第4章 无线个域网

主/从关系
无线网络的配置
4.3.8 蓝牙规范的五层核心协议
1.蓝牙无线电规范 2.蓝牙基带规范 3.蓝牙链路管理器规范 4.蓝牙逻辑链路控制和自适应协议 5.蓝牙服务发现协议
1.蓝牙无线电规范
拓扑 调制 数据速率的峰值/Mb/s RF带宽 RF波段 RF载波 载波的间隔/MHz 传输功率/W 微微网的接入 频跳率/跳/s 分布式网络的接入 一个逻辑的星形结构中，高达7条并行链路 GFSK 1 220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB) 2.4GHz,ISM波段 23/79 l 0.1 FH-TDD-TDMA 1600 FH-CDMA
无线个域网技术
蓝牙(Blue Tooth) 红外线通信（IrDA） 家庭射频（HomeRF） 超宽带（UWB） Zigbee 近场通信（NFC）
蓝牙技术
蓝牙技术是一种支持点到点、点到多点语 音和数据业务的短距离无线通信技术。极 大地推动了WPAN的发展。 蓝牙最基本的网络结构是微微网 （Piconet），由主设备单元和从设备单元 组成。主设备单元负责提供时钟同步信号 和跳频序列，在一个微微网中，所有设备 均采用同一跳频序列。一个微微网中从设 备单元最多可有7个。
UWB
UWB是一种新技术，其概念类似于雷达， 在很宽的频段内传送短脉冲，将信息调制 到脉冲的时间和频率上。其高性能和低功 耗的优点使得它将成为未来市场上强有力 的竞争者之一。无线USB（WUSB）就使用 了UWB无线通信技术，使物理层数据速率 达到了480Mb/s，而且功能低，范围可达 10m。
4.蓝牙逻辑链路控制和自适应协议
与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同， L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒 介网络的实体间提供一个链路层协议。 L2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于 更低层(基带层)。 L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路。
内容提要
4.1 4.2 4.3 4.4 概述 IEEE802.15标准 蓝牙技术 ZigBee技术
4.2 IEEE802.15标准
IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区 域网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范 围的WPAN标准。
4.2.1 标准构成
802.15.1是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无 线通信规范的一个正式标准。 802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共 存的推荐规范。 802.15.3工作组的兴趣在开发对比于802.11设备 是低成本和低功耗的设备的标准上。该工作组关 注于高数据率的WPAN的开发。应用实例见教材。 802.15.3a的目标是要在使用同样的MAC层上提 供比802.15.3更高的数据率。110Mb/s或更高。 802.15.4工作组则开发了一个非常低成本、非常 低功耗的比802.15.1数据率要低的设备标准。研 究可维持多个月到多年的电池寿命且复杂性很低 的低数据率的解决方案。
3.蓝牙链路管理器规范
链路管理协议(LMP)管理主站与从站间的无线电 链路的各个方面。 协议涉及主站和从站的LMP实体间表现为LMP PDU(protocol data unit，协议数据单元)形式的 报文的交换。报文总是作为单个分组发送，该分 组带有一位标识报文类型的负载首部，和一个包 含与此报文相关的附加信息的负荷实体。 为LMP定义的过程被分为24个功能区，其中每个 都涉及一个或多个报文的交换。
4.3.3 蓝牙标准文档构成
核心规范(core specifications):描述了从无线电 接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的 细节。 概要规范(profile specifications):考虑使用蓝牙 技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核心 规范中定义的技术，以实现特定的应用模型 (Usage Model)。
蓝牙技术优点
(1)可以随时随地用无线接口代替有线电缆连接； (2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、 GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无绳通信)等， 引入身份识别后可以灵活地实现漫游； (3)低功耗，对人体伤害小； (4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广。 蓝牙技术工作在2.4GHz，能达到1Mb/s的数据速率。理论上 可在30m范围内提供2Mb/s的数据速率，实际上达不到。 蓝牙支持点对点和点对多点的通信。蓝牙最基本的网络结构是 Picnet，也叫微微网。是一种个人网络，不能代替LAN，只 是用来简化或代替人个区域中的电缆连接。匹克网由主设备 和从设备构成。
第4章 无线个域网
内容提要
4.1 4.2 4.3 4.4 概述 IEEE802.15标准 蓝牙技术 ZigBee技术
4.1 概述
手机、PC机、汽车、音响、电视、微波炉、电冰 箱等消费类产品非常普及，人们希望有一种短距 离、低成本、小功耗的无线通信方式，实现不同 功能单一设备的互联，提供小范围内设备的自组 网机制，并通过一定的安全接口完成自组小网与 广域大网的互通。 无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN，简称无线个域网)技术就是一 种满足上述应用需求的小范围无线连接、微小网 自主组网的通信技术。
4.3.5 应用模型
大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。本质上，一个应用 模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要文件定义了 支持一特定应用模型的协议和协议特性。 （１）文件传递支持目录、文件、文档、图像和流媒体格式的传递。也 包括了在远程设备中浏览文件夹的功能。 （2） 桥接Interent，一台PC可以无线连接到一部移动电话或无绳 Modem上，提供拨号连网和传真的功能。 （3）Lan接入，使得一个微微网上的设备可以接入LAN。 （4）同步，为诸如电话簿等信息提供了设备与设备之间的同步。 （5）三合一电话，实现此应用模型的电话手机可以作为一台连接到话音 基站的无强电话、作为一部与其他电话相连的内部通信设备和作为一 部监察电话。 （6）头戴式设备，耳机作为一个远程设备的音频输入和输出接口。
ZigBee
ZigBee是一种新兴的短距离、低功率无线 网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝 牙技术之间的技术提案。 它有自己的无线通信标准，在数千个微波 的传感器之间相互协调实现通信。 低功耗、接力传输，通信效率高。
近场通信（NFC）
近场通信（NFC）是一个超短距离的无线通信技 术，它是用磁场感应使得两个设备物理接触的， 在几厘米范围内的设备通信。是一项实现消费电 子设备之间互联的技术而出现，从无连接识别技 术（如RFID）和网络技术融合发展而来，目标是 通过自动连接和配置实现简单的点到点连接。 NFC与标准RF无线通信的本质区别在于：RF信号 是在收发设备之间传送，标准的RF通信，如WiFi，被称为“远场”通信，因为通论距离与它的 天线尺寸关系较大；近场通信是两个设备文章的 直接磁场或者电场的耦合来实现的，而不是通过 无线电波在自由空间的传播。
4.3.4 蓝牙协议体系结构
核心协议(core protocol)形成五层栈
(1)无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式和传 输功率在内的空中接口细节。 (2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、 分组格式、计时和功率控制。 (3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在 蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。包括诸如认 证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素。 (4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。 L2CAP提供无连接和面向连接服务。 (5)服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询问设 备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建 立连接成为可能。
IrDA技术
IrDA技术是目前几种技术中市场份额最大 的，已安装了至少5000万个单元。采用红 外线作为通信媒介，支持各种速率的点到 点的语音和数据业务，主要应用在嵌入式 的系统和设备中。
HomeRF
HomeRF由HomeRF任务组开发，是在家 庭区域内在PC和用户电子设备文章实现无 线数字通信的开放式工业标准。工作在 2.4GHz频段，支持语音和数据，有效范围 50m，传输速率为1M或2Mb/s。
文件传输
文件传输应用 OBEX SDP RFCOMM L2CAP
拨号联网
Modem传 真 或 驱 动 器 应 用 AT命 令 RFCOMM L2CAP PPP SDP
LAN接入
LAN接 入 应 用 例 如 IP PPP RFCOMM L2CAP SDP
同步
同步应用 IrMC OBEX RFCOMM L2CAP SDP
IEEE802.15协议要
4.1 4.2 4.3 4.4 概述 IEEE802.15标准 蓝牙技术 ZigBee技术
4.3.1 蓝牙技术的诞生与发展
IEEE802.15.1的基础，源于1994年爱立信公司的一项研究，旨在在移动 电话及其附件之间探求一种新的低功耗、低成本的空中接口。 1998年5月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG) 1999年7月SIG公布蓝牙规范1.0版 1999年12月公布蓝牙规范1.0b版 2001年4月公布1.1版 2003年11月公布1.2版本 2004年8月公布2.0版本 短距离无线蓝牙技术已经嵌入到了许多消费装置中，从笔记本电脑、手 机到汽车都可以看到蓝牙的踪影。很多操作系统都增加了对蓝牙的支持。 蓝牙进入企业的首要渠道来自手机、笔记本电脑和PAD。
应用实例：
手机与计算机相连 作无绳电话使用 数据共享，办公更方便 无线免提 Internet接入 同步资料 影像传递 键盘、鼠标、家庭网络、高速无线内部网络、电子名牌等。