蓝牙技术基础知识简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,蓝牙技术简介,上讲回顾,掌握传感器的作用及定义,掌握传感器的工作原理,掌握无线传感器网络的定义及应用,了解无线传感器网络的关键技术,2,3,本讲提纲,无线网络协议对比,蓝牙技术的简介,蓝牙的通信连接过程,蓝牙网络的应用,4,无线传感器网络的定义,服务器,用户,WSN,（,Wireless Sensor Network,）：一种新型的无基础设施网络，它综合了,传感器技术、嵌入式处理技术、现代网络以及无线通信技术,等，能够通过各个,传感器节点,进行,实时监测、感知和采集,各种现场信息。它的节点是传感器这种特殊的嵌入式设备，它们静态地随机分布于某一区域。,监测区域,传感器节点,有线或无线网络,有线或无线网络,ZigBee,等,网关,无线传感器网络特性,无线传感器网络特性,Sensor node:,缓存小,CPU,计算速度慢,无线通信传输,电池耗电,可能具备定位功能,Sink node,传感器网络的控制中心，能够收集,sensor node,的所有数据。,10,100,1,000,10,000,10,100,1,000,10,000,100,000,速,率,kbps,GSM,802.11a/g,GPRS,EDGE,2000,2003-4,2005,Bluetooth,3G,Hiper,LAN/2,Bluetooth 2.0,距,离,（,米）,802.11b,ZigBee,WiMedia,Bluetooth 1.5,常用的无线技术,2.4GHz ISM,频段,ISM,频段：,Industry Science and Medical Band,（,工业、科学、医学）,常用的短距离无线技术比较,8,蓝牙概述,9,什么是蓝牙技术,蓝牙技术采用高速跳频扩展技术,FHSS,（,Frequency Hopping Spread Spectrum,）,跳频速率为每秒,1600,次，每次传送一个封包，封包大小从,126bit-2871bit,皆可，而且其封包内容可以是包含数据或语音等不同的资料。资料封包可借助自动重送（,ARQ,）机制来加以保护，而声音封包因采用,CVSD,（连续可调变斜面三角器波形编码）方式编码而可以不在重送以增加效率。其设备采用的是,GFSK,调制技术，其最高传输速率为,1Mbps,，实际数据有效速率为,721Kbps,，话音采用连续可变斜率调制,CVSD,（,Continuous Variable Slope Delta Modulation,连续可变斜率调制）编码方式，,CVSD,方式抗干扰能力很强，即使在误码率达到,4%,时仍然有可以接受的话音质量。,10,蓝牙技术的特点,蓝牙是一种,短距离无线通信,的技术规范，它最初的目标是,取代现有,的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆,连接，其特点如下：,蓝牙技术的特点,很好的抗干扰,能力和安全性,可建立临时,对等连接,全球范围,适用,同时传输,语音数据,近距离通信,功耗低,体积小,蓝牙技术,特点,蓝牙工作在2.4,GHz,的,ISM,频段，全球大多数国家,ISM,频段的范围是2.4-2.4835,GHz,。,蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。,主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（,Piconet）,时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。,蓝牙采用了跳频（,Frequency,Hopping）,方式来扩展频谱，抵抗来自这些设备的干扰。,提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。,蓝牙设备在通信连（,Connection）,状态下，有四种工作模式：激活（,Active）,模式，呼吸（,Sniff）,模式保持（,Hold）,模式，休眠（,Park）,模式，,Active,模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。,蓝牙技术通信距离为,10m,可根据需要扩展至,100m,，以满足不同设备的需要。,蓝牙系统的组成,蓝牙系统之天线单元,系统组成,描述了链路控制器，实现了基带协议和其他的底层连接规程,-,媒体接入控制,(MAC),-,差错控制,-,认证与加密,链路管理器（,LM,）软件实现链路的建立认证及链路配置等,-,通过连接管理协议（,LMP,）建立通信联系。,-,LM,利用链路控制器（,LC,）提供的服务实现上述功能。,天线发射功率符合,FCC,关于,ISM,波段的要求。,-,发射功率：,100mW,-,跳频速率：,1600,跳,/,秒,蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：核心（,Core,）部分,和,协议子集（,Profile,）部分。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,数据的拆装等功能。,蓝牙系统的技术特点,工作在,2.45GHz,频段,射频特性,收发机配置符合,IEEE 802,标准,48,位地址,数据频率为,1Mb,s,使用扩频和跳频技术，噪音环境也能工作,工作范围约,10m,，可加至,100m,蓝牙标准的发展,V1.1,(1991,年,),V1.2,V2.1,(2004,年,),V2.2,V3.0,(2009,年,),V4.0,(2010,年,),16,蓝牙,4.0,V1.1(1998,年,),为最早期版本，传输率约在,748810kb/s,，因是早期设计，容易受到同频率的产品干扰下影响通讯质量,V2.1(2004,年,),改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机设备之间互相进行配对与通讯传输的,NFC,机制，具备更佳的省电效果,V3.0(2009,年,),全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更低。,V4.0(2010,年,),包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙,4.0,的改进之处主要体现在三个方面：电池续航时间、节能和设备种类。有效传输距离最大达到,100m,17,蓝牙,4.0,设备种类,2.4G,蓝牙低功耗系统,消费类电子产品,移动电话外围扩展设备,运动和休闲设备,健康医疗用品,(,血压计、体温计,.),汽车电子设备,人机接口设备,(,键盘、鼠标、遥控器,),USB Dongle,蓝牙,4.0,设备种类,信道数：,79,个,（0-78）,范围：,2.402,GHz-2.480GHz,信道间隔：,1,MHz,蓝牙的频道划分,蓝牙建立通信的过程,蓝牙系统有三种主要状态：待机状态，连接状态和节能状态。从待机状态向连接状态转变的过程中，有,7,个子状态：寻呼、寻呼扫描、查询、查询扫描、主响应、从相应、查询相应。,蓝牙建立通信的过程,Standby(,缺省),Inquiry(,查询),(,unknown address,),Page(,寻呼),(,known address,),Connection,.,Active power(,活动),Sniff(,呼吸),Hold(,保持),Park(,休眠),Standby,等待加入一个微微网。,Inquiry,邀请周围的无线连接。,Page,连接一个明确的无线链路。,Connected,加入一个皮网,(,主设备或者从设备,),master,f9,inquiry state,Inquiry scan state,Wait random time,Sends 48 bits address,，,clk,FHS packet:,f9,slave,Slave hosts,48-bit Bluetooth address,Function F,Hopping sequence,3,56,7,23,44,page,scan state,蓝牙建立通信的过程,master,Page state,Page scan state,48-bit address,Clock offset,AMA(Active Member address)=001,slave,FHS packet,48-bit address of master,Function F,Hopping sequence of master and slave,7,36,22,28,55,蓝牙建立通信的过程,蓝牙数据包的格式,接入码,包头,内容,72,b,54,b,0-2745,b,PREAMBLE,SYNC WORD,TRAILER,4,64,4,34,24,6,LSB,MSB,BCH LAP BRK,接入码,蓝牙数据包的格式,包头,AM_ADDR,HEC,3,1,8,AM_ADDR,TYPE,FLOW,ARQN,slave active member address,payload type,LC flow control,ACK/NAK,parameter,information,FLOW,1,ARQN,1,SEQN,TYPE,4,SEQN,retransmit ordering,HEC,header error check,蓝牙数据包的格式,微微网（皮网）,Master,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,一个微微网可由8个蓝牙设备组成。,在同一个微微网中，主设备为所有的设备提供时钟和跳频同步序列。,在同一个微微网中，所有的设备有同样的跳频序列。,1,台主设备和,1,台以上从设备构成的网络称为微网（皮克网）（,Piconet,）。一个蓝牙单元作为微网的主单元，其余的可作为从单元看待。在一个微网中最多可有七个活动从单元。另外，更多的从单元被锁定在休眠状态中。这些处于休眠状态的从单元在该信道中不能被激活，但对主单元来讲它们仍由主单元同步。无论对激活或休眠状态来讲，信道访问都由主单元控制,分散网,Master,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Master,两个或更多的微微网在重叠的区域可以建立特殊的呼叫。,具有重叠复盖域的微网之间存在设备间的通信，形成一个扩散网络（,Scatternet,）结构。每个微网只能具有一个单独主单元，然而从单元可分享基于时分多址的不同微网。另外，在一个微网中主单元可视为另一个微网的从单元。且各微网间不再是以时间或频率同步，各微网有自己的跳频信道。,微微网的应用（一拖七）,蓝牙技术的应用,电子付帐系统，宾馆接待处的电子登记服务等,。,家庭和办公室自动化、家庭娱乐、电子商务、工业控制、智能化建筑物等,。,数字照相机、数字摄像机等。,无线键盘、鼠标等。,以便携式计算机和掌上计算机,为代表。,各种,电话系统,蓝牙技术的应用,应用面多,前景广阔,数字手机、家庭及办公室电话、,小型,PBX,等电话系统等。,无线电缆,无线办公包,数字,电子设备,电子商务,办公自动化,家庭娱乐等,蓝牙技术的应用,作业,在无线网络中，有哪些短距离无线通信技术？这些技术的区别及各自的特点是什么,简述蓝牙的通信过程，并用流程图进行表示,33,