无线网络第四章无线个域网

蓝牙协议体系结构
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核心协议(core protocol)形成五层栈
(1)无线电(radio)：确定包括载波频率设定、跳频的执行、 调制模式和传输功率在内的空中接口细节。物理层 (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、跳频序列控制和功率控制。MAC (3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责链 路管理。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。LLC (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。传输层 (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。应用层
IEEE802.15标准
1998年IEEE针对无线个人区域网(WPAN)成立IEEE 802.15工作组，开发有关短距离范围的标准，具有 短程、低能耗、低成本、网络规模小，适用于个 人操作空间 (personal operating space, POS)的特点。
802.15.1于2001年发布，是以既有蓝牙1.1标准为基础， 制定蓝牙无线通信规范的一个正式标准，2003年发布 802.15.1a对应蓝牙1.2版本，中等速率解决方案，主要 用于手机、笔记本电脑、PDA等； 802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共存的推荐 规范。
蓝牙技术简介-bluetooth的历史
2004年推出bluetooth 2.0+EDR版本，发布了简化确认应答 的机制的非跳跃窄频通道EDR传输率提升至2-3Mbps，(实 际测试速度为72KB/s=576Kbps); 2007年推出bluetooth 2.1+EDR版本，简易安全配对、暂停 与继续加密、Sniff省电; 2009年推出bluetooth 3.0 + HS版本，集成802.11PAL 最高速 度可达24Mbps。是2.0速度的8倍。 引入了增强电源控制， 实际空闲功耗Байду номын сангаас显降低;
内容提要
4．1 4．2 4．3 4．4 4．5 4．6 4．7 4．8 概述 IEEE802.15标准 蓝牙技术简介 蓝牙无线电规范 蓝牙基带规范 蓝牙链路管理器规范 蓝牙逻辑链路控制和自适应协议 蓝牙服务发现协议
概述
当今时代，手机、PC、汽车、电视、电冰箱等设备逐渐成 为人们工作和日常学习中不可缺少的消费产品。人们在享 受这些产品带来的方便的过程中，也逐渐感觉单一产品的 功能局限性，希望可以有一种短距离、成本低、小功耗的 无线通信方式，实现不通设备的互联，提供小范围内的设 备的自组网机制，并且通过一定的安全接口完成自组小网 与广域大网的互联。无线个域网（WPAN:Wireless Personal Area Network）诞生。 蓝牙(Bluetooth) IrDA HomeRF UWB Zigbee
蓝牙协议体系结构
Core规范：描述了物理层、数据链路控制以及高层功能； Profile规范：规定了与传统/新应用相适配的协议和功能。
IEEE802.15标准
802.15.4：针对低速无线个人区域网络的标准。把低能量消 耗、低速率传输、低成本作为重点目标，为个人或者家庭 范围内不同设备的低速互连提供统一标准，如ZigBee技术。
定义了2个物理层:868Mhz/915Mhz(20/40kbps)和2.4Ghz(250kbps) 低功率：多个月/年的时间维持
蓝牙技术简介-bluetooth的历史
2010年7月推出bluetooth 4.0（智能蓝牙）实现了传统蓝牙 技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术的融合，传输范围 可达100米，最短延迟(3毫秒启动) 。 低能耗标准无线通信使蓝牙设备的潜在使用空间大大的增 加。可在心率监视器，血糖仪，智能手表，窗和防盗门传 感器，汽车钥匙链和血压测量手环等设备上使用。 2011年12月世界上第一款支持蓝牙4.0的手机IPhone 4s发布。 目前，全球大约80%以上的手机都使用了蓝牙技术，其中 将近100%的智能手机都已经使用了蓝牙技术。
802.15.5：基于蓝牙技术实现无线Mesh网络。
IEEE802.15协议体系结构
三个标准中每一个不仅有不同的物理层规范，对 MAC层也有不同的要求。
IEEE802.15协议体系结构
WPAN比WLAN传输范围小，最长大约100米（4.0），但功 耗和成本更低。
蓝牙技术简介-bluetooth的历史
为什么不是802.11
802.11是个无线局域网协议，并非针对个域应用
更快的协议，覆盖范围更大。而个域网传输速度要求不 高，范围要求小 功耗较大，个域应用需要超低功耗（心脏监视器） 拓扑复杂，需要计算机终端对待 成本较高（4美元）
蓝牙设计被用来在不同的设备之间创建无线连接
传输速度版本不同而定，最高24M（高品质语音 1.411Mbps），距离10米或100米 超低功耗，一粒纽扣电池可连续工作数年 拓扑简单，主从模式 成本极低（低于1美元）
bluetooth的应用
可替代所有需要传输数据的家电的有线连接：
使一组个人设备协同工作； 充当进入Internet的桥梁 构建居家网络 运动中组网
个人设备协同工作和Internet的桥梁
构建居家网络环境
运动中的连接
bluetooth系统
Bluetooth拓扑结构
Piconet（微微网）：共享相同信道，8个蓝牙设备 可在小型网络内通信； Scatternet（散网）：一个微微网的设备可以作为 另一个微微网的一部分存在，并在微微网中起从 设备或主设备的作用。
Bluetooth的技术规范
蓝牙是无线技术规范：
频带使用2.4Ghz频段； 短程：class B低能状态最大传输距离10m（class A高能 状态达到100m）； 性能中等：2.1+EDR 2-3Mbps，3.0后可达24Mbps； 动态配置：自组联网/漫游； 低能耗(< 2.5mW)：适用于手持应用，待机时仅有1mw； 模块大小： 9x9 mm； 支持语音和数据传输；
IEEE802.15标准
802.15.3/a工作组，研究高传输速率无线个人区域 网络标准。物理层使用2.4G频段，如UWB技术， 主要考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用， 追求更高的传输速率与服务品质。
相机连接到打印机 短距传输（10米以内） 笔记本电脑连接投影 高流通量（超过20Mbps） 无线高保真音响 QoS能力（对应用程序提供有保障的数据率） 低功耗（电池供电） 低成本 动态环境（设备快速接入） 操作简单 保密性
Find My Car Smart
Find My Car Smart的应用，是一 款让用户查换自己汽车停放位置 的应用。对于大型停车场遍地的 情况来说，这种应用非常流行。 这款应用与之前的寻找停车位置 的应用不同，支持一种USB蓝牙 4.0感应适配器，与iPhone 4S配 对，离开车时，应用会自动记录 地理位置，完全无需手动操作。 而且Bluetooth 4.0后台运作耗电 量极小。iPhone就可以不依靠 GPS也能准确快速找到自己的汽 车停放位置。对于室内停车场来 说，这款应用还是非常实用的。
Bluetooth的散网
散布式网络(scatternet)：一个微微网中的设备也可作为另一 个微微网的一部分存在，并在每个微微网中，起从设备或主 设备功能。
若某用户在一个包含手机和计算机的微网中，隔壁用户在包 含手机、耳机和名片扫描器的微网中，两个微网时间或频率 均不同步，每个微网都在自己的跳频信道内运行，多个微网 中的任何设备通过时分复用技术可在适当时间加入。 标准只定义了 scatternet的 概念，并没 有给出构造 scatternet的 机制。
复杂的版本，更多的选择
新的印记是为了要分辨装置间的兼容性以及标示各版本的适 用传输频率。Smart Ready适用于任何双模蓝牙 4.0 的电子产 品。Smart应用在心率监控器或计步器等使用扭扣式电池并 传输单一信息的装置。Smart Ready 的兼容性会最高，可与 Smart 及标准蓝牙相通。标准蓝牙则无法与 Smart 相通。
蓝牙技术简介-bluetooth的历史
蓝牙WPAN工作组 蓝牙是无线个人局域网的先驱。在初始 阶段，IEEE并没有制定蓝牙相关的标准，经过一段快速发 展时期后，蓝牙很快就有了产品兼容性的问题。2001年， IEEE决定制定行业标准来开发能够相互兼容的蓝牙芯片、 网络和产品； 2001年推出bluetooth 1.1版本，修正了1.0版本的BUG，以 及非加密高速信道的支持，市场巨大成功；
1994年Ericsson发起multi-communicator link的研究 1998成立了特别兴趣小组（SIG）并更名bluetooth； 创始成员：Ericsson、Agere、IBM(Lenovo)、Intel、Nokia、 Motorola、Toshiba； 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14000个，大多来自计算机、通信、网络和 电子消费领域； 1999 Bluetooth 1.0发布，最高传输速为721kbps，实际测试 约为24KB/S(192Kbps)左右；
三星T628
蓝牙技术简介-bluetooth的历史
2003年，bluetooth 1.2列入IEEE 802.15.1a，改进了 加密性能和底层跳频技术，抗干扰性和传输稳定 性能进一步增强；市场情况不太理想