无线短距离通信 柴远波 课件全套 第1-8章 无线短距离通信概述 - 无线自组织网络技术

无线短距离通信应用技术内容第1章无线短距离通信概述第2章

WI-FI技术及其应用第3章

ZigBee技术及其应用第4章蓝牙技术及其应用第5章UWB技术和60GHz通信技术第6章无线短距离通信主动传输技术第7章无线短距离通信与物联网系统第8章无线自组织网络技术无线短距离通信概述引言短距离无线通信的特点及典型技术电波传播模型引言无线通信系统模型引言无线通信的关键问题通信的两大目标：可靠性、有效性不可再生的无线频谱资源恶劣的无线信道环境：损耗、衰落、干扰、多普勒、多径效应等节点的移动性、资源分配与管理无线通信的历史1831Faraday发现电磁转换现象1864Maxwell奠定了电磁场理论的基础1886Hertz验证了电磁波波动传播特性1895Marconi演示长波传输的无线电报1920Marconi发现短波及电离层反射现象1921美国底特律警察局首先将无线电台装于汽车上开创了移动通信的先河引言无线通信的历史（续）1946年，出现了以基地台为中心，覆盖几十公里半径区域的大区制移动电话网1979年多区制蜂窝移动通信系统出现80年代第一代模拟制的蜂窝系统90年代第二代全数字蜂窝移动系统、卫星移动系统二十一世纪初第三代多媒体蜂窝移动系统如今第五代蜂窝移动系统已成为研究热点引言无线与移动通信成为信息技术研究的热点和焦点；短距离无线通信技术有了更为广泛的应用空间；WIFI、蓝牙、ZigBee、移动AdHoc网络、超宽带(UWB)以及短距离物联网应用等各种热点技术相继出现；展现出各自巨大的应用潜力。引言短距离无线通信特点低功耗（LowPower）由于应用的便携性和移动特性，低功耗是基本要求；另一方面，多种短距离无线通信应用可能处于同一环境之下，如WLAN和微波RFID，在满足服务质量的要求下，要求有更低的输出功率，避免造成相互干扰。短距离无线通信特点低成本（LowCost）：

短距离无线通信与消费电子产品联系密切，低成本是其能否推广和普及的重要决定因素。此外，如RFID和WSN应用，需要大量使用或大规模敷设，成本成为技术实施的关键。短距离无线通信特点多为室内环境下（IndoorEnvironments）应用：

与其它无线通信不同，由于作用距离限制，大部分短距离应用的主要工作环境是在室内，特别是WPAN应用。短距离无线通信特点使用ISM频段

考虑到产品和协议的通用性及民用特性，短距离无线通信技术基本上使用免许可证ISM（Industrial，ScientificandMedical）频段。短距离无线通信特点电池供电（BatteryDrived）的收发装置

短距离无线通信应用设备一般都有小型化、移动性要求。在采用电池供电后，需要进一步加强低功耗设计和电源管理技术的研究。典型的短距离无线通信技术ZigBee技术一种新兴的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络通信技术，用于近距离无线连接。

ZigBee适合于承载数据流量较小的业务，如遥控、传感器等，满足工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业和医用设备控制等领域的特定需求。例如，在无线传感器环境中众多传感器之间相互协调实现通信，只需要很少的能量，以接力的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器。

ZigBee标准规定了两个物理层：一个采用2.4GHz波段及跳频技术；另一个868/915MHz直接序列扩频（相应的数据传送率为20～40Kbps）。典型的短距离无线通信技术ZigBee技术功耗低—在待机模式下，两节5号电池可用半年～2年；速率低－基本速率是250kb/s；当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134米，并获得更高的可靠性；成本低—Zigbee数据传输速率低，协议简单，又无专利费，所以成本大为降低；网络容量大—每个Zigbee网络最多可支持255个设备；时延短—通常时延为15～30毫秒；安全性—Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128；有效覆盖范围10～75米之间，具体依据实际发射功率大小和各种不同应用模式而定，能够覆盖普通家庭或办公室环境。典型的短距离无线通信技术ZigBee技术根据ZigBee联盟的观点，ZigBee家庭应用如下：

（1）空调系统的温度控制器,灯光、窗帘的自动控制；

（2）老年人与行动不便者的紧急呼叫器；

（3）电视与音响的万用遥控器,无线键盘、鼠标、玩具等；

（4）烟雾侦测器；

（5）智慧型标签。

典型的短距离无线通信技术IEEE802.11b（Wi-Fi）工作在2.4GHz，峰值传输速率为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右；直接序列扩频，无需直线传播。Wi-Fi技术典型的短距离无线通信技术Wi-Fi技术IEEE802.11标准主要是对物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。典型的短距离无线通信技术Wi-Fi技术对等解决方案对等解决方案是一种最简单的应用方案，只要给每台PC安装一片无线网卡，即可相互访问。如需与有线网络连接，可以为其中一台PC再安装一片有线网卡，无线网中其余PC即利用这台PC作为网关，访问有线网络或共享打印机等设备。典型的短距离无线通信技术Wi-Fi技术单接入点解决方案

接入点相当于有线网络中的集线器。无线接入点可连接周边无线终端，形成星形网络结构，同时通过10Base-T端口与有线网络相连，使整个无线网终端都能访问有线网络的资源，并可通过路由器访问Internet。典型的短距离无线通信技术Wi-Fi技术多接入点解决方案

当网络规模较大，超过了单个接入点的覆盖半径时，可以采用多个接入点分别与有线网络相连，从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络，所有无线终端可以通过就近的接入点接入网络，访问整个网络的资源，从而突破无线网覆盖半径的限制。

UWB技术又被称为脉冲无线电发射技术。根据美国联邦通信委员会（FCC）的定义，是指在3.1G-10.6G频段内占用10dB/带宽大于500MHz的无线发射方案。UWB技术典型的短距离无线通信技术UWB技术曾被广泛应用于雷达和遥感领域，作为商用无线通信技术目前正受到越来越多的关注。UWB技术即不同于传统的窄带无线传输技术，也不同于3G扩频宽带技术。传统的窄带或扩频宽带系统都需要使用载波将基带信号调制到射频上，而UWB技术不需载波，能直接调制脉冲信号，产生带宽高达几GHz的窄脉冲波形，其带宽远远大于目前任何商业无线通信技术所占用的带宽。UWB概述典型的短距离无线通信技术UWB吞吐量Highspeedatshortrange480Mb/sat~3mDoesnotpenetratewalls典型的短距离无线通信技术UWB信号的宽频带、低功率谱密度的特性，决定了UWB无线传输技术的以下优势：易于与现有的窄带系统，如GPS、蜂窝通信系统、地面电视等共用频段，大大提高了频谱利用率；易于实现多用户的短距离高速数据通信；对多径衰落具有鲁棒性。典型的短距离无线通信技术适合UWB技术的实际应用包括：高速无线个域网；无线以太接口链路；智能无线局域网；户外对等网络；传感、定位和识别网络

目前，UWB在多媒体设备，家庭和个人网络方面的应用前景已得到了专业界的普遍认可，UWB将促进智能网络和设备的发展，形成真正以用户为中心的无线世界。典型的短距离无线通信技术

UWB无线技术基于共用频段思想，打破短距离无线通信频率资源供不应求及不兼容的现状，为频谱管理和无线系统工程中存在的诸多问题提供有效的解决方案；

UWB技术能为无线个域网接入技术提供低功耗、高带宽且易于实现的底层技术支撑，实现便携设备和固定设备、个人电脑和娱乐设备的空中接口，建立可兼容的全IP网络；

UWB系统能在短距离内支持高达400Mb/s的信息传输率，并可通过减小传输速率来增加传输距离，实现精确的定位跟踪；同时，UWB设备具有能支持有效多次反射路由机制的精确位置跟踪功能，更有利于在动态节点的自组织网（adhoc）中实现定位。UWB概述典型的短距离无线通信技术UWB接口设备MeasuredUWBPulsetrainoutput典型的短距离无线通信技术60GHz通信技术60GHz无线通信技术概况60GHz无线通信的标准化 60GHz无线通信关键技术研究60GHz无线通信的应用典型的短距离无线通信技术电波传播模型无线信道的传输损耗模型自由空间损耗模型

Lfs=10lg(4πd/λ)dB =32.45+20lg

dkm+20lg

fMHzdB

特点：Lfs

∝d2，Lfs

∝f2电波传播模型无线信道的传输损耗模型（续）无线视距损耗模型无线视距 由于大气的存在，电磁波的传播路径并非直线，而是一条向地球弯曲的弧线，曲率约为地球半径的4倍。电波传播模型无线信道的传输损耗模型无线视距损耗模型（续）无线视距（续） 对于理想平滑地面，无线视距路径距离为：

无线电波比直线视距传的更远！电波传播模型无线信道的传输损耗模型（续）无线视距损耗模型（续）地形对无线视距的影响 假设：不规则地形的平均起伏高度差为Δh

天线有效高度hae定义为天线高于地形平均海拔的高度 则：无线视距路径距离的统计均值为：

不规则地形使无线视距路径距离减小！无线短距离通信应用技术内容第1章无线短距离通信概述第2章WI-FI技术及其应用第3章

ZigBee技术及其应用第4章蓝牙技术及其应用第5章UWB技术和60GHz通信技术第6章无线短距离通信主动传输技术第7章无线短距离通信与物联网系统第8章无线自组织网络技术Wi-Fi技术及应用IEEE802.11协议体系结构IEEE802.11基本结构模型物理层数据链路层IEEE802.11MAC帧的格式Wi-Fi技术Wi-Fi网络架构和优化校园Wi-Fi网络建设Wi-Fi技术的应用与发展IEEE802.11基本结构模型OSI参考模型IEEE802.11模型

IEEE802.11协议主要工作在ISO协议的物理层和数据链路层。IEEE802.11基本结构模型如图所示，其中数据链路层又划分为LLC和MAC两个子层。物理层物理层建立在传输介质的基础上，是系统和传输介质的物理接口。物理层定义了通信设备与传输接口的机械、电气、功能和过程特性，用以建立、维持和释放物理连接。物理层的主要任务是实现通信双方的物理连接，以比特流的形式传输数据信息，并向数据链路层提供透明的传输服务。IEEE

802.11物理层按照采用的相关技术可分为FHSS、DSSS等相关类型，如图2.4所示。图2.4

IEEE

802.11物理层技术物理层FHSS2.4GHz的频段被划分成75个1MHz的子频道，接收方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上传输，每次在IEEE802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频模式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。FHSS系统中，为了避免干扰，发送方改变发射信号的中心频率。信号频率的变化（频率跳跃）总是按照某种随机的模式安排的，这种随机模式只有发送方和接收方才理解。物理层DSSS直接序列扩频技术DSSS将2.4GHz的频段划分成14个22MHz的通道，临近的通道互相重叠，在这14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传输而不需要进行频道之间的跳跃。物理层OFDM

在OFDM系统中，将数据速率为Rt的高速数据信号变换成n路数据速率Ri（Ri=R1+R2+…+Rn）的低速数据信号，并调制在一组正交子载波上进行并行传输。在IEEE802.11a标准中，OFDM在20MHz频段能够提供传输速率高达54Mb/s的原始数据传输。数据链路层数据链路层实现实体间数据的可靠传输，利用物理层所建立起来的物理连接形成数据链路，将具有一定意义和结构的信息在实体间进行传输，同时为其上的网络层提供有效的服务。数据链路层的功能有如下几点。1）成帧和同步2）差错控制3）流量控制4）链路管理数据链路层CSMA/CACSMA/CA协议利用ACK信号来避免冲突的发生，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的节点。CSMA/CA协议的工作流程如下：1)欲发送数据的工作站先检测信道。2)如果没有探测到网络中正在传输数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网络中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去.3)接收端收到数据后回送一个ACK数据包，如果这个ACK数据包被接收端收到，则这个数据发送过程完成。数据链路层RTS/CTS协议RTS/CTS协议是IEEE802.1l采用的一种用来减少由隐藏节点问题造成冲突的协议。RTS/CTS协议的工作过程如下。节点A向节点B发送RTS信号，表明节点A要向节点B发送若干数据，节点B收到RTS后，向所有节点发出CTS信号，表明已准备就绪，节点A可以发送，而其余欲向B发送数据的节点则暂停发送。数据链路层CRC校验和包分片

在IEEE802.11协议中，每一个在无线网络中传输的数据包都被附加上校验位CRC，以保证它在传输时没有出现错误。这种二层校验技术在IEEE802.3中是由上层协议完成的。漫游管理

当网络环境存在多个AP，且它们的微单元互相有一定范围的重合时，无线用户可以在整个WLAN覆盖区内移动，无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的AP，并通过这个AP收发数据，保持不间断的网络连接，这种行为称为无线漫游。IEEE802.11的MAC子层负责解决漫游管理。数据链路层MAC访问模式IEEE802.11的MAC层提供了分布式协调功能DCF（DistributedCoordinationFunction）和点协调功能PCF（PointCoordinationFunction）两种访问模式。1）DCF提供竞争服务。发送数据之前，客户端会检查无线链路是否处于空闲状态，若没有空闲，则会随机为每个帧选定一段规避时间来避免冲突发生。

2）PCF提供无竞争服务。由接入点AP全权控制传输媒介。接入点将一个接着一个询问客户端以获取数据，还没有被询问到的客户端没有权利发送数据，客户端只有在被询问到的时候才能够从接入点处收取数据。数据链路层电源管理IEEE802.11

MAC层有CAM（ContinuousAwareMode）和PSPM（PowerSavePollingMode）两种电源管理模式。1）CAM模式：信号始终存在并耗费电源。2）PSPM模式：由接入点的特殊信号来调节客户端设备处于睡眠或唤醒状态。客户端设备将周期性地进入唤醒状态，接收接入点传来的Beacon信号。安全性管理IEEE802.11的MAC子层提供了一种称为有线等效保密协议（WiredEquivalentPrivacy，WEP）的访问控制和加密协议。IEEE802.11MAC帧的格式IEEE802.11的MAC帧的结构如图2.5所示。一个完整的MAC帧包括帧头（MACHeader）、帧体（FrameBody）、帧校验序列（FCS）共同组成。1）MAC帧头包括FrameControl（帧控制域），Duration/ID（持续时间/标识）、Address（地址域）、SequenceControl（序列控制域）等。2）帧体包含的信息根据帧的类型有所不同，主要封装的是上层的数据单元，长度为0～2312B，IEEE802.11帧最大长度为2346B，FCS（校验域）包含32位循环冗余码。图2.5

IEEE

802.11

MAC帧的结构IEEE802.11MAC帧的格式帧控制域帧控制域是MAC帧最主要的组成部分，IEEE

802.11

MAC帧控制域的构成如图2.6所示。

图2.6

IEEE802.11MAC帧控制域Duration/ID（持续时间/标识域）Duration/ID用于表明该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间

IEEE802.11MAC帧的格式Address（地址域）Address包括源地址（SA）、目的地址（DA）、传输工作站地址（TA）、接收工作站地址（RA），其中SA与DA必不可少，AT和RA只对跨BSS的通信有用。SequenceControl（序列控制域）SequenceControl由代表MSDU（MACServerDataUnit）或MMSDU（MACManagementServerDataUnit）的12位序列号和表示MSDU与MMSDU的每一个片段的编号的4位片段号组成。IEEE802.11MAC帧的格式帧类型IEEE802.11中的MAC帧分为数据帧、管理帧和控制帧三类。控制帧用于竞争期间的握手通信和正向确认、结束非竞争期等；管理帧主要用于STA与AP之间协商、关系的控制，如关联、认证、同步等；数据帧用于在竞争期和非竞争期传输数据。1）IEEE802.11数据帧图2.7IEEE

802.11数据帧的基本格式IEEE802.11MAC帧的格式Type代码Subtype代码帧名称100000Data（数据）100001Data+F-ACK100010Data+F-Poll100011Data+F-ACK+F-Poll100100Nulldata（无数据：未传输数据）100101F-ACK（未传输数据）100110F-Poll（未传输数据）100111Data+F-ACK+F-Poll101000QosData101001Qos

Data+F-ACK101010Qos

Data+F-Poll101011Qos

Data+F-ACK+F-Poll101100QosNull（未传输数据）101101QosF-ACK（未传输数据）101110QosF-Poll（未传输数据）101111QosF-ACK+F-Poll（未传输数据）表2.1常见的数据帧IEEE802.11MAC帧的格式Type代码Subtype代码帧名称000000Associationrequest（关联请求）000001Associationresponse（关联响应）000010Reassociationrequest（重新关联请求）000011Reassociationresponse（重新关联响应）000100Proberequest（探测请求）000101Proberesponse（探测响应）001000Beacon（信标）001001ATIM（通知传输指示消息）001010Disassociation（取消关联）001011Authentication（身份验证）001100Deauthentication（解除身份验证）表2.2常见的管理帧IEEE802.11MAC帧的格式帧类型

3）IEEE802.11控制帧IEEE802.11控制帧负责区域的清空、信道的取得及载波监听的维护，并于收到数据时予以肯定确认，借此提高工作站之间数据传输的可靠性，在IEEE802.11中，常见的控制帧如表2.3所示。Type代码Subtype代码帧名称011010PowerSave（PS）-Poll（省电-轮询）011011

RTS（请求发送）011100

CTS（清除发送）011101ACK（确认）011110

F-End（无竞争周期结束）011111

F-End（无竞争周期结束）+F-ACK（无竞争周期确认）IEEE802.11MAC帧的格式帧类型2）IEEE802.11管理帧IEEE802.11管理帧负责监督，主要用来加入或退出无线网络及处理接入点之间关联的转移事宜。管理帧的基本格式如图2.8所示。在IEEE802.11中，常见的管理帧如表2.2所示。图2.8管理帧的基本格式Wi-Fi的物理层技术原理与协议IEEE

802.11的物理层主要定义了无线数据的传输方式和信号调制的方法。标准中定义的无线射频传输方式都采用了扩频技术，只是扩频方式有区别，主要分为直接序列扩频（DSSS）技术和跳频扩频（FHSS）技术。图2.9

Wi-Fi的物理层传输过程Wi-Fi技术及应用IEEE802.11协议体系结构Wi-Fi技术Wi-Fi的物理层技术原理与协议扩频通信技术Wi-Fi的MAC层接入协议Wi-Fi网络架构和优化校园Wi-Fi网络建设Wi-Fi技术的应用与发展扩频通信技术扩频通信技术的“扩”主要体现在频谱的扩展上，它用来传输信息的射频带宽远远大于信息本身带宽，射频带宽的扩展是通过扩频码调制的方式来实现的按照扩频方式的不同，扩频通信系统主要分为直接序列扩频（DSSS）、跳频扩频（FHSS）、跳时（TH）及几种方式的组合。直接序列扩频（DSSS）技术

直接序列扩频技术的原理是通过用高速率的码序列与所发送的数据信息码序列模二加（波形相乘）后产生的复合码序列去控制载波的相位，从而获得直接序列扩频信号，具体原理框图如图2.10所示。扩频通信技术

1）IEEE802.11标准协议中定义DSSS系统通过采用11位的短PN码并以11MHz对数据信号扩频来实现。2）IEEE802.11b标准协议把Wi-Fi所在的2.4GHz频段划分成14个带宽为22MHz（20dB所占的频谱）的信道，每一个信道的间隔为5MHz，并且临近的信道互相重叠。图2.10

DSSS原理框图扩频通信技术3）IEEE802.11b通过采用CCK和DQPSK相结合的调制方式，使传输速率最高可以达到5.5Mb/s和11Mb/s，并且这两种速率下的系统也是工作在2.4GHz波段。4）在这种调制方式之下，每个符号由8b的码字组成，即d0，d1，d2，…，d7共8个连续数据比特。虽然5.5Mb/s和11Mb/s都采用了CCK的编码调制方式，但各有特点，这里主要以11Mb/s系统进行介绍。5）系统的抗干扰性主要是通过解扩来处理的。在接收端，被扩频的窄带信号经过相关解扩之后重新恢复成窄带信号。而对于进入接收机的干扰信号，经过相关解扩之后通过与伪随机码序列相乘可以得到宽带信号。这样再经过在窄带滤波器的滤波作用，多余的宽带信号被滤除，只留下通带内较窄频段的干扰信号及被解扩的窄带信号。扩频通信技术

6）在11Mb/s系统中，每两个相邻的连续数据比特为一组，所以8b数据共分为4组，每组获得一个角频率，共有4个角频率（0，π，π

/2和-

π

/2）。具体的比特对应模型编码和对应的角频率如表2.4所示。表2.4比特对应模型编码和对应角频率比特模型（di，di+1）角频率比特模型（di，di+1）角频率00010π/201π11-π/2扩频通信技术当输入的数据信息是8bCCK码字，即d

={d0，d1，d2，…，d7}时，采用11chip/s扩频码并经过CCK调制之后，其码字C为：扩频通信技术跳频扩频（FHSS）技术跳频扩频技术可以利用频率捷变（frequencyagility）的方法将数据扩展到频谱为83MHz以上。频率捷变的一个特点就是无线设备可以在可用的射频频段内快速地改变发送的频率。FHSS跳变的原理框图如2.12图所示。图2.12

FHSS跳变的原理框图扩频通信技术1）IEEE802.11标准协议规定，FHSS跳频模式下信号的接收和发射共占用79个信道，并且采用慢跳频技术，相邻信道之间的间隔为1MHz。2）在FHSS跳频系统中，不同设备之间跳频信号可以正确被接收的前提条件FHSS跳频系统之间的同步性。

3）为了保持跳频设备中频率合成器的频率同步，使信号在信道中跳变时始终保持线性的相位，FHSS跳频扩频系统主要选取了GFSK（高斯滤波频移键控）的调制方式，并且采用非相干的FSK解调方法。Wi-Fi的MAC层接入协议分布式协调功能（DCF）

DCF接入机制又称为CSMA/CA机制，所以它是基于CSMA的基本算法，同时又以RTS/CTS的交换协议作为它的辅助媒体接入访问方式。1）载波侦听多址防碰撞机制（CSMA/CA）

载波侦听多址防碰撞机制（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA）是MAC层多址接入策略的一部分，其原理基础就是载波侦听。IEEE802.11定义了两种载波侦听的方式。物理载波侦听检测方式：基于物理层载波检测的方式虚拟载波侦听检测方式：由MAC层提供，通过网络分配矢

量（NAV）来实现。Wi-Fi的MAC层接入协议

载波侦听的检测机制由两个状态组成：RTS/CTS协议中的NAV状态；基于物理层载波侦听无线信道给STA提供的数据发送的状态。Wi-Fi的MAC层接入协议

2）RTS/CTS协议通常使用RTS/CTS要占用一定的网络资源，这样就给网络传输带来了额外的负担，所以RTS/CTS协议常用在需要大量传输数据的场合。图2.13表示了RTS/CTS的工作模式。图2.13

RTS/CTS工作模式Wi-Fi的MAC层接入协议

RTS/CTS协议的传输系统中RTS/CTS的工作过程

网络中的数据通信工作节点B发送一个RTS数据帧给接入点及其他通信工作节点。每个收到该消息的数据通信工作节点就把信息存放在它的网络分配矢量NAV中。收到RTS帧的接入点就发送一个短消息CTS作为回应。Wi-Fi的MAC层接入协议基本的接入方式是如果无线局域网内的一个数据通信工作节点侦听检测到通信信道的状态是空闲的，那么它会在选择等待DIFS之后再次对信道进行检测，如果这时通信信道仍然保持空闲，通信工作节点就会发送一个MPDU，接收工作节点就开始判断所接收到的数据包是否正确，然后给发送数据信息的工作节点发送ACK确认帧，以告知对方数据传送成功。图2.14数据帧成功传送的过程Wi-Fi的MAC层接入协议点协调功能（PCF）

在PCF工作模式下，只有当无线局域网内数据通信工作节点处于被接纳的状态时，它才可以进行数据信息的发送。每个数据通信的工作节点事先都按照一定优先级方式设定了数据信息发送的顺序PCF采用的是一种无竞争的接入方式，工作节点之间的通信主要采用的是轮询的方式，即局域网内每个数据通信的工作节点进行数据发送时要按照先后顺序依次先进行轮询，再确定该工作节点是否有数据要进行发送。Wi-Fi的MAC层接入协议轮询机制PCF工作模式下采用轮询机制的最大优点就可以有效地避免局域网内数据通信的工作节点之间发送数据信息时发生冲突。图2.15

PCF工作模式中的轮询过程Wi-Fi的MAC层接入协议超帧超帧由无竞争时间CFP和竞争时间CP两部分组成的。图2.16无竞争时间（CFP）与竞争时间（CP）交错Wi-Fi的MAC层接入协议PCF的特征：1）点协调功能PCF是可选的，它通过无线局域网内的点协调器对每一个工作节点进行轮询，并且被轮询的工作节点允许不经过信道的竞争来传输数据。2）点协调功能PCF提供的面向连接的服务，可以提供无竞争帧的传输。3）点协调功能PCF可以支持有限的QoS功能，同时还能提供实时的数据服务。4）点协调功能PCF采用的是集中控制的算法，无线局域网内的点协调器起着中心控制的作用。Wi-Fi技术及应用IEEE802.11协议体系结构Wi-Fi技术Wi-Fi网络架构和优化运营商接入网络拓扑结构AC应用的网络架构Wi-Fi业务方式Wi-Fi网络质量优化建议校园Wi-Fi网络建设Wi-Fi技术的应用与发展Wi-Fi网络架构和优化ADSL接入LAN接入EPON接入图2.17运营商接入网络拓扑结构Wi-Fi网络架构和优化AC应用的网络架构图2.18

FITAC+AP网络架构Wi-Fi网络架构和优化对比项目FATAPAC+AP技术模式传统模式新生模式安全性传统加密、认证方式，普通安全性

实现射频环境监控，高安全性网络管理对每台AP均需进行数据配置AP零配置，数据、升级批量下发，数据保密，安装迅速，维护简单用户管理类似有线，根据AP接入的有线端口区分权限无线专门虚拟专用组网，根据用户名区别，用户数据提取，处理简单WLAN

组网规模L2漫游，无法L3漫游，仅适合小规模组网可L2、L3漫游，CAPWAP隧道传输，拓扑无关性，适合大规模组网增值业务能力实现简单数据接入可扩展语音、无线VPN，无线专网等增值业务表2.5FITAP和FATAPD对比Wi-Fi网络架构和优化

AC+FITAP根据AC在城域网的部署位置不同，有两种不同的组网方式。1）AC+FITAP的二层部署AC的二层部署指无线交换机仅仅作为二层设备来使用，并不作为无线用户的网关，无线交换机可以将不同的用户组分配到指定的VLAN。无线交换机将用户的数据包进行两层透传。2）AC+FITAP的三层部署AC的三层部署指无线交换机作为认证计费点来使用，相对于BAS设备，无线交换机是无线用户的网关。无线交换机在用户通过认证后，将用户的数据包通过三层转发。Wi-Fi网络架构和优化Wi-Fi业务实现流程Wi-Fi业务实现流程描述如下。1）STA首先SCAN无线设备的射频信号，并取得连接；2）连接后，STA发起DHCPrequest，寻求获取DHCP地址;3）BAS在确认经过AP到达BAS端口的数据报文带上的是Wi-Fi的端口号后，将核实用户身份的报文发到SDX予以确认；4）SDX确认后，反馈合法用户信息给BAS；5）BAS根据用户通过身份验证情况，给STA下发DHCPresponse，STA获取DHCP地址；6）STA根据该地址，在网页重定向到Wi-Fi的Portal认证页面，进行radius认证；7）认证通过后，就可以上网。Wi-Fi技术及应用IEEE802.11协议体系结构Wi-Fi技术Wi-Fi网络架构和优化运营商接入网络拓扑结构AC应用的网络架构通过网络架构优化实现Wi-Fi网络质量提升Wi-Fi业务方式Wi-Fi网络质量优化建议校园Wi-Fi网络建设Wi-Fi技术的应用与发展Wi-Fi网络架构和优化Wi-Fi网络质量优化建议PPPOE方式在上联无线和有线物理链路畅通的情况下，对应用层逻辑链路没有要求，即用户在无线网卡由于网络应用层面无法获取地址的情况下，仍可以直接拨号上网，有较强的网络健壮性。Portal方式需要做到：1）用户需获取一个用于重定向Portal的DHCP地址；2）Portal服务器能够将用户输入的任意页面重定向到认证Portal页面上；3）用户能够在Portal页面上顺利地输入用户名和密码，并登录。校园Wi-Fi网络建设校园Wi-Fi网络拓扑设计图2.22校园Wi-Fi网络拓扑图Wi-Fi技术及应用IEEE802.11协议体系结构Wi-Fi技术Wi-Fi网络架构和优化校园Wi-Fi网络建设校园Wi-Fi网络拓扑设计校园Wi-Fi网络的频率规划校园Wi-Fi网络覆盖指标校园Wi-Fi网络AP覆盖设计Wi-Fi技术的应用与发展校园Wi-Fi网络建设校园Wi-Fi网络的频率规划1）2.4GHz频率规划2.4GHz划分为14个子信道，可工作的信道为13个，每个子频道带宽为22MHz。为了避免频道之间的干扰，一般选用1、6和11信道。2）5.8GHz频率规划

5.8GHz频段划分为5个子信道，信道号为149、153、157、161和165，带宽125MHz。每个子频道带宽20MHz，采用双信道捆绑技术时可以达到40MHz。虽然5.8GHz使用的是互不交叠的信道，但在AP部署密集的情况下，应错开相邻信道，减少频率的干扰。校园Wi-Fi网络建设校园Wi-Fi网络覆盖指标覆盖指标1）校区所有房间(面板AP除外)内要求无线信号在室内任何空间信号强度2.4G、5.8G同时不低于-60dBm，丢包率小于1%；2）室外环境无线信号在无线蜂窝覆盖边缘信号强度2.4G、5.8G同时不低于-75dBm。同时为了达到信号稳定，同频率、同信道的干扰信号强度不得高于-75dBm。3）目标覆盖重点区域内99%以上位置，用户终端收到的下行信号不小于60dBm；4）在目标覆盖区域内，单用户接入最大下行业务速率不小于AP理论带宽的50%。校园Wi-Fi网络建设容量设计1）校园Wi-Fi网络在进行多终端接入设计时，每个802.11nAP须能支持并发30-50个用户；2）在不加密的情况下，2.4GHz上行或下行单向吞吐量不低于75Mbps，5.8GHz上行或下行单向吞吐量不低于155Mbps。校园Wi-Fi网络AP覆盖设计校园Wi-Fi网络AP覆盖设计AP覆盖设计1）在整体覆盖的规划上，要保证无线接入器AP信号的有效覆盖，选择合适的AP天线，并对AP进行相关配置。2）对于同时存在多个WLAN覆盖的网络区域，AP在部署时应尽量避免频率之间的相互干扰。3）通过降低AP的发射功率来缩小AP信号的覆盖范围，减少同频率之间相互干扰的问题。4）在覆盖方案中选择AP的厂家和型号时，应综合考虑设备的覆盖方案、支持的标准、性价比、系统整体间可能存在的频率干扰等因素。校园Wi-Fi网络AP覆盖设计AP部署方式AP分为室外型AP和室内型AP两种。室内型AP又可分为外置天线AP、内置天线AP、天线加馈线式AP和面板式AP。针对室内的覆盖，当前无线网络的AP部署方式主要分为放装部署方式、室分部署方式、智分部署方式和面板式部署方式。校园Wi-Fi网络AP覆盖设计1)放装部署方式AP和天线部署在走廊或者是房间里。这种方式的优点是部署实施简单且经济，适合于较为空旷的场景。2)室分部署方式AP放在走廊或者是弱电间里，在走廊里加装功分器、耦合器、天线、馈线等多种中间设备。3)智分部署方式智分部署方式是将智分AP放在走廊，通过馈线延伸把天线部署在房间内，这种方式既综合了放装和室分的优点，又解决了放装方式在房间内信号衰减、室分方式部署和维护困难的问题。Wi-Fi技术的应用与发展Wi-Fi技术与智能家居系统图2.22基于Wi-Fi技术的智能家居系统基于Wi-Fi技术的智能家居系统由Wi-Fi家庭局域网、家庭网关、无线路由器、Internet网络、手机接入网络（2G、3G、4G、5G等通信网络）和控制终端组成，如图2.22所示。Wi-Fi技术的应用与发展Wi-Fi技术在智能家居中的应用主要体现在以下几个方面：1）网络可视对讲2）防盗报警3）家电智能控制4）远程监控5）信息服务Wi-Fi技术的应用与发展Wi-Fi联合5G组网技术1）融合组合技术的难点2）无感知认证技术3）绿色通信的相关规定无线短距离通信应用技术第1章无线短距离通信概述第2章

WI-FI技术及其应用第3章

ZigBee技术及其应用第4章蓝牙技术及其应用第5章UWB技术和60GHz通信技术第6章无线短距离通信主动传输技术第7章无线短距离通信与物联网系统第8章无线自组织网络技术目录第3章

ZigBee技术及其应用§3.2ZigBee协议体系§3.4ZigBee技术的应用§3.1ZigBee技术概述§3.3ZigBee网络构成§3.1ZigBee技术概述ZigBee技术是一种低复杂度、低功耗、低速率、低成本、短距离的双向无线通信技术。ZigBee的技术优势主要表现在以下几个方面：（1）功耗低。（2）成本低。（3）时延短。（4）网络容量大。（5）可靠性高。（6）安全性高。§3.1ZigBee技术概述特性取值状态频段868MHz/915MHz和2.4GHz数据传输速率868MHz：20Kb/s915MHz：42Kb/s2.4GHz：250Kb/s调制方式868MHz/915MHz：BPSK2.4GHz：O-QPSK扩频方式直接序列扩频通信范围10～100m通信延时15～30ms信道数目868MHz：1915MHz：102.4GHz：16寻址方式64bit

IEEE地址，16bit网络地址信道接入CSMA/CA和时隙化的CSMA/CA网络拓扑星形、树形、网形功耗极低状态模式激活、休眠§3.2ZigBee协议体系§3.2ZigBee协议体系1．物理层（PHY）物理层是由半双工的无线收发器和其接口组成的，主要负责以下任务：

（1）控制无线收发器的激活与关闭；

（2）选择信道频率；（3）提供链路质量指示（LQI）；

（4）对当前信道进行能量检测（ED）；

（5）为CSMA-CA提供信道空闲评估；（6）发送和接收数据。§3.2ZigBee协议体系2．媒体访问控制层（MAC）媒体访问控制层在相邻节点之间建立一条可靠的数据传输链路，共享传输媒质，负责控制对物理信道的访问。主要实现以下功能：（1）协调器的MAC层负责产生信标（Beacon）；（2）与信标帧同步；（3）在两个对等的MAC实体间提供一条可靠的链路；§3.2ZigBee协议体系2．媒体访问控制层（MAC）（4）实现对个域网的关联与解除关联；（5）采用CSMA-CA机制控制信道访问；（6）维护设备安全；（7）维护时隙保障（GTS）机制；（8）负责维护PIB中与MAC层相关的信息，存储与MAC层相关的常量和属性。§3.2ZigBee协议体系3．网络层（NWK）（1）开始一个新网段，即发起一个新网络；（2）配置新设备，如一个新的设备可以配置为ZigBee协调器或加入现有网络；（3）通过接收器控制功能控制节点加入/离开网络；（4）使用网络层安全服务；（5）将帧路由至其目的地，只有ZigBee协调器和路由器可以转发消息；

§3.2ZigBee协议体系3．网络层（NWK）（6）发现和维护设备间的路由，这个能力是为了更有效地路由消息；（7）发现单跳邻居，邻居间可以直接通信而不需要经过任何其他设备的中继服务；（8）储存单跳邻居的信息；（9）为加入网络的设备分配地址，只有ZigBee协调器和路由器可以分配地址。§3.2ZigBee协议体系4．应用层（APL）

应用层是协议栈的最高层，由三部分组成：应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和应用框架（AF）。

APS连接网络层和应用层，是它们之间的接口。§3.2ZigBee协议体系4．应用层（APL）

ZDO负责设备的管理工作，包括定义设备在网络中的角色（如属于协调器、路由器还是终端设备）、发现网络中的设备、发起和响应绑定请求、在设备之间建立安全机制。AF应用框架是设备应用对象的工作环境，是应用层与APS层的接口。它负责发送和接收数据，并为接收到的数据寻找相应的目的端点。§3.2.1物理层

IEEE802.15.4定义了两个物理层标准：2.4GHz物理层和868MHz/915MHz物理层。它们都基于DSSS（直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率不同。2.4GHz频段为全球统一的、开放的ISM频段，有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低。ZigBee物理层的三个频段总共划分出了27个信道。通常情况下，一个ZigBee设备不能同时兼容这三个频段。§3.2.1物理层工作频段868MHZ915MHZ2.4GHz信道数（个）11016调试方式差分编码的二进制相移键控调制16进制正交调制扩频方式码片长度为15的M序列直接扩频码片长度为8的M序列直接扩频码元率20kBaud40kBaud60.5kBaud速率20Kb/s40Kb/s250Kb/sZigBee物理层三个频段性能特性对比§3.2.1物理层物理层帧格式同步头物理帧头物理层帧负荷4字节1字节1字节长度可变前导码（Preamble）SFD帧长度（7b）保留位（1b）PSDU§3.2.1物理层物理层逻辑结构示意图（1）PLME：PHY层管理实体，处理与物理层管理相关的原语。

（2）PHYPIB：PHY层PAN信息数据库，存储物理层PAN相关属性。

（3）PD-SAP：PHY数据服务访问点，物理层与MAC层的数据接口。任务是接收将要发送的MAC帧，向MAC层报告收到的MAC帧，为MAC层提供PHY数据服务。

§3.2.1物理层物理层逻辑结构示意图（4）PLME-SAP：PLME服务访问点，物理层与MAC层的管理接口。任务是接收MAC层的管理请求原语，向MAC层报告管理指示原语和确认原语，为上层MAC层提供PHY管理服务。

（5）RF-SAP：射频服务访问点，为PHY层提供射频收发服务。

§3.2.2媒体接入控制层MAC层逻辑结构示意图（1）MAC通用部分子层（MCPS）：实现MAC层一般功能。任务包括MAC帧的封装、解封装；执行CSMA-CA算法共享物理信道。

§3.2.2媒体接入控制层MAC层逻辑结构示意图（2）MLME：MAC层管理实体，处理除数据原语之外的所有管理原语，以实现标准规定的MAC层功能。§3.2.2媒体接入控制层MAC层逻辑结构示意图（3）MACPIB：MAC层PAN信息数据库，存储MAC层PAN相关属性。（4）MCPS-SAP：MCPS服务访问点，MAC层与网络层的数据接口。任务是接收网络层的协议数据单元，向网络层报告MAC层服务数据单元，为网络层提供MAC层数据服务。§3.2.2媒体接入控制层MAC层逻辑结构示意图（5）MLME-SAP：MLME服务访问点，MAC层与网络层的管理接口。接收发送数据原语以外的管理服务原语，为网络层提供MAC管理服务。§3.2.2媒体接入控制层MAC帧结构字节：210/21/2/80/20/2/8可变2帧控制帧序列码目的PAN标识符目的地址源PAN标识符源地址净荷帧校验地址域MAC帧头MAC帧负载MAC帧尾§3.2.2媒体接入控制层位：0～234567～910～1112～1314～15帧类型加密位后续帧控制位应答请求同意PAN指示保留目的地址模式保留源地址模式MAC帧控制域结构§3.2.2媒体接入控制层

帧类型子域帧类型值（m2m1m0）描述000信标帧001数据帧010应答帧011MAC命令帧100～111保留§3.2.2媒体接入控制层

信标帧结构字节：214/100KMN2帧控制序列号地址域超帧描述字段GTS分配字段带转发数据目标地址信标帧负载帧校验MAC帧头MAC数据服务单元MAC帧尾§3.2.2媒体接入控制层

数据帧结构字节：21420N2帧控制序列号地址域数据帧负载帧校验MAC帧头MAC数据服务单元MAC帧尾§3.2.2媒体接入控制层

响应帧结构字节：212帧控制序列号帧校验MAC帧头MAC帧尾§3.2.2媒体接入控制层

MAC命令帧结构字节：214～201N2帧控制序列号地址域命令类型数据帧负载帧校验MAC帧头MAC数据服务单元MAC帧尾§3.2.2媒体接入控制层

成功的无应答数据传输流程§3.2.2媒体接入控制层

成功的有应答数据传输过程§3.2.2媒体接入控制层

信标使能传输模式的流程图§3.2.2媒体接入控制层

非信标使能传输模式的流程图§3.2.3网络层网络层逻辑结构示意图在ZigBee协议栈中，网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能如下。（1）设备连接网络与断开网络时采用的机制，以及帧信息传送过程中采用的安全机制。（2）设备节点的路由发现、维护和转交。§3.2.3网络层网络层逻辑结构示意图（3）发现一跳（one-hop）邻近节点设备及存储其相关节点信息。（4）提供一些必要的函数，确保ZigBee的MAC层正常工作，并为应用层提供相应的服务接口。§3.2.3网络层网络层帧结构2字节2字节2字节1字节1字节0/80/80/1变长变长帧控制目的地址源地址广播半径域广播序列号目的地址源地址多点传送控制源路由帧帧的有效载荷网络层帧报头网络层有效载荷§3.2.4应用层

应用层是ZigBee协议的最高层，通过该层可以控制整个协议栈的运行。ZigBee协议的应用层包括应用支持子层（APS）、应用层框架（AF）和ZigBee设备对象（ZDO）。§3.2.4应用层应用支持子层逻辑结构1．应用支持子层（APS）§3.2.4应用层应用支持子层帧格式1．应用支持子层（APS）应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式应用支持子层帧格式§3.2.4应用层2．应用层框架（AF）ZigBee应用层框架是应用设备和ZigBee设备连接的环境。在应用层框架中，应用对象通过APSDE-SAP发送和接收数据，而对应用对象的控制和管理则通过ZigBee设备对象（ZDO）公用接口来实现。§3.2.4应用层3．ZigBee设备对象（ZDO）

ZigBee设备对象位于应用层框架和应用支持子层之间，其描述的是一个基本的功能接口函数，这一功能接口函数在设备规范、APS和ZDO之间提供了函数接口，满足所有应用操作对ZigBee协议栈的一般需求。ZDO提供了相关接口，使应用对象与协议栈的下一层相连，通过APSDE-SAP传输数据信息，通过APSME-SAP传输控制信息。§3.2.5ZigBee安全管理

ZigBee提供三级安全模式，包括非安全模式、接入控制列表（ACL）模式和安全模式，采用高级加密标准AES-128的对称密码，以灵活确定其安全属性。安全模式对接收或发送的帧提供全部的四种安全服务：访问控制、数据加密、帧完整性检查和序列更新。MAC层、NWK层和APL层都有可靠的安全传输机制用于它们自己的数据帧§3.3ZigBee网络构成利用ZigBee技术可以方便地组建廉价的低速率无线个域网。网络中的成员按照所具备功能的不同划分成三个不同的种类，即协调器节点、路由器节点和终端节点。ZigBee网络支持IEEE802.15.4定义的两种类型的物理设备：全功能设备（FFD）、精简功能设备（RFD）。§3.3.1ZigBee网络成员协调器功能示意图§3.3.1ZigBee网络成员路由器功能示意图§3.3.1ZigBee网络成员终端设备功能示意图§3.3.2ZigBee网络的拓扑结构ZigBee网络拓扑结构§3.3.3ZigBee网络的建立不同的网络拓扑结构其网络建立流程是不一样的。下面以网状拓扑为例来分析ZigBee网络的建立流程。组建一个完整的ZigBee网状拓扑网络包括两个步骤：网络初始化；节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网；通过已有父节点入网。§3.3.3ZigBee网络的建立ZigBee节点通过协调器加入网络流程§3.3.3ZigBee网络的建立组网算法流程图§3.4ZigBee技术的应用

ZigBee技术应用领域主要包括家庭自动化、家庭安全、工业与环境监控、个人医疗看护等行业中的低速率无线通信，以下是在不同领域的应用。家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明系统的自动控制、窗帘的自动控制、家用电器的远程控制、门禁系统控制等。工业控制：结合各种传感器进行数据采集和监控。商业：智慧型标签等。§3.4ZigBee技术的应用公共场所：烟雾探测器等。农业控制：收集包括土壤湿度、氮浓度、pH值等土壤信息和空气湿度、气压等气候信息。医疗：医疗传感器实时地检测患者、老人与行动不便者的血压、体温和心跳等信息，有助于医生对患者的监护和治疗。本章小结

ZigBee技术是一种低复杂度、低功耗、低速率、低成本、短距离的双向无线通信技术。ZigBee建立在IEEE802.15.4的无线通信协议标准之上。主要由IEEE802.15.4小组和ZigBee联盟两个组织负责标准规范的制定。ZigBee标准要解决的问题是设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机。本章小结

IEEE802.15.4-2003标准定义了物理层和媒体访问控制层。IEEE802.15.4定义的两个物理层分别工作在868/915SMHz和2.4GHz两个频段上。其中低频段物理层覆盖了868MHz的欧洲频段和915MHz的美国与澳大利亚等国的频段。高频段则全球通用。本章小结

ZigBee联盟在此基础上定义了网络层、应用层架构。其中应用层包括应用支持子层、应用架构层及ZigBee的设备对象以及制造商定义的应用对象。每个层都有一套特定的服务方法和上一层连接。数据实体提供数据的传输服务，而管理实体提供所有的服务类型。每个层的服务实体通过服务接入点和上一层相接，每个服务接入点提供大量服务方法来完成相应的操作。本章小结

ZigBee提供非安全模式、接入控制列表模式和安全模式三级安全模式，在安全模式采用高级加密标准AES-128的对称密码，可依据应用场景的不同灵活确定其安全属性。本章小结

ZigBee网络主要有三种组网方式：星型网络、树状网络和网状型网络。利用ZigBee技术可以灵活地组建廉价的低速率无线个域网。网络中的成员按照所具备功能的不同划分成三个不同的种类，即协调器节点、路由器节点和终端节点。本章小结

Zigbee技术应用领域主要包括家庭自动化、家庭安全、工业与环境监控、个人医疗看护等行业中的低速率的无线通信。短距离无线通信技术第1章无线短距离通信概述第2章

WI-FI技术及其应用第3章

ZigBee技术及其应用第4章

蓝牙技术及其应用第5章UWB技术和60GHz通信技术第6章无线短距离通信主动传输技术第7章无线短距离通信与物联网系统第8章无线自组织网络技术目录第4章

蓝牙技术及其应用§4.2传统蓝牙技术§4.4低功耗蓝牙技术§4.1蓝牙技术概述§4.3高速蓝牙技术§4.5蓝牙4.1§4.6蓝牙技术的应用

§4.1蓝牙技术概述

随着通信网络的发达，各种通信电缆五花八门，人们在觉得它们必不可少的同时，又伤透了脑筋，如电缆使用不便、连线频出故障、各种电缆之间无法通用等一系列问题。为了取消连线，以较低成本实现设备间的无线通信，便诞生了蓝牙技术，它是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称。§4.1蓝牙技术概述

蓝牙技术具有以下主要特点:（1）工作频率为2.4GHz及抗干扰性。蓝牙技术工作在2.4GHz工业、科学、医学ISM频段，该频段在世界范围内都可以自由使用，不存在“国界”障碍。为避免干扰，设计了小数据分组和快速确认跳频方案，以确保链路稳定。§4.1蓝牙技术概述

蓝牙技术具有以下主要特点:（2）使用方便，“即插即用”。嵌入蓝牙技术的设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，利用相关的控制软件，即可进行数据的传输。（3）支持语音。（4）无需基站。蓝牙系统网络以蓝牙模块为节点，无须建立基站，就可以进行无线连接。§4.1蓝牙技术概述

蓝牙技术具有以下主要特点:（5）尺寸小、功耗低。蓝牙工作或待机时所消耗的电能大约只相当于手机的3％～5％，工作于3～5V的低电压，它具有四种功耗模式，能够在通信量减少或通信结束时转入到低功耗模式。§4.1蓝牙技术概述

蓝牙技术具有以下主要特点:（6）多路多方向链接。蓝牙无线收发器的10m链接距离不限制在直线范围内，可穿透一般的障碍物。蓝牙设备能自动寻找它周围的蓝牙设备，一旦找到就会自动连接，一个蓝牙系统可同时连接多达7个设备，构成一个微微网。相邻的微微网之间可以通过一个同时跨接两个微微网的设备相连，使这种无线连接的范围得以延伸。§4.1蓝牙技术概述

蓝牙技术具有以下主要特点:（7）保密性。蓝牙传输具有全方位特性，因此它就有可能被任意方向的设备窃听或破坏，所以蓝牙的防窃听能力就显得格外重要。为此，蓝牙在其基带协议中加入了鉴权和加密措施。另外，蓝牙采用的跳频技术本身也具有一定的保密性能。§4.2传统蓝牙技术

传统蓝牙技术是基于蓝牙2.1+EDR协议为基础的蓝牙技术。传统蓝牙协议栈结构§4.2.1蓝牙无线规范

根据蓝牙发射功率的电平值，可以把蓝牙设备划分为3个功率等级，如表所示:功率等级最大输出功率正常输出功率最小输出功率123100mW(20dBm)2.5mW(4dBm)1mW(0dBm)—1mW(0dBm)—1mW(0dBm)0.25mW(-6dBm)—蓝牙功率等级§4.2.2蓝牙基带规范基带层位于蓝牙协议栈的蓝牙射频层之上，与射频层一起构成蓝牙规范的物理层。蓝牙设备发送数据时，基带部分将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送。接收数据时，射频解调恢复接收到的数据并上传给基带，基带再对其进行解码，向高层传输。§4.2.2蓝牙基带规范从本质上看，基带层作为一个链接控制器，描述了基带链路控制器的数字信号处理规范，并与链路管理器协同工作，负责执行连接建立和功率控制等链路层的任务。基带收发器在跳频（频分）的同时将时间划分（时分），采用时分双工（TDD）工作方式（交替发送和接收），基带负责把数字信号写入收发器并从收发器中读取数据。§4.2.3其他几个重要协议蓝牙整体协议架构§4.2.3其他几个重要协议1．链路管理协议（LMP）链路管理协议是蓝牙协议栈中的一个重要组成部分。它主要完成三个方面的工作：①处理、控制和协商发送数据所使用的分组的大小；②管理蓝牙单元的功率模式和在微微网中的状态；③处理链路和密钥的生成、交换与控制。§4.2.3其他几个重要协议2．逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）L2CAP位于基带协议之上，是数据链路层的一部分，是一个为高层传输层和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议。L2CAP通过协议的复用、分段和重组及提取，向上层协议提供面向链接和无链接的数据服务。L2CAP允许高层协议和应用发送和接收高达64KB的数据分组，L2CAP还允许单信道的流控制和重传。L2CAP只支持异步无链接（ACL）链路。§4.2.3其他几个重要协议3．服务发现协议（SDP）服务发现协议（SDP）是蓝牙核心协议之一，是一个基于客户/服务器结构的协议，应用程序依靠SDP发现哪些服务可用及这些服务的属性。服务的属性包括服务的类型及使用该服务必须具备的机制或协议等。服务器维护服务记录列表，服务记录列表描述与该服务器有关的服务的特征。每个服务列表包括服务的信息。客户端可以通过发送SDP请求从服务器记录中索取服务信息。