英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
摘要
Bluetoothtrade;1无线技术被设计为个人、便携和手持电子设备的短距离连接解决方案。自1998年5月以来, 蓝牙 SIG 通过开发一个开放的行业规范, 包括协议和应用场景, 以及一个旨在确保最终蓝牙产品的用户价值的资格计划, 来指导技术的发展。本文重点介绍了蓝牙无线技术。
引言
在过去的几年中，无线世界每天都遭受到有关新一代无线射频（RF）技术的信息的轰击，会对我们生活和联系我们的业务产生深远影响。 这一新一代技术涵盖了无线通信覆盖的全部领域。 正在开发第三代（3G）无线技术，以实现与广域网（WAN）的个人高速互动连接。 IEEE 802.11b无线局域网（LAN）技术发现自己在企业和学术办公空间，建筑物和校园中的地位不断增加。 此外，随着缓慢而稳定的增长，802.11b技术正在进入公共场所，如机场和咖啡吧。
广域网和局域网技术通过无线运营商提供商或通过校园或公司骨干Intranet实现设备与基础设施服务的连接。覆盖范围的另一端被短距离个人无线连接技术所占据，这些技术允许个人设备直接相互通信而无需建立基础设施。在覆盖范围的这一端，蓝牙无线技术为个人连接空间提供了全向性和消除基于RF连接的视线要求的好处。个人连接空间类似于人们周围的通信泡沫，使他们能够将他们的个人设备与进入泡沫的其他设备连接起来。这种泡沫中的连接是自发的和短暂的，并且可能涉及多种具有不同计算能力的设备，这与用于具有足够计算能力和电池能力的设备之间的通信的无线LAN解决方案不同。
蓝牙无线技术3将主要用作各种个人设备（包括笔记本电脑，手机，个人数字助理（PDA），数码相机等）之间互连电缆的替代品。蓝牙无线技术旨在充当通用 、低成本、用户友好的空中接口，将取代人们需要携带并用于连接其个人设备的大量专用电缆。 尽管个人设备通常基于RS-232串行端口协议进行通信，但专有连接器和引脚排列使得不可能使用同一组电缆来互连来自不同制造商的设备，有时甚至来自同一制造商。 蓝牙无线技术的主要重点是提供一种灵活的电缆连接器，可重新配置引脚排列，允许多个个人设备互相连接。
该技术的另一个重点是为访问数据服务提供统一的接口。使用任意数量数据设备的用户将能够连接到一个局域网接入点，以提供对企业内部网络基础设施和服务的访问。同样，用户将能够连接到她的手机并访问WAN数据服务。然后可以编写应用程序，以这种方式为用户提供连接到数据服务的类似连接体验。通过手机连接数据服务引发了个人网关的概念。无论他们去哪里，人们都会带着他们的个人网关。个人网关将作为访问远程数据服务的促进者，同时增加了便利性，使其可以远离其通信蓝牙合作伙伴的视线。蓝牙无线技术使连接到数据服务的功能从查看和与数据服务提供的信息相互作用中分离出来。因此，PDA可以用作输入和接收数据的更方便的I / O设备，同时使用纯粹用于与无线数据载体进行通信的个人网关。
然而, 蓝牙无线技术的另一个焦点项目是在个人设备之间启用临时连接。这将允许个人组成协作小组, 例如在会议期间, 交换数据, 而不需要依赖基础结构来支持它们的通信。
在本文中，我们将概述蓝牙无线技术。这篇文章的结构安排如下。我们介绍蓝牙无线技术的历史，然后讨论蓝牙规范，包括规范的核心和配置文件部分，最后我们总结全文。
蓝牙无线技术的发展历史
蓝牙行业标准的发展始于1998年冬季，当时爱立信，IBM，英特尔，诺基亚和东芝组建了蓝牙特殊工业组织（SIG），以开发和推广全球解决方案，用于在未经许可的2.4 GHz ISM（工业，科学，医疗）频段。
Bluetooth的名字来自丹麦国王HaraldBlaring;tand（Bluetooth）。 在10世纪期间，Bluetooth国王因团结斯堪的纳维亚人而广受赞誉。 同样，蓝牙无线技术旨在联合个人计算设备。这个名字暂时被选中来描述尚未宣布的开发项目。 然而，寻找一个新名字从来没有取得成功，临时名称也变得永久。回想起来，选择这个令人愉快的名字可以得到很高的评价，因为该技术迄今为止已经得到认可和接受。
为了促进这种新技术的广泛接受，SIG决定在用于向市场推出蓝牙产品时免费提供蓝牙规范中明确包含的所有知识产权，以便采用该技术的成员。 SIG于1998年5月向公众宣布了它的存在和意向，当时由约70名接受者加入。 截至撰写本文时，约有3000名接受者。 一年多后，在1999年夏天，超过1600页的蓝牙规范版本1.0A公开发布。 由于Bluetooth SIG的许可协议，在蓝牙技术联盟完成并批准之前，规范的制定并未向公众开放。 公开发布之前，采用者成员有权查看规范。
目前版本为1.1的蓝牙规范由以下两部分组成，我们将在文章后面讨论：
- 核心规范，定义无线电特性和通过蓝牙无线电链路在设备之间交换数据的通信协议。
- 配置文件规范，定义如何使用蓝牙协议来实现一些选定的应用程序。
为了免费使用蓝牙技术规范中的知识产权，采用者需要通过蓝牙认证计划（BQP）对任何意图将其推向市场的蓝牙产品进行认证。 BQP包括无线电和协议一致性测试和配置文件一致性测试（适用时）以及互操作性测试。
1999年12月，随着3Com，朗讯，微软和摩托罗拉的加入，促销组从5个增加到9个。 截至2001年初，包括其前微电子部门在内的朗讯子公司Agere取代了朗讯成为发起人团体。
1999年3月，IEEE 802.15标准工作组成立，旨在为无线个人区域网络（WPAN）开发一系列通信标准.4在1999年7月新工作组的第一次会议上，蓝牙技术联盟提交了刚刚创建的蓝牙规范 作为IEEE 802.15标准的候选者。 蓝牙提案被选为802.15.1标准的基准。 截至撰写本文时，标准草案的制定工作已进入最后阶段，已成功完成了两轮赞助人选票。 除IEEE 802.15.1活动外，IEEE 802.15.2任务组还研究了802无线技术之间的共存问题。 802.15.3任务组正在制定高速率无线电标准（gt; 20 Mb / s）。 最后，802.15.4任务组正在制定低速率无线电标准（lt;200 kb / s）。
蓝牙规范
蓝牙规范主要是作为实现手册而不是正式的通信标准文档编写的。 该规范的这一方面反映了一组工程师的开发过程，这些工程师在开发规范的同时实际开发了该技术。 这些工程师用散文风格写下了他们在实现中获得的经验。 这与正式开发的标准中常用的形式语言形成对比。 这种方法有其优点和缺点。 好处在于，规范比正式标准文档更容易阅读。 不利的一面是，使用散文自然不太精确，有时候这个规范可能会引起冲突的解释。 后一个问题正在通过勘误解决程序解决。
图1描述了蓝牙协议栈，为了完整性，它还显示了应用程序和配置文件“层”。 （本节稍后会讨论后者）堆栈中的协议分为两类：传输协议和中间件协议。 传输协议包含专为蓝牙无线技术开发的协议。 这些协议涉及两个蓝牙设备之间的所有数据通信。 中间件协议包括蓝牙特定协议和其他采用的协议。 这些协议有选择地用于使不同的应用程序（包括传统应用程序和新应用程序）能够使用蓝牙无线技术交换数据。 无论何时需要，中间件协议都将这些应用程序与蓝牙传输协议的细节屏蔽开来。
蓝牙协议栈中的这些协议分组不是该规范的一部分。 相反，它在这里用作协议的自然分组，以便于演示。
传输协议
无线广播（The Radio）：无线电层定义了蓝牙无线电的技术特性。蓝牙无线电在免许可证的2.4 GHz ISM频段上工作，并符合FCC第15部分有关此频段散热器的规定。 它采用快速（1,600跳/秒）跳频扩频（FHSS）技术。 无线电在79个1MHz频道上以伪随机方式跳频。频率位于（2,402 k）MHz，k = 0,1，...，78。
调制技术是二进制高斯频移键控（GFSK），波特率为1 Msymbol / s。 因此，比特时间为1毫秒，原始传输速度为1 Mb / s。 蓝牙无线电有三种功率等级，具体取决于它们的发射功率。 1类无线电的发射功率为20 dBm（100 mW）; 2类无线电台的发射功率为4 dBm（2.5 mW）; 3类无线电的发射功率仅为0 dBm（1 mW）。 由于使用蓝牙无线电的各种个人设备的功率和成本限制，3类和2类无线电预计将是这些设备中最常用的无线电。
图 1 蓝牙协议栈
基带（The Baseband） - 基带定义了使设备能够使用蓝牙无线技术相互通信的关键程序。 基带定义了蓝牙微微网及其创建方式，以及蓝牙链接。 它还定义了如何在多个设备之间共享传输资源在微微网中，以及低层数据包类型。
蓝牙地址和时钟 （The Bluetooth Address and Clock）- 每个蓝牙设备都有两个参数，几乎涉及蓝牙通信的所有方面。 第一个是在制造时分配给每个蓝牙无线电的唯一IEEEtype 48位地址。 蓝牙设备地址（BD_ADDR）刻在蓝牙硬件上，不能修改。 第二个参数是一个自由运行的28位时钟，每312.5 ms触发一次，这对应于无线电以1600跳/秒的标称速率跳频时的停留时间的一半。
如稍后将进一步描述的，蓝牙设备可以通过获取彼此的蓝牙地址和时钟来相互通信。
蓝牙微微网 （The Bluetooth Piconet）- 微微网是可以相互通信的蓝牙设备的集合。 微微网在没有任何基础设施帮助的情况下以临时方式形成，并且只要其创建者需要并且可用于与其他设备进行通信就持续。 微微网包含至少一个被标识为微微网的主设备的设备和最多七个被标识为主设备积极参与通信的从设备。 术语主从属于特定的现有微微网。 这些条款在制造时未分配给无线电单元。 蓝牙无线电可以在不同的时间作为主机或从机。
识别每个从机，一个微微网的主机分配一个本地唯一的活动成员地址（AM_ADDR）给参与活动的从站微微网中的通信。 主机监管和控制谁传送和何时。 而多达7个从属设备可以一次在微微网中主动通信，其他设备可能会向主机登记并被邀请在必要时变为主动。 这些其他设备被称为停放。 蓝牙与任何微微网不相关的设备都在待机模式。 图2显示了两个微微网一些从机和停放的设备相关联和他们以及一些备用设备。 蓝牙微微网可以在时间和空间上彼此独立地共存。 此外，一个设备可能是几个微微网的成员，一个案例在蓝牙术语中称为散射网。
为了识别每个从机，微微网的主机将一个本地唯一的有效成员地址（AM_ADDR）分配给参与微微网中的有效通信的从机。 主机监管和控制谁传送和何时。 虽然多达7个从属设备可能一次在微微网中进行主动通信，但可以向主设备注册其他设备，并在必要时被邀请激活。 这些附加设备被称为停放。 未与任何微微网相关联的蓝牙设备处于待机模式。 图2显示了两个带有多个从属设备和停放设备的微微网，以及一些备用设备。 蓝牙微微网可以在时间和空间上彼此独立共存。 此外，单个设备可能是几个微微网的成员，这种情况在蓝牙术语中被称为散射网。
图 2 蓝牙微微网
微微网中的通信信道被定义为按照同步方式微微网成员跟随的微调中继的顺序。 发送和接收时间轴是时隙，每个时隙持续标称跳频的持续时间，为625毫秒。 每个基带传输完全驻留在一个时隙的边界内。 但是，也可以使用占用三个或五个插槽的多插槽数据包。 在发送多时隙分组期间，发送频率不会改变。 当跳频恢复时，如果设备只使用单时隙传输，则恢复频率。
为了保持跳跃的时间同步，从属使用蓝牙的蓝牙时钟主机以及跳数以625毫秒的倍数出现的事实; 从属实际上保持其蓝牙时钟与其主时钟之间的偏移时间。 根据主设备的蓝牙时钟的次最低有效位的值，将微微网中的时隙标识为偶数或奇数; 回想一下，蓝牙时钟的速度是时隙速率的两倍。 为了在微微网中重新创建跳频序列，从设备利用微微网主设备的蓝牙地址。 此外，主设备的蓝牙时钟标识特定时隙要使用的特定频率。 因此，微微网中的通信信道由主设备完全识别。 结果，在分散网络的情况下，设备可以仅用作一个微微网的主设备，否则两个微微网不能彼此区分。
主机和从机以时分双工（TDD）方式交换传输机会。 特别是，主设备在主设备的蓝牙时钟定义的偶数编号插槽上传输，而从设备在奇数编号的插槽上传输（回想每个插槽持续625毫秒）。 只有当主设备刚刚发送到该从设备时，从设备才能进行传输。 传输可以持续一个，三个或五个时隙; 然而，规范要求只有单插槽传输是强制性的。 在散射网的情况下，设备不能同时在两个或更多个微微网中接收或发送数据。 但是，这样的设备可以在非重叠的时间间隔中分时参与每个微微网。
为了在微微网中进行通信，微微网中的从设备需要知道BD_ADDR和主机的蓝牙时钟。同样，主机也需要知道从机的身份。 该信息分两个阶段获取：查询阶段，定位设备和寻呼阶段，邀请特定设备加入微微网。 在J. Haartsen的“The Bluetooth Radio System”[1]中给出了这些阶段的一个很好的概述。
查询过程是一个设备发现过程，在此过程中，未来微微网的主设备发现其附近的其他设备。 主机通过发送查询消息来使其存在。 执行查询扫描的设备，即主动搜索查询消息，使用查询响应消息进行响应，其中包含设备的BD_ADDR。
掌握了附近设备身份的知识后，微微网的主设备可以明确地将设备加入其微微网。 掌握设备身份的主设备可以跳过查询过程并直接寻呼设备。 如果设备没有响应，则可能意味着它不在寻呼设备的传输范围内。
利用寻呼设备发送给分页设备的信息，分页设备现在可以作为从设备连接其主设备是寻呼设备的微微网。 在加入微微网之后，主设备和从设备可以协商角色的反转，在这种情况下，（原始）主设备变成微微网中的从设备，其主设备将是（原始）从设备。
接下来我们介绍主机和从机如何交换数据。
蓝牙链接和基带包- 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[466571]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
