第4章无线个域网——蓝牙

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Jun 23, 2023

一、核心规范和概要规范

核心规范：描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节。

概要规范：考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型。(分为电缆替代或无线音频。)分为强制、可选和不适用。

1️⃣核心规范

核心规范	功能
无线电radio	频率、跳频的使用、调制模式和传输功率
基带baseband	考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。
链路管理器协议LMP	负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素。
逻辑链路控制和自适应协议L2CAP	使高层协议适应基带层。 L2CAP提供无连接和面向连接服务。
服务发现协议SDP	询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。

2️⃣概要规范

RFCOMM:电缆替代，提供虚拟串行口

TCS-BIN:无线音频中的电话控制协议二进制通话

接纳协议（由其他标准制定并被纳入蓝牙体系结构）

PPP：点对点链路传输IP数据报因特网标准协议
TCP/UDP/IP：于TCP/IP协议簇的基础协议
OBEX：由IrDA开发的会话层对象交换协议
WAE/WAP：无线应用环境和无线应用协议

3️⃣应用模型

💡

一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性。如下为最高优先级应用：

1.文件传输

具有传送能力(传送目录、文件、文档、图像、流媒体)和浏览能力(文件夹)，使用RFCOMM和OBEX。

2.三合一电话(TCS-BIN)

3.耳麦(RFCOMM和AT命令)

AT命令类似一般调制解调器。

4.桥接因特网(拨号上网，传真)

5.局域网接入(piconet接入LAN)

6.同步(为PIM信息提供设备之间同步)IrMC OBEX

二、Bluetooth拓扑结构

点对点模式

微微网⭐

💡

蓝牙基本联网单元是一个微微网,一台主设备和1-7台活跃的从设备组成。

💡

散布式网络:一个piconet中的设备也可作为另一个piconet的一部分存在，并在每个piconet中起从设备或主设备功能,这种形式的重叠被称为散布式网络。时间和空间层叠的piconet。

piconet结构：

一个Master主节点最多有7个活跃的slave从节点，还包括255个非活跃Parked slave节点。只有活跃的节点能通信，只可以在主节点和从节点之间通信，不可以在从节点和从节点之间通信。一从节点也可以作为另一个piconet的主节点，这样就形成了散布式系统。

从节点状态分类：

active (活跃地址)

parked (低功耗模式)(非活跃地址)

standby(低功耗模式)(无地址)(待机)

只有activie和parked节点分配地址，standby 没有分配地址。

微微网建立过程：

💡

首先介绍查询(inquiring)和寻呼(paging)概念

查询：了解时钟偏移和其他设备地址。

寻呼：建立与其他节点链路

设备知道其他设备参数则启动寻呼，若不知道先查询再寻呼。

具体建立过程：

主设备启动查询，广播查询访问码(IAC)

stand从设备定期帧听IAC，帧听到,则返回包括设备地址和时钟的FHS帧，进入寻呼扫描模式。

主设备收到FHS后进入寻呼模式，根据设备地址计算跳频序列返回给从设备。

从设备与主设备时钟同步，并启动主设备定义的跳频序列。

至此就连接在一起了。

三、两种物理链路

💡

主设备和从设备之间有两种基本物理链路类型：

同步面向连接 SCO

异步无连接 ACL

1️⃣SCO同步面向连接特点

主从设备对称链路

主设备预留时隙(预留两个)(避免同步和冲突)

全双工，同时双向发送

不重传

未预留给SCO的时隙可用于ACL

M同时支持3个SCO

S支持2-3个SCO

保证数据率，速率>64Kbps

2️⃣ACL异步无连接特点

连接主设备和所有从设备的非对称链路

半双工，一次往一个方向发

出错重传

无时间规律分组(三种分组：1，3，5时隙)，通过时间的划分交替发送,不同时隙，不同通信速率。

每个s只有一条ACL

最大努力交付

不对称最大速率：723.3kbps,反向为57.6kbps

四、蓝牙设备状态切换

💡

设备不同状态怎么切换，切换的目的和意义是什么？

状态切换图

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蓝牙两个地址

AMA 活跃成员地址3bit

PMA parked地址8bit

三个节能连接状态

Sniff 编程设置低速率监听传输节省能量低速率通信

Hold 从设备请求或主设备指示，只有定时器保持工作可交换SCO分组不释放AMA ACL不通信

Park 仍然是piconet成员但是释放AMA获得PMA。释放地址