第一部分 蓝牙全景
一.蓝牙技术的特点
普通的特性不再论述。蓝牙网络7个从设备与256个节点的区别。
1.网络特性
蓝牙技术是点到多点的通信协议。
蓝牙设备间的数据传输支持点到点、点到多点的方式。
蓝牙组网最多有256个蓝牙单元设备连接形成picnet,其中一个主节点和7个从节点处于工作状态,其它处于空闲模式。因此一个蓝牙网络最多有256个节点,但是最多有1个主设备和7个从设备组成能够发送数据和接收数据的网络传递组。
个人局域网:利用蓝牙技术可讲个人周围的设备连接起来,形成一个个人局域网。
2.技术指标
2GHz,支持电路交换和分组叫魂。数据速率1M,数据连接方式支持面向连接业务SCO,无连接业务ACL。采用调频扩频FSSS技术。
二、蓝牙的现况、应用
蓝牙是用来替代有线电缆构造短距离无线连接的通信技术。蓝牙应用在中高档产品,PDA,移动电话,无绳电话,计算机,MP3播放机,数字相机和便携式上网设备。从移动信息电器逐步拓展到汽车、工业控制、医疗设备等新领域。
蓝牙与超宽带UWB无线技术开发小组合作,建立一个让设备可以利用UWB高速传输的架构,满足大容量数据并实现便携式设备的高质量视频应用在高速度方面的需求。 蓝牙产品涵盖的领域:
1.移动通信。手机、移动市话,传真。
2.计算机及周边设备。计算机、键盘、鼠标,打印机、扫描仪、摄像头、投影仪和便携式移动存储。
3.个人信息存储及娱乐设备。PDA,MP3随身听,电子图书,数字相机。无线下载。
4.网络接入设备。网络微型机、上网机、集线器、家庭网关。
5.信息家电。多媒体电视,智能冰箱,智能空调,智能微波炉,智能照明系统。
6.音响试听产品。耳机,音箱,传声器,数字相机,数字摄像机。 7.医疗保健设备。个人生理记录仪,医疗仪器,家庭远程护理。
8.商业。零售终端,自动售货机,产品信息,无线电子钱包。 9.工业。计量仪器的无线超标,无线巡回检测。
10.银行。自动存取款,自动转帐,电子支付。
11.汽车。汽车电话,GPS,动力系统,防滑刹车系统,汽车音响和安全气囊。
12.军事。士兵头盔通信系统。
13.订票与购票。公共汽车、地铁票、球票。 第二部分 蓝牙网络技术
一、基带规范
蓝牙的时隙长度625us.用全双工分时传输方案。
蓝牙协议支持一个异步数据传输,最多可以是三个同步语音传输或者一个同时支持同步与异步的“信道”。
1.物理链路
网络通信设备间物理层的数据连接通道就是物理链路。蓝牙协议定义了两种类型:SCO同步面向连接链路,ACL异步无连接链路。
(1)SCO链路
主设备与指定从设备之间实现点到点的同步数据交换链路。利用主设备保留的时隙传输分组,可视为电路交换链路,用于语音类的实时性较强的数据传输。
主设备可以支持最多3个指向相同或不同从设备SCO链路。若链接来自不同主单元,则从单元只能支持2路SCO链路。
SCO链路的传码率是64kb/s。
主设备在规则时间间隔上向从设备发送SCO分组,该规则间隔称为Tsco。SCO链路通过LMP协议发送设置消息的主单元建立。
(2)ACL链路
在非SCO保留时隙,主设备可以以时隙为单位与任何从设备交换分组。ACL链路提供与所有活动从设备的分组交换链路。主要用来传输对时间不敏感的数据通信,比如传输文件或控制信息。在一个主、从设备之间,只能存在一条ACL链路。
双工ACL链路速率:433.9kb/s。有重传机制。
物理链路有两个工作方式:
(i)点到点(物理)链路。主设备在由主到从的时隙发送有接收从设备地址的ACL分组。在随后的由从到主的时隙里,从设备向主设备发送ACL分组。
(ii)广播方式。不指定目的从设备地址的ACL分组,从设备地址(000)b,从单元仅接收分组但不响应。
2.基带分组
(1)数据分组格式
接入码(72或68位)|分组头(54位)|数据(0~2745位)
其中:
(i)接入码的功能:时钟同步、直流偏置补偿1010或0101、识别。分为信道接入码CAC,设备接入码DAC,查询接入码IAC。查询接入码分为专用查询接入码和通用查询接入码。前者用来发现具有共同属性的专用设备组内的其它蓝牙设备,后者用于发现覆盖范围内的其它蓝牙设备。
具有共同属性的蓝牙设备可以实现相同服务。
同步字是一个来自24为地址LAP的64位代码字。
(ii)分组头
包括链路控制信息。包括:
AM_ADDR 表示活动从设备的地址(3位),区分不同从设备。 TYPE:分组类型,时隙数目。
FLOW:流量控制标志。
ARQN:重发
SEQN
HEC:错误校验。
(iii)分组类型
3.基带收发规则
(1)发送规则
发送(TX)规则可分别在ACL链路和SCO链路上进行。每一个从设备都有一个独立的TX ACL缓冲区,每个SCO从单元可以有一个或多个TX SCO缓冲区。
每一个TX SCO缓存器由两个FIFO寄存器组成,称为现态寄存器或者次态寄存器。寄存器的连接由蓝牙链路控制器控制。
缓存器分为数据缓存器和语音缓存区。
发送缓存器将数据传输到分组 打包器,将分组发送出去。
(2)接收规则
ACL链路和SCO链路分别处理接收(RX)规则。
4.链路数据的TX/RX信号 在正常链路模式中,主设备传输总是从偶数时隙(主时隙CLK1=0)开始,从设备总是从奇数时隙开始。
蓝牙设备的收发器交替进行发送和接收操作,说明不是发送接收全双工方式。信号有TX时隙slot和RX时隙。
(1)寻呼状态,主单元发送从设备的设备识别码ID分组。ID分组是很短的分组,因此在一个TX时隙中,主设备可以在两个频率上寻呼。
(2)FHS分组
在建立连接阶段和主从切换时,主设备发送FHS分组到从单元。 该分组用来建立时间和频率的同步。从设备收到寻呼消息后,625us后返回响应信息。
(3)多个从单元的收发定时
当存在多个从单元时,从单元分时地与主设备进行通信。在下一次从到主时隙中,只有经过它自身AM_ADD编址的从单元才响应。在广播时,从设备不响应。
5.寻呼过程
为建立新的连接,应使用查询和寻呼过程。
查询过程使一个单元发现通信范围的其它设备。
寻呼过程用来建立实际连接,只有通过蓝牙地址才可以建立连接。负责建立连接的设备执行寻呼过程并且自动称为连接的主单元。
6.连接状态
连接已经建立,数据分组可以双向传送的状态。在连接状态开始的时刻,主设备发送一个轮询分组poll。连接状态的第一个信息分组包括控制信息。Detch,reset命令。
连接的4中操作模式:
激活,呼吸,保持,休眠。休眠状态不是活动从设备。256个节点,只有八个设备在激活,呼吸,保持状态,其它设备在休眠状态。
参考文献
钱志鸿.蓝牙技术原理、开发与应用.北京航空航天大学出版社.2006.