物联网与短距离无线通信技术第二章

蓝牙技术通信距离为10m，如果需要的话，还可以选用 放大器使其扩展到100m。这已经足够在办公室内任意摆放 外围设备，而不用再担心电缆长度是否够用。
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2.1.3 蓝牙技术的特点
4.安全性 同其它无线信号一样，蓝牙信号很容易被截取，因此蓝牙协 议提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。蓝牙系统认证 与加密服务由物理层提供，采用流密码加密技术，适合于硬件实 现，密钥由高层软件管理。如果用户有更高级别的保密要求，可 以使用更高级、更有效的传输层和应用层安全机制。认证可以有 效防止电子欺骗以及不期望的访问，而加密则保护链路隐私。除 此之外，跳频技术的保密性和蓝牙有限的传输范围也使窃听变得 困难。
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2.1.4 蓝牙系统组成
但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生 成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这 是因为数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。包头总 有占 1/3 比例的 FEC 码起保护作用，其中包含了有用的 链路信息。
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2.1.4 蓝牙系统组成
3.链路管理（软件）单元 链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、 鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。 LM 能够发现其 它远端LM并通过LMP（链路管理协议）与之通信。LM模 块提供如下服务：发送和接收数据；请求名称；链路 地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立； 决定帧的类型。此外，还控制设备的工作状态即激活 （ Active) 、呼吸（ Sniff ）、保持（ Hold ）和休眠（ Park ）四种模式。将设备设为呼吸模式， Master （主 机）只能有规律地在特定的时隙发送数据。
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2.1.4 蓝牙系统组成
蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路 管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组 成。
1.天线单元
蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙 天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为 0dB的 基础上的。
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2.1.4 蓝牙系统组成
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2.1.2 蓝牙技术概述
作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规 范，蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础， 为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接，完 成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立 通用的无线电空中接口（Radio Air Interface）及 其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结 合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电 缆相互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互 用、互操作的性能（Interoperability）。
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2.1.2 蓝牙技术概述
它推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络 中的各种数据和语音设备能互连互通，从而实现 个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。“蓝 牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电 脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离 内实现无缝的资源共享。使现代现代通信设备与 因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，蓝牙 技术使便于携带的现代移动通信设备和终端设备 ，不必借助电缆就能实现无线上网。
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2.1.4 蓝牙系统组成
第二部分为协议子集（Profile）部分，用以规定 不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。 蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数 据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立 和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（QoS） 、协议的复用和分用等功能。在设计协议栈，特别是 高层协议时的原则就是最大限度地重用现存的协议， 而且其高层应用协议（协议栈的垂直层）都使用公共 的数据链路和物理层。
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• Sniff:从设备被周期性的激活； • Hold：此模式下，从设备停止监听来自主设备的数据分组，
但保持其激活成员地址；
• Park:主从设备扔保持同步，但从设备不需要保留其激活成员
地址。
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2.1.4 蓝牙系统组成
Master可把Slave从机置为Hold模式，在这种模式下，只有 一个内部计数器在工作。Slave也可主动要求置为Hold模式 。一旦处于Hold模式的单元被激活，则数据传递也立即重 新开始，工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周 期 内 停 止 接 收 数 据 。 Hold 模 式 一 般 被 用 于 连 接 好 几 个 Piconet的情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。
2.1.1“蓝牙”的由来
1000年后的今天，世界范围内电子设备技术高速发 展。瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小 组，对移动电话及其附件的低能耗、低费用无线连接的 可能性进行研究，他们的最初目的在于建立无线电话与 PC卡、耳机及桌面设备等产品的连接。但是随着研究的 深入，科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨 大的商业潜力，同时也意识到凭借一家企业的实力根本 无法继续研究，于是，爱立信将其公诸于世，并极力说 服其他企业加入到它的研究中来。 他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通 信技术，并将此技术命名为“蓝牙”，来表达要将这种 全新的无线传输技术在全球推广，并实现全球通用的雄 4 心。
2. 链路控制（固件）单元 在目前蓝牙产品中，人们使用了3个IC集成电路分 别作为连接控制器、基带处理器以及射频传输／接收 器，此外还使用了 30 ～ 50 个单独调谐元件。基带链路 控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。 它有 3 种纠错方案： 1/3 比例前向纠错（ FEC ）码、 2/3 比例前向纠错码和数据的自动请求重发（ARQ）方案。 采用FEC（前向纠错）方案的目的是为了减少数据重发 的次数，降低数据传输负载。在ARQ方式下，数据包被 重传。
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2.1.2 蓝牙技术概述
蓝牙是一个开放性的无线通信标准，设计者的初衷是用隐 形的连接线代替线缆。其目标和宗旨是：保持联系，不靠电缆 ，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式。它将取代目前多种 电缆连接方案，通过统一的短程无线链路，在各信息设备之间 可以穿过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本小 功耗的话音和数据通信。
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2.1.2 蓝牙技术概述
BLUETOOTH1.0技术指标和系统参数
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2.1.2 蓝牙技术概述
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• 全双工：指可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且
B→A）。指A→B的同时B→A，是瞬时同步的。
• 半双工：指一个时间内只有一个方向的信号传输（A→B或
B→A）。
• 举例说明其原理：一座桥的两头分别有车要过桥，如果桥比较
皮网（ piconet ），也叫微微网，蓝牙最基本的拓扑结构 ，每个皮网由一个主节点和最多7个激活的从节点组成。
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2.1.4 蓝牙系统组成
在Park模式下，设备依然与Piconet同步但没有数 据传送。工作在Park模式下的设备放弃了MAC地址，偶 尔收听Master的消息并恢复同步、检查广播消息。 连接类型定义了哪种类型的数据包能在特别连接中使 用。蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接 （SCO，Synchronous Connection Oriented）类型， 主要用于传送话音；异步无连接（ACL，Asynchronous Connectionless）类型，主要用于传送数据包。蓝牙 基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。 鉴权基于“请求——响应”运算法则。
4. 软件（协议栈）单元 蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独立的操作系 统，不与任何操作系统捆绑。它必须符合已经制定好 的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信而 制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（ Core ）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务 搜寻（service discovery）、传输层以及与不同通信 协议间的互用、互操作性等组件；
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2.1.4 蓝牙系统组成
鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人 的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的 笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用 来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。 网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的 安全机制。
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2.1.4 蓝牙系统组成
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2.1.3 蓝牙技术的特点
2. 功耗低、体积小 蓝牙技术本来目的就是用于互连小型移动设备及其外 设，它的市场目标是移动笔记本电脑、移动电话、小型的 PDA以及它们的外设，因此蓝牙芯片必须具有功耗低、体 积小的特点，以便于集成到小型便携设备中去。蓝牙产品 输出功率很小(只有1mW)，仅是微波炉使用功率的百万分 之一，是移动电话的一小部分 3.近距离通信
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2.1.4 蓝牙系统组成
蓝牙协议可以分为4层，即核心协议层、电缆替代协 议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。在蓝牙协 议栈中，还有一个主机控制接口（HCI）和音频（Audio ）接口。HCI是到基带控制器、链路管理器以及访问硬件 状态和控制寄存器的命令接口。利用音频接口，可以在 一个或多个蓝牙设备之间传递音频数据，该接口与基带 直接相连。 发送端发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换 ）的原始电信号，其特点是频率较低，由于在近距离范 围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化 。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输 方式，说的通俗一点,基带信号就是发出的直接表达了要 传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号 27 。
宽，就可以来左去右，互不影响，这就是全双工；如果桥窄， 只能先过一边的车，然后再过另一边的车，这就是半双工。
• 在通信产品中，对讲机就是半双工的典型例子；电话是全双工
的应用。
• 此定义在计算机通信中提到最广。
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• 频分双工(FDD)，操作时需要两个独立的信道。一个信道用来
向下传送信息，另一个信道用来向上传送信息。两个信道之 间存在一个保护频段，以防止邻近的发射机和接收机之间产 生相互干扰。
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2.1.3 蓝牙技术的特点