第四章蓝牙技术

基带协议（续）

可使用各种用户模式在蓝牙设备间传送话音， 面向连接的话音分组只需经过基带传输，而不 到达L2CAP。话音模式在蓝牙系统内相对简单， 只需开通话音连接就可传送话音。
2.核心协议

2）连接管理协议（LMP） 该协议负责各蓝牙设备间连接的建立。它通过 连接的发起、交换、核实，进行身份认证和加 密，通过协商确定基带数据分组大小。它还控 制无线设备的电源模式和工作周期，以及微微 网内设备单元的连接状态。
第四章 短距离无线通信 技术
蓝牙技术 ZigBee UWB
一 蓝牙技术简介



丹麦国王 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。 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。
蓝牙连接状态


连接（Connection）状态开始于主单元发送 POLL数据包，通过这个数据包主单元即可检 查从单元是否已经交换到了主单元的时序和跳 频信道。从单元即可以任何类型的数据包响应。 连接状态的蓝牙设备可以处于以下4种状态之 下：激活（Active）、保持（Hold）、休眠 （Sniff）和监听（Park）模式。蓝牙技术中一 个显著的技术难点就是如何实现这些状态之间 的迁移，特别是从监听到活动（或者反之）更 是相当有难度。这些模式在以下简要说明：
无线应用协议（WAP） 该协议是由无线应用协议论坛制定的，它融合了 各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内 容和电话传送的业务传送到数字蜂窝电话和其 他无线终端上。

蓝牙数据包
1.蓝牙链路SCO和ACL 蓝牙基带对应两种类型的链路：SCO和ACL。 SCO：一对一的点到点链路，对应voice通信， 此链路数据不可重传，用于64kbps的语音通信。 ACL：微微网内点对多点的链路，对应数据传 输，此链路可以重传数据包. Sco：synchronous connection oriented ACL：asynchronous connectionless

蓝牙网络拓扑结构
（一）微微网 微微网（Piconet）：是由采用蓝牙技术的设备以特 定方式组成的网络。微微网的建立是由两台设备的连 接开始，最多由8台设备构成。所有的蓝牙设备都是 对等的，以同样的方式工作。然而，当一个微微网建 立时，只有一台为主设备，其他均为从设备，而且在 一个微微网存在期间将一直维持这一状况 （二）分布式网络 散射网络（Scatternet）：是由多个独立、非同步的 微微网形成的。它靠跳频顺序识别每个微微网。同一 微微网所有用户都与这个跳频顺序同步。
二 蓝牙协议体系结构
蓝牙技术的体系结构分为三大部分： 1.底层硬件模块 2.核心协议层 3.高层应用

二 蓝牙协议体系结构
1.底层硬件模块
2.核心协议

1）基带协议 基带和链路控制层确保微微网内各蓝牙设备单元之间 由射频构成的物理连接。蓝牙的射频系统是一个跳频 系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发送。它 使用查询和分页进程同步不同设备间的发送频率和时 钟，为基带数据分组提供了两种物理连接方式，即面 向连接（SCO）和无连接（ACL），而且，在同一射 频上可实现多路数据传送。ACL适用于数据分组， SCO适用于话音以及话音与数据的组合，所有的话音 和数据分组都附有不同级别的前向纠错（FEC）或循 环冗余校验（CRC），而且可进行加密。此外，对于 不同数据类型（包括连接管理信息和控制信息）都分 配一个特殊通道。

图 4-4 蓝牙地址分段表

4种基本类型的设备地址
数据包头部
负载部分
EDR数据包结构)开发的一种协 议，能使蓝牙无线连接的带宽提高到3Mbps， v2.0+EDR蓝牙的主要改进，在于它使数据传 输速率较传统的蓝牙速率提高了三倍（3Mbps： 1Mbps）。这就意味着无线单元运行的时间只 有原来的三分之一，因此功耗也只有原来的三 分之一。因此可以实现更快速的连接，并可同 时支持多条蓝牙链路，以及实现新的更高带宽 的应用，比如音频流。 数据速率得以提高的部分原因在于数据包传输 方式的根本改变。
基本数据包和EDR数据包比较图



蓝牙EDR数据包仍然采用GFSK来调制接入码和数据 包头，而对有效载荷采用下列两种调制方式之一：一 种是强制性的，提供两倍数据速率，并且可以容忍大 量的噪音；另外一种是选择性的，可以提供三倍的数 据速率。 两倍数据速率采用p/4差分四相移相键控（p/4DQPSK）。 三倍数据速率采用8-DPSK。8-DPSK类似于p/4DQPSK，但允许差分移动至八个可能相位中的任何 一个。相邻相位之间较小的相差和±π相位跃变的利 用，意味着8-DPSK更易受到干扰，但它允许每个符 号有三个比特的数据进行编码。
一 蓝牙技术简介

1998年2月，瑞典爱立信（ERICSSON）、 芬兰诺基亚（NOKIA）、日本东芝 （TOSHIBA）、美国IBM和英特尔（Intel）公 司五家著名厂商，组成了一个特殊利益集团 （有的书译为特别兴趣小组）SIG（Special Interest Group）。之后，蓝牙引起了越来越 多企业的关注。

2.蓝牙前导码 接入码：时钟同步，偏移补偿，寻呼和查询。 分为三类：信道接入码，设备接入码，查询接入 码。


信道接入码标识微微网（对微微网唯一），而 DAC则用于寻呼及其响应。IAC用于查询。数 据包报头包含了数据包确认、乱序数据包重排 的数据包编号、流控、从单元地址和报头错误 检查等信息。数据包的数据部分（payload） 可以包含语音字段、数据字段或者两者皆有。 数据包可以占据一个以上的时隙（多时隙数据 包），而且可以在下一个时隙中持续传输。数 据部分还可以携带一个16位长的CRC码用于 数据错误检测和错误纠正。SCO数据包则不包 括CRC。
一 蓝牙技术简介

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。
一 蓝牙技术简介

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。
一 蓝牙技术简介

具体地说，“蓝牙”技术的作用就是简化小型 网络设备（如移动 PC 、掌上电脑、手机）之 间以及这些设备与 Internet 之间的通信，免除 在无绳电话或移动电话、调制解调器、头套式 送／受话器、PDA、计算机、打印机、幻灯机、 局域网等之间加装电线、电缆和连接器。
2.核心协议
4）服务发现协议（SDP） 发现服务在蓝牙技术框架中起着至关紧要的 作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP可 以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝牙设 备间建立相应的连接。
3.应用层协议

电缆替代协议(RFCOMM) RFCOMM是基于ETSI-07.10规范的串行线仿真 协议。它在蓝牙基带协议上仿真RS-232控制 和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协 议（如OBEX）提供服务。

V1.2标准数据包结构 有5种普通类型数据包、4种SCO数据包和7种 ACL数据包。其简要说明请见课本表4-1。
蓝牙地址


为了识别众多的蓝牙设备，像对待存储器的存 储单元一样，每个蓝牙设备都分配了一个48位 的地址，简称蓝牙地址（BD＿ADDR），48 位蓝牙地址能寻址的蓝牙设备应当有 248=256T个（1T=240），但事实上再大的散 射网也用不完如此大的蓝牙设备空间。使用中 把蓝牙地址分成了三段：低24位地址段LAP； 未定义8位地址段NAP；高16位地址段UAP。 UAP和LAP合在一起形成了蓝牙寻址空间240。 NAP和UAP合在一起形成了24位地址，用作生 产厂商的唯一标识码，由蓝牙权威部门分配给 不同的厂商。LAP在各厂商内部分配。
3.应用层协议

电话控制协议 （TCS ） 该协议是面向比特的协议，它定义了蓝牙设备 间建立语音和数据呼叫的控制信令，定义了处 理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。基于ITU TQ.931建议的TCSBinary被指定为蓝牙的二元 电话控制协议规范。
点对点协议（PPP） 在蓝牙技术中，PPP位于RFCOMM上层，完成 点对点的连接。 TCP/UDP/IP
蓝牙状态





蓝牙控制器主要运行在以下两个状态：待命 （Standby）和连接（Connection）。微微网 内总共有7种子状态可用于增加从单元或者实 现连接。这些状态是 寻呼（page） 寻呼扫描（pagescan） 查询（inquiry） 查询扫描（inquiryscan） 主单元响应（masterresponse） 从单元响应（slaveresponse） 查询响应（inquiryresponse）。
2.核心协议

3）逻辑链路控制和适配协议（L2CAP） 该协议是基带的上层协议，可以认为它与 LMP并行工作，它们的区别在于，当业务数据 不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。 L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据 服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、 群提取技术。L2CAP允许高层协议以64k字节 长度收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO 和ACL两种连接类型，但L2CAP只支持ACL。