物联网通信技术5

近距离无线通信技术——Bluetooth技术物联网通信技术3.3Bluetooth技术3.3.1Bluetooth技术概述3.3.2Bluetooth协议体系结构3.3.3Bluetooth应用及产品3.3.1Bluetooth技术概述Bluetooth的来源1998年5月爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五家公司于联合成立了Bluetooth（蓝牙）特别兴趣小组（BluetoothSpecialInterestGroup，BSIG），并制订了短距离无线通信技术标准—蓝牙技术。蓝牙（Bluetooth）技术是一种短距离无线电技术。蓝牙技术利用短距离、低成本的无线连接替代了电缆连接，从而为现存的数据网络和小型的外围设备提供了统一的连接。蓝牙技术能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，以及这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些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，为无线通信拓宽道路。

蓝牙技术是实现语音和数据无线传输的开放性规范，蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米，强的可以达到100米左右。

Bluetooth的来源3.3.1Bluetooth技术概述（1）拓扑结构蓝牙技术支持点对点或点对多点的话音、数据业务，采用一种灵活的无基站的组网方式。一个蓝牙设备可同时与多个蓝牙设备相连，在有效通信范围内所有设备的地位都是平等的，具有相同的权限。首先提出通信要求的设备称为主设备（master），被动进行通信的设备称为从设备（slave）。3.3.1Bluetooth技术概述Bluetooth的特点（1）拓扑结构利用时分多址（TDMA，TimeDivisionMulti-access

），一个master最多可以同时与7个slave进行通信。一个master与一个以上的slave构成的网络成为主从网络（piconet），又称微微网。两个以上的piconet之间存在着设备间的通信则构成了散射网（scatternet）。3.3.1Bluetooth技术概述Bluetooth的特点多个蓝牙设备组成的微微网Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述

多个微微网组成的散射网Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（2）系统组成蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（硬件）、链路管理（软件）和蓝牙软件（协议）等4个功能模块组成，如图所示。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述蓝牙系统的组成天线部分体积小巧，属于微带天线。链路控制器（LC）的单元包括3个集成芯片：连接控制器、基带处理器以及射频传输/接收器，此外，还使用了单独调谐元件。链路控制器负责处理基带协议和其他一些底层常规协议。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述链路管理（LM）软件模块实现链路的建立、认证及链路硬件配置等。链路管理器可发现其他链路管理器，并通过链路管理协议（LMP）建立通信联系。LM提供的服务有：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、决定帧的类型等。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（3）射频特性蓝牙设备的工作频段选在全球通用的2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段，用户可以在2400-2500MHz范围内选用适当的蓝牙无线电收发频段。频道采用23个或79个，频道间隔均为1MHz，采用时分双工方式。蓝牙的无线发射机采用FM（frequencymodulation）调制方式，即以载波的瞬时频率变化来表示信息,从而能降低设备的复杂性。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述蓝牙设备的最大发射功率分3个等级，100mW（20dBm），2.5mW（4dBm），1mW（0dBm)。蓝牙设备之间的有效通信距离大约为10～100m。（4）跳频技术跳频（FH，FrequencyHopping）是指在接收或发送一分组数据后，即跳至另一频点。对于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒。对于多时隙包，蓝牙的跳频速率有所下降，但在建立链路时则提高为3200跳/秒。3.3.1Bluetooth技术概述Bluetooth的特点（4）跳频技术2．4GHz频段中还有802．11b，HomeRF及微波炉、无绳电话等电子设备，为了与这些设备兼容，蓝牙采用了AFH（AdaptiveFrequencyHopping），LBT（ListenBeforeTalk）、功率控制等一系列独特的措施克服干扰，避免冲突。

Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（5）TDMA结构TDMA（TimeDivisionMultipleAccess），即时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在给定的时隙中传输，各移动终端只要在相应的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（5）TDMA结构蓝牙的数据传输率为1Mbit/s，采用数据包的形式按时隙传送，每时隙0.625μs。蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，分别为SCO（SynchronousConnectionOrientedLink）链路和ACL（AsynchronousConnectionlessLink）链路。前者主要传送话音等实时性强的信息，后者则以数据为主。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（6）软件的层次结构蓝牙的通信协议采用层次结构，其程序写在一个9mm×9mm的微芯片中。底层为各类应用所通用，高层则视具体应用而有所不同，层次结构具有很大的通用性和灵活性。根据通信协议，各蓝牙设备在任何地方都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备。3.3.1Bluetooth技术概述Bluetooth的特点（7）纠错技术蓝牙系统的纠错机制分为前向纠错编码（FEC）和包重发（ARQ），支持1/3率和2/3率FEC编码。FEC编码方式的目的在于减少数据重发次数，但在无差错环境下，FEC方式会降低数据吞吐量。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述（8）编码安全在全球范围内，蓝牙可应用于任意的小范围通信，每一蓝牙设备，都可根据IEEE802标准得到一个唯一的48位的BD-ADDR地址码。在BD-ADDR基础上，使用一些性能良好的算法可获得各种保密和安全码，从而保证了设备识别码（ID）在全球的唯一性蓝牙技术在物理层、链路层、业务层3个层次上提供安全措施，充分保证通信的保密性。Bluetooth的特点3.3.1Bluetooth技术概述指标类型系统参数工作频段ISM频段，2.402～2.480GHz双工方式全双工，TDD时分双工业务类型支持电路交换和分组交换业务数据速率异步信道速率同步信道速率1Mbit/s非对称连接为721kbit/s、57.6kbit/s，对称连接为432.6kbit/s，2.0+EDR规范支持更高的速率64kbit/s，2.0+EDR规范支持更高的速率功率美国FCC要求小于0dBm（1mW），其他国家可扩展为100mW跳频频率数79个频点/MHz跳频速率1600跳/秒工作模式PARK/HOLD/SNIFF数据连接方式面向连接业务（SCO），无连接业务（ACL）纠错方式1/3FEC、2/3FEC、ARQ等信道加密采用0位、40位和60位密钥发射距离一般可达10cm～10m，增加功率的情况下可达100m蓝牙规棕范公布煤的主要嗓技术指仇标和系纪统参数3.3贵.2Blue么toot横h协议体系弓结构蓝牙协汪议栈蓝牙的镰协议体晋系分为迁四层：殖核心协聚议层、挪替代电油缆协议塑层、电撕话控制牙协议层恨和可选旺协议。（1）核心协票议层基带（Bas遗eba蚂nd）、链路贝管理协议计（Lin宗kM籍ana碰gerP江roto偿col，LMP）、逻辑抛链路控制犹和适配协脚议（Log低ica斑lL颂ink尼Co妥ntr辈ol圈and桨Ad头apt俊ati缩慧on握Pro母tocol，L2C庄AP）、服务研发现协议袖（Serv垦ice岸Disc涌overy胸Pro从toco瘦l，SDP）3.3.磁2Blue赌toot晓h协议体系将结构协议体亚系结构（2）替代电辩缆协议层串口仿晴真协议脏（RFC陪OMM）（3）电话委控制协牺议层二进制电伞话控制规路范（TCS拦Bi讽nar仇y）AT指令（AT政com尼man脂d）3.3.舒2Blue作toot从h协议体系未结构协议体拍系结构（4）可选惨协议点到点协情议（PPP）、用矿户数据疯报协议/传输控制协议/互联网努协议（UDP/验TCP/疗IP）、对桌象交换形协议（OBE寻X）、无朝线应用葛协议（WAP）、无蛇线应用肝环境（WAE）、电子孤名片（vCa们rd/镇vCa沈l）、红胆外移动渠通信（IrMC）3.3半.2Blue举toot剑h协议体系孙结构协议体系塌结构蓝牙核遭心协议哪由SI孤G制定旅的蓝牙眼指定协丈议组成处，而其炎他协议岭则根据直应用的倒需要而宁定。下射面主要冲介绍蓝仁牙核心饥协议。（1）基带协施议基带协苏议为两置个或多最个蓝牙肥单元之律间建立碎物理射吹频连接像。协议体崇系结构3.3.岛2Blue伪toot传h协议体堡系结构（2）链路管释理协议（LMP）链路管理吃协议管理林基带层内掌主从网络出的运行，挠负责两个莲或多个跨设备之烤间的链垦路设置尿和控制,包括传递验证革和加密慌，管理勾链路密狸钥。协议体系理结构（3）逻辑展链路控摩制和适舱配协议电（L2CA寸P）位于基猫带协议木之上，绞为低层滨的数据秩服务，挡向上层天提供面厚向连接汤和无连崇接的数买据服务扰。协议体系告结构（4）服务时发现协婆议（SDP）使用SDP，可以萍查询到羽设备和狼服务类益型，从千而在蓝牙设备菌间建立掌相应的参连接。协议体终系结构3.3.血3Bl黑ueto姜oth的应用此及产品蓝牙SIG中定义了夹多种应用站模型，包携括通用接练入应用模否型、业务聪发现模型衔、无绳电仆话应用模昏型、对讲记系统模型俱、串口应扶用模型、虾耳机应用与模型、拨厘号网络应疮用模型、蜘传真应用岸模型、局啊域网接入臂应用模型躺、通用对双象交换应膊用模型、馒对象推出掏应用模型获、文件传剧送应用模净型、同步奔应用模型航、高质量旨音频视频泡无线传输搬应用模型嫩、免提应胸用模型、盼基本静态炕图像应用半模型等。蓝牙应用赴模型串口应螺用模型挺（Seri臭alP氧ort冬Prof栋ile，SPP）定义了蓝叶牙设备如抢何使用RFCO戒MM来模拟宣一个串宾行电缆连接，梦包括建立穗仿真串行亚链路的过往程以及与棉串行仿真协段议（RFC坡OMM）、逻辑警链路控制恼与适配协架议（L2C宁AP）、服务鸭发现协议劝（SDP）、链路轿管理器协议（LMP）和链胳路控制傻层的互顾操作性料要求。蓝牙应幻玉用模型3.3啊.3械Blu皆eto胸oth的应用及啄产品蓝牙应用棵模型3.3肢.3馒Blu释eto秒oth的应用地及产品串口应用万模型SPP协议体释系结构基带LMPL2C勿APRFCO锦MMSDP串口仿真擦实体应用程方序基带LMPL2C裹APRFC潜OMMSDP串口仿真属实体应用程序设备A设备B设备A建立链路居和设置虚涉拟串口连辰接的实现现步骤：使用服插务发现葱协议得蝇到远端雾设备上宿应用的RFCO折MM服务器信加道号；作为可选课项，远端叶设备可以赔要求进行剃自我鉴权妥，也可以纺采用加密连；请求与椅远端RFC貌OMM实体建立鼻一条新的L2C膏AP信道；在该L2CA捏P信道上盐启动一速个RFC牢OMM会话进泽程；使用前面鹅得到的RFC疗OMM服务器纵信道号增在会话吗上建立汉新的数宾据链路阔连接。蓝牙应用坛模型3.3希.3指Blu裳eto轮oth的应用容及产品设备B接受链而路和设慨置虚拟俱串口连促接的实诉现步骤茶：如果远端妥设备要求敲鉴权和加套密，就要这参与鉴权悲和加密过谁程；接受请界求建立L2CA木P新信道舒；在新建立坝的信道上捉建立RFC台OMM会话；在该RFC教OMM进程上接碌受一个新驰的数据链狠路的连接赖。蓝牙应用井模型3.3.杜3Bl讽ueto烛oth的应用治及产品最后，皇设备B在本地SDP数据中切注册服捷务记录犹。市面上的姜蓝牙产品乎主要包括太蓝牙耳机闯、蓝牙适糕配器、车燥载蓝牙多帆媒体系统绒、车载蓝夺牙电话、批蓝牙键盘木和鼠标、伶蓝牙网关灯、蓝牙无欲线条码扫树描枪等。蓝牙技术可以用来连接洗其他的圈无线设心备、下君载照片霉、进行算多人游缺戏，甚融至可以主进行自婶动存取情款、订针票。蓝牙技术律的应用涉支及到居伤家、工衬作、娱稻乐等方强面，为我们集的生活摸带来极价大的便彼利，使赠得物物职联网的抬概念成纪为现实伟。3.3第.3利Blu湖eto缸oth的应用旬及产品2010年7月，蓝犬牙技术钞联盟（Blu妥eto宿oth足SI拦G）宣布正巧式采纳蓝醉