PDU实施基带连接的建立和管理,Applications,Control,Bluetooth的信道控制,两个主要过程Page用来建立与其他节点的链路Inquiry用来了解时钟偏移和其他设备的地址两种管理情形设备知道其他设备的参数执行paging过程设备不知道其他设

15、备的参数执行inquiring和paging过程,微网的建立 inquiry 模式:地址发现,当一个设备想建立一个piconet时 79个无线电载波中有32个用来wake-up载波 Master依次在这32个载波上广播查询访问码（IAC）一个standby设备想加入一个piconet时 定期侦听IAC消息 返回一个packet（设备地址和时钟信息）,MasterActive SlaveParked SlaveStandby,微网的建立Page模式：频率同步,MasterActive SlaveParked SlaveStandby,M设备根据返回的设备地址计算特殊的跳频序列S设备与M设备时钟同

16、步，并启动M定义的跳频序列,Bluetooth的节能模式,SniffM和S设备定期睡眠，并在早期协商的时间间隔“sniff”Hold不释放AMA（活跃成员地址）地址停止ACL传输，但可交换SCO分组Park设备仍旧是该piconet的成员释放AMA地址但获得一个PMA（parked）地址,detach,Bluetooth设备的baseband状态,standby,inquiry,page,TransmitAMA,connectedAMA,ParkPMA,holdAMA,sniffAMA,Un-connected,connecting,active,Low power,AMA:active me

17、mber address(3b)PMA:parked member address(8b),S侦听/发送/接收,包，M维持同步,获得 不支持 PMA ACL，但 参与SCO.,不侦听每个时间槽,节电效率：ParkHoldSniff,参考资料,阅读Haartsen,J.“The Bluetooth Radio System”,IEEE PersonalCommunications,February 2000Haartsen,J.,and Mattisson,S.“BluetoothA New Low-Power Radio Interface Providing Short-Range Connectivity.”Proceedings of the IEEE,October 2000William Stallings,“Wireless Communications andNetworks”（影印版）,清华大学出版社访问,思考题,微网中Master和slave的关系？如何结合跳频和时分多路复用？Master和slave之间的链路类型？,