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藍牙技術無線傳感器的結構和功能運用

希望有比較專業(yè)的回答，至于在網(wǎng)上復制粘貼的同志們，只有說謝謝辛勞但是我不大想要。。。。。最好是有圖，比如基本的結構圖和原理的解釋非常感謝~~??！: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-08-05

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藍牙(Bluetooth)計劃是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司在1998年聯(lián)合推出的一項先進的無線網(wǎng)絡技術。遵循藍牙協(xié)議的各類數(shù)據(jù)及語音設備將能夠用微波取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡中錯綜復雜的電纜，非常方便地實現(xiàn)快速、靈活、安全、低代價、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通信。由于藍牙技術將在人們的日常生活和工作中扮演重要角色，市場潛力巨大，因此，它將成為21世紀的投資熱點。文章將重點介紹藍牙技術的工作原理和藍牙協(xié)議棧內(nèi)容。分為四個部分：術語、藍牙技術工作原理、藍牙硬件模塊的組成、藍牙軟件協(xié)議棧的介紹。 1．術語 * 微微網(wǎng)（Piconet）：是由采用藍牙技術的設備以特定方式組成的網(wǎng)絡。微微網(wǎng)的建立是由兩臺設備（如便攜式電腦和蜂窩電話）的連接開始，最多由8臺設備構成。所有的藍牙設備都是對等的，以同樣的方式工作。然而，當一個微微網(wǎng)建立時，只有一臺為主設備，其他均為從設備，而且在一個微微網(wǎng)存在期間將一直維持這一狀況。 * 分布式網(wǎng)絡（Scatternet）：是由多個獨立、非同步的微微網(wǎng)形成的。 * 主設備（Master unit）:在微微網(wǎng)中，如果某臺設備的時鐘和跳頻序列用于同步其他設備，則稱它為主設備。 * 從設備（Slave unit）：非主設備的設備均為從設備。 * MAC地址(MAC address)：用3比特表示的地址，用于區(qū)分微微網(wǎng)中的設備。 * 休眠設備（Parked units）：在微微網(wǎng)中只參與同步，但沒有MAC地址的設備。 * 監(jiān)聽及保持方式（Sniff and Hold mode）：指微微網(wǎng)中從設備的兩種低功耗工作方式。 2．藍牙技術工作原理其基本實現(xiàn)原理為藍牙設備依靠專用的藍牙微芯片能使設備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無線電信號，來尋找另一個藍芽設備。一旦找到，相互之間便開始通信，交換信息。 1）藍牙的無線通信技術特征藍牙的無線通信技術采用每秒1600次的快跳頻和短分組技術，減少干擾和信號衰落，保證傳輸?shù)目煽啃裕? 以時分方式進行全雙工通信，傳輸速率設計為1MHz；采用前向糾錯(FEC)編碼技術，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響；其工作頻段為非授權的工業(yè)、醫(yī)學、科學頻段（2.4GHz的ISM頻段），保證能在全球范圍內(nèi)使用這種無線通用接口和通信技術；話音采用抗衰落能力很強的連續(xù)可變斜率調(diào)制(CVSD)編碼方式以提高話音質(zhì)量；采用頻率調(diào)制方式，降低設備的復雜性。 2）拓撲結構藍牙系統(tǒng)支持點對點以及點對多點通信。幾個相互獨立、以特定方式連接在一起的微微網(wǎng)構成分布式網(wǎng)絡，各微微網(wǎng)由不同的跳頻序列來區(qū)分。在同一微微網(wǎng)中，所有的用戶均用同一跳頻序列同步。 3）連接建立的過程及其工作狀態(tài)的轉換在微微網(wǎng)建立之前，所有設備都處于就緒(STANDBY)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，未連接的設備每隔1.28秒監(jiān)聽一次消息，設備一旦被喚醒，就在預先設定的32個跳頻頻率上監(jiān)聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異，但32個跳頻頻率為絕大多數(shù)國家所采用。連接進程由主設備初始化。如果一個設備的地址已知，就采用尋呼消息(Page message)建立連接；如果地址未知，就采用緊隨尋呼消息的查詢消息(Inquiry message)建立連接。查詢消息主要用來查詢地址未知的設備(如公用打印機、傳真機等)，它與尋呼消息類似，但需要附加一個周期來收集所有的應答。在尋呼狀態(tài)(PAGE state)，主設備在16個跳頻頻率上發(fā)送一串相同的頁信息給從設備，如果沒有收到應答，主設備就在另外的16個跳頻頻率上發(fā)送尋呼消息。主設備到從設備的最大時延為兩個喚醒周期（2.56秒），平均時延為半個喚醒周期（0.64秒）。在微微網(wǎng)中，無數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備轉入節(jié)能工作狀態(tài)。主設備可將從設備設置為保持方式(HOLD mode)，此時，只有內(nèi)部定時器工作；從設備也可以要求轉入保持方式。設備由保持方式轉出后，可以立即恢復數(shù)據(jù)傳輸。連接幾個微微網(wǎng)或管理低功耗器件（如溫度傳感器）時，常使用保持方式。監(jiān)聽方式(SNIFF mode)和休眠方式（PARK mode）是另外兩種低功耗工作方式。在監(jiān)聽方式下，從設備監(jiān)聽網(wǎng)絡的時間間隔增大，其間隔大小視應用情況由編程確定；在休眠方式下，設備放棄了MAC地址，僅偶爾監(jiān)聽網(wǎng)絡同步信息和檢查廣播信息。各節(jié)能方式依電源效率高低排列為：休眠方式→保持方式→監(jiān)聽方式。 4）藍牙對語音和數(shù)據(jù)的支持為了保證各種使用場合的應用，藍牙的基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合，可以同時支持語音和數(shù)據(jù)的傳輸。該技術支持兩種連接方式：面向連接（SCO）方式，主要用于話音傳輸；無連接(ACL)方式，主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。在同一微微網(wǎng)中，不同的主從設備可以采用不同的連接方式，在一次通信中，連接方式可以任意改變。每一連接方式可支持16種不同的分組類型，其中控制分組有4種，是SCO和ACL通用的分組，兩種連接方式均采用時分雙工（TDD）通信。SCO為對稱連接，每一個話音通道支持64kbps的同步話音，支持限時話音傳送，主從設備無需輪詢即可發(fā)送數(shù)據(jù)。SCO的分組既可以是話音又可以是數(shù)據(jù)，當發(fā)生中斷時，只有數(shù)據(jù)部分需要重傳。ACL是面向分組的連接，它支持對稱和非對稱兩種傳輸流量： ACL的非對稱連接支持正向速率721kbps、反向應答速率為57.6kbps的；對稱連接速率為432.6kbps。ACL也支持通過廣播方式發(fā)送信息。在ACL方式下，主設備控制鏈路帶寬，負責從設備帶寬的分配；從設備依輪詢發(fā)送數(shù)據(jù)。 3、藍牙硬件模塊的組成藍牙模塊包括以下兩個部分： 1.無線射頻（RF）單元藍牙系統(tǒng)的天線發(fā)射功率符合FCC關于ISM波段的要求。系統(tǒng)的最大跳頻速率為1600跳/秒，在2.402GHz到2.480GHz之間，采用79個1MHz帶寬的頻點。系統(tǒng)設計的通信距離為10米（0db），如果增加發(fā)射功率（20db），這一距離也可以達到100米。 2. 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元 BB負責跳頻和藍芽數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸。LM負責連接的建立和拆除。它們實現(xiàn)的功能包括：對SCO和ACL連接方式的支持；差錯控制，可以采用多種檢糾錯方式，其中包括前向糾錯編碼(FEC)；物理層的認證與加密；鏈路管理。 4.藍牙軟件協(xié)議棧的介紹 1）協(xié)議棧結構底部協(xié)議層包括鏈路管理協(xié)議（Link Manager Protocol, LMP）和基帶（Baseband）控制部分。鏈路管理協(xié)議實現(xiàn)鏈路的建立、認證及鏈路配置等。其中的服務項目包括：接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、設備號請求、鏈路地址查詢、建立連接、認證與加密、協(xié)商并建立連接方式、確定分組的幀類型、設置監(jiān)聽方式、設置保持方式以及設置休眠方式等?；鶐В˙aseband）控制部分負責跳頻和藍芽數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸，包括對糾錯編碼的支持，對SCO和ACL包的組織，流控等。中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適應協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP）、服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol,SDP）、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議（Telephony Control Protocol,TCS），對象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)。L2CAP完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務質(zhì)量和協(xié)議復用等功能，是其他上層協(xié)議實現(xiàn)的基礎。SDP為上層應用程序提供一種機制來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中可用的服務及其特性。RFCOMM基于ETSI標準TS07.10在L2CAP上仿真9針RS232串口的功能。TCS提供藍芽設備間話音和數(shù)據(jù)的呼叫控制信令。對象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)是Extended Systems公司為紅外通信的高層應用開發(fā)的協(xié)議，現(xiàn)在已成功的應用于藍牙協(xié)議棧中。在BB和LM上與L2CAP之間還有一個主機控制接口層（Host Controller Interface,HCI）。HCI是藍芽協(xié)議中軟硬件之間的接口，它提供了一個調(diào)用下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令接口。HCI協(xié)議以上的協(xié)議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙模塊來完成，二者之間通過一個對兩端透明的傳輸層進行交互。吸收現(xiàn)成的協(xié)議有PPP、TCP/IP、OBEX 、WAP…: 回答者：網(wǎng)友

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