近年來，隨著各種短距離無線通信技術的發(fā)展，人們提出了一個新的概念，即個人局域網(wǎng)（Personal Area Network, PAN）。PAN核心思想是用無線電或紅外線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，實現(xiàn)個人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個人化的信息網(wǎng)絡。從計算機網(wǎng)絡的角度來看，PAN是一個局域網(wǎng)；而從電信網(wǎng)絡的角度來看，PAN是一個接入網(wǎng)。
PAN定位在家庭與小型辦公室的應用場合，其主要應用范圍包括話音通信網(wǎng)關、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關、信息電器互聯(lián)與信息自動交換等。

PAN的實現(xiàn)技術主要有：Bluetooth、IrDA、Home RF與UWB（Ultra-Wideband Radio）四種。其中，藍牙(Bluetooth)技術是一種支持點到點、點到多點的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務的短距離無線通信技術，藍牙技術的發(fā)展極大地推動了PAN技術的發(fā)展，IEEE專門成立了IEEE802.15小組負責研究基于藍牙的PAN技術。 首先讓我們來看一下什么是藍牙技術及藍牙技術的一些具體內(nèi)容。

一、藍牙技術的概念

藍牙是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，它可以用于在較小的范圍內(nèi)通過無線連接的方式實現(xiàn)固定設備以及移動設備之間的網(wǎng)絡互連，可以在各種數(shù)字設備之間實現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。因為藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此它特別適用于小型的移動通信設備。

二、藍牙協(xié)議

藍牙的通信協(xié)議也采用分層結(jié)構。層次結(jié)構使其設備具有最大可能的通用性和靈活性。根據(jù)通信協(xié)議，各種藍牙設備無論在任何地方，都可以通過人工或自動查詢來發(fā)現(xiàn)其他藍牙設備，從而構成微微網(wǎng)（piconet）或分散網(wǎng)（scatternet），實現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能，使用十分方便。圖1是藍牙協(xié)議棧的層次結(jié)構，其中：

* Bluetooth radio是藍牙設備中負責傳送和接收調(diào)制無線電信號的收發(fā)器。出于兼容的原因，采用藍牙的無線設備應當具有確定的無線收發(fā)特性。

* Baseband（基帶）即藍牙的物理層，負責管理物理信道和鏈路，但不包括錯誤糾正、數(shù)據(jù)處理、跳頻選擇和藍牙安全等業(yè)務。

* ACL即在物理信道上傳輸數(shù)據(jù)的異步無連接（Asynchronous Connection-Less）物理鏈路。ACL鏈路在主單元（Master）和所有其他從單元（Slave）之間提供分組交換連接。

SCO 即同步連接（Synchronous Connection-Oriented）物理鏈路，主要用于語音通信之類的信息傳輸。SCO是主單元和指定從單元之間點對點的對稱鏈路。它和電路交換連接非常相似。

* 鏈路管理器（Link Manager）主要處理鏈路建立、鏈路安全和鏈路控制等任務。它提供認證、加密控制、功率控制等服務和QoS能力。鏈路管理還可以管理不同模式（park、hold、sniff和active）下的設備。

* L2CAP即邏輯鏈路控制和適應層協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Layer protocol）。它位于數(shù)據(jù)鏈路層，向上層協(xié)議提供復用、分段、重組和組抽象等無連接和面向連接的數(shù)據(jù)服務。L2CAP允許高層協(xié)議和應用程序收發(fā)長度最高可達64 Kb的L2CAP數(shù)據(jù)包。

* SDP即服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol），應用程序使用該協(xié)議找出哪些服務可用，并確定這些可用服務的特性。

串口仿真協(xié)議（RFCOMM）是一種簡單傳輸協(xié)議，可在L2CAP之上仿真RS-232（EIATIA-232-E）串口電路，因此它實際上是一種電纜替代協(xié)議。RFCOMM協(xié)議支持兩臺藍牙設備之間的多達60個并發(fā)連接。

TCP（傳輸控制協(xié)議：Transmission Control Protocol）在網(wǎng)絡層采用IP協(xié)議情況下在傳輸層建立不同設備之間的可靠連接。

IP協(xié)議提供協(xié)議復用和基于IP 地址的連接。

* Jini技術提供了一種簡單的機制，采用這種機制可以讓設備組合起來形成即時群體——不需要計劃、安裝或者人工干涉。每一種設備都向群體中的其他設備提供他們可以使用的服務。這些設備則提供自己的接口從而保證其可靠性和兼容性。和工作在底層的藍牙相比，JINI運行在更高的層次。 WAP就是無線應用協(xié)議（Wireless Application Protocol ），這是一種為移動電話、尋呼機、PDA和其他無線終端提供Internet通信和高級電話服務的標準協(xié)議。

三、藍牙中的關鍵技術

下面主要介紹一下藍牙實現(xiàn)中涉及到的一些理論和技術。

1.跳頻技術

藍牙的載頻選用全球通用的2.45GHz ISM頻段，由于2.45GHz的頻段是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻段，因此使用其中的任何一個頻段都有可能遇到不可預測的干擾源。采用跳頻擴譜技術是避免干擾的一項有效措施。跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道跳到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾。跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術拐飧穌 沓砂儔兜乩┱鉤煽砥蕩 垢扇趴贍懿 撓跋轂淶煤芐 ?/p>

依據(jù)各國的具體情況，以2.45GHz為中心頻率，最多可以得到79個1MHz帶寬的信道。在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數(shù)據(jù)速率為721kb/s，并采用低功率時分復用方式發(fā)射。藍牙技術理想的連接范圍為10厘米—10米，但是通過增大發(fā)射功率可以將距離延長至100米。 跳頻擴譜技術是藍牙使用的關鍵技術之一。對應于單時隙分組，藍牙的跳頻速率為1600跳/秒；對應于時隙包，跳頻速率有所降低；但在建立鏈路時則提高為3200跳/秒。使用這樣高的跳頻速率，藍牙系統(tǒng)具有足夠高的抗干擾能力。它采用以多級蝶形運算為核心的映射方案，與其他方案相比，具有硬件設備簡單、性能優(yōu)越、便于79/23頻段兩種系統(tǒng)的兼容以及各種狀態(tài)的跳頻序列使用統(tǒng)一的電路來實現(xiàn)等特點。與其他工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，因此更穩(wěn)定。

2.微微網(wǎng)和分散網(wǎng)

當兩個藍牙設備成功建立鏈路后，一個微微網(wǎng)便形成了，兩者之間的通信通過無線電波在79個信道中隨機跳轉(zhuǎn)而完成。

微微網(wǎng)信道由一主單元標識（提供跳頻序列）和系統(tǒng)時鐘（提供跳頻相位）來定義，其它為從單元。每一藍牙無線系統(tǒng)有一本地時鐘，沒有通常的定時參考。當一微微網(wǎng)建立后，從單元進行時鐘補償，使之與主單元同步，微微網(wǎng)釋放后，補償亦取消，但可存儲起來以便再用。一條普通的微微網(wǎng)信道的單元數(shù)量為8（1主7從），可保證單元間有效尋址和大容量通信。實際上，一個微微網(wǎng)中互聯(lián)設備的數(shù)量是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活8個，其中1個為主，7個為從。藍牙系統(tǒng)建立在對等通信基礎上，主從任務僅在微微網(wǎng)生存期內(nèi)有效，當微微網(wǎng)取消后，主從任務隨即取消。每一單元皆可為主/從單元，可定義建立微微網(wǎng)的單元為主單元。除定義微微網(wǎng)外，主單元還控制微微網(wǎng)的信息流量，并管理接入。藍牙給每個微微網(wǎng)提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的微微網(wǎng)同時存在，同一區(qū)域內(nèi)多個微微網(wǎng)的互聯(lián)形成了分散網(wǎng)。不同的微微網(wǎng)信道有不同的主單元，因而存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。

藍牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數(shù)十個微微網(wǎng)運行，而沒有明顯的性能下降。藍牙時隙連接采用基于包的通信，使不同微微網(wǎng)可互聯(lián)。欲連接單元可加入到不同微微網(wǎng)中，但因無線信號只能調(diào)制到單一跳頻載波上，任一時刻單元只能在一微微網(wǎng)中通信。通過調(diào)整微微網(wǎng)信道參數(shù)（即主單元標志和主單元時鐘），單元可從一微微網(wǎng)跳到另一微微網(wǎng)中，并可改變?nèi)蝿铡＠缒骋粫r刻在微微網(wǎng)中的主單元，另一時刻在另一微微網(wǎng)中為從單元。由于主單元參數(shù)標示了微微網(wǎng)信道的跳轉(zhuǎn)模式，因此一單元不可能在不同的微微網(wǎng)中都為主單元。跳頻選擇機制應設計成允許微微網(wǎng)間可相互通信，通過改變標志和時鐘輸入到選擇機制，新微微網(wǎng)可立即選擇新的跳頻。為了使不同微微網(wǎng)間的跳頻可行，數(shù)據(jù)流體系中沒有保護時間，以防止不同微微網(wǎng)的時隙差異。在藍牙系統(tǒng)中，引入了保留（HOLD）模式，允許一單元暫時離開一微微網(wǎng)而訪問另一微微網(wǎng)。

3.時分多址（TDMA）的調(diào)制技術

在1.0版本的技術標準中，藍牙的基帶比特速率為1Mb/s，采用TDD方案來實現(xiàn)全雙工傳輸，因此藍牙的一個基帶幀包括兩個分組，首先是發(fā)送分組，然后是接收分組。藍牙系統(tǒng)既支持電路交換也支持分組交換，支持實時的同步定向聯(lián)接（SCO）和非實時的異步不定向聯(lián)接（ACL）。

SCO鏈路是微微網(wǎng)中單一主單元和單一從單元之間的一種點對點對稱的鏈路。主單元采用按照規(guī)定間隔預留時隙（電路交換類型）的方式可以維護SCO鏈路。主單元可以支持多達三條并發(fā)SCO鏈路，而從單元則可以支持兩條或者三條SCO鏈路，SCO鏈路上的數(shù)據(jù)包不會重新傳送。SCO鏈路主要用于64 kB/s的語音傳輸。

ACL鏈路是微微網(wǎng)內(nèi)主單元和全部從單元之間點對多點鏈路。在沒有為SCO鏈路預留時隙的情況下，主單元可以對任意從單元在某一時隙的基礎上建立ACL鏈路，其中也包括了從單元已經(jīng)使用某條SCO鏈路的情況（分組交換類型）。對大多數(shù)ACL數(shù)據(jù)包來說都可以應用數(shù)據(jù)包重傳。ACL鏈路主要以數(shù)據(jù)為主，可在任意時隙傳輸。

4.編址技術

藍牙有4種基本類型的設備地址：

*BD_ADDR：BD_ADDR是一個48位長地址，該地址符合IEEE802標準，可劃分為LAP（24位地址低端部分）、UAP（8位地址高端部分）和NAP（16位無意義地址部分）三部分。

* AM_ADDR：AM_ADDR是3位長的活動成員地址，所有的0信息AM_ADDR都用于廣播消息。

* PM_ADDR：PM_ADDR是8位長的成員地址，分配給處于暫停狀態(tài)的從單元使用。

* AR_ADDR：AR_ADDR是訪問請求地址（access request address），被暫停狀態(tài)的從單元用該地址來確定訪問窗口內(nèi)從單元—主單元半時隙，通過它發(fā)送訪問消息。

任一藍牙設備，都可根據(jù)IEEE802標準得到一個惟一的48bit的BD_ADDR。它是一個公開的地址碼，可以通過人工或自動進行查詢。在BD_ADDR基礎上，使用一些性能良好的算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設備識別碼（ID）在全球的惟一性，以及通信過程中設備的鑒權和通信的安全保密。

5.安全性

藍牙技術的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機制在藍牙技術中顯得尤為重要。雖然藍牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術已經(jīng)提供了一定的安全保障，但是藍牙系統(tǒng)仍然需要鏈路層和應用層的安全管理。在鏈路層中，藍牙系統(tǒng)使用認證、加密和密鑰管理等功能進行安全控制。在應用層中，用戶可以使用個人標識碼（PIN）來進行單雙向認證。

6、糾錯技術

藍牙系統(tǒng)的糾錯機制分為FEC和包重發(fā)。FEC支持1/3率和2/3率FEC碼。1/3率僅用3位重復編碼，大部分在接收端判決，既可用于數(shù)據(jù)包頭，也可用于SCO連接的包負載。2/3率碼使用一種縮短的漢明碼，誤碼捕捉用于解碼，它既可用于SCO連接的同步包負載，也可用于ACL連接的異步包負載。在ACL連接中，可用ARQ結(jié)構。在這種結(jié)構中，若接收方?jīng)]有響應，則發(fā)端將包重發(fā)。每一負載包含有一CRC，用來檢測誤碼。ARQ結(jié)構分為：停止等待ARQ、向后N個ARQ、重復選擇ARQ和混合結(jié)構。

為了減少復雜性，使開銷和無效重發(fā)為最小，藍牙執(zhí)行快ARQ結(jié)構：發(fā)送端在TX時隙重發(fā)包，在RX時隙提示包接收情況。若加入2/3率FEC碼，將得到I類混合ARQ結(jié)構的結(jié)果。ACK/NACK信息加載在返回包的包頭里，在RX/TX的結(jié)構交換時間里，判定接收包是否正確。在返回包的包頭里，生成ACK/NACK域，同時，接收包包頭的ACK/NACK域可表明前面的負載是否正確接收，決定是否需要重發(fā)或發(fā)送下一個包。由于處理時間短，當包接收時，解碼選擇在空閑時間進行，并要簡化FEC編碼結(jié)構，以加快處理速度。快速ARQ結(jié)構與停止等待ARQ結(jié)構相似，但時延最小，實際上沒有由ARQ結(jié)構引起的附加時延。該結(jié)構比向后N個ARQ更有效，并與重復選擇ARQ效率相同，但由于只有失效的包被重發(fā)，可減少開銷。在快速ARQ結(jié)構中，僅有1位序列號就夠了（為了濾除在ACK/NACK域中的錯誤而正確接收兩次數(shù)據(jù)包）。

四、藍牙系統(tǒng)組成

藍牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍牙軟件（協(xié)議棧）單元四個功能單元組成。

1.天線單元

藍牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，屬于微帶天線。藍牙空中接口是建立在天線電平為0dB的基礎上的。空中接口遵循FCC有關電平為0dB的ISM頻段的標準。如果全球電平達到100mW以上，可以使用擴展頻譜功能來增加一些補充業(yè)務。

2.鏈路控制（硬件）單元

目前藍牙產(chǎn)品的鏈路控制硬件單元包括3個集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外還使用了3－5 個單獨調(diào)諧元件。基帶鏈路控制器負責處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。

3.鏈路管理（軟件）單元

鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其他遠端LM并通過LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。LM模塊提供如下服務：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、請求名稱、鏈路地址查詢、建立連接、鑒權、鏈路模式協(xié)商和建立、決定幀的類型等。

4.軟件（協(xié)議棧）單元

藍牙的軟件（協(xié)議棧）是一個獨立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁，它符合已經(jīng)制定好的藍牙規(guī)范。藍牙規(guī)范包括兩部分：第一部分為核心部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務發(fā)現(xiàn)、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；第二部分為應用規(guī)范（Profile）部分，用以規(guī)定不同藍牙應用所需的協(xié)議和過程。分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務質(zhì)量（QoS）、協(xié)議的復用和分用等功能。

藍牙設備依靠專用的藍牙微芯片使設備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無線電信號，來尋找另一個藍牙設備。一旦找到，相互之間便開始通信。目前，藍牙的研制者主要尋求其ASIC的解決方案，包括射頻和基帶部分。現(xiàn)在已有多種將基帶ASIC電路和射頻ASIC電路做成一個電路模塊的方案，預計很快將會進入批量生產(chǎn)的階段。藍牙系統(tǒng)的通信協(xié)議大部分可用軟件來實現(xiàn)，加載到Flash RAM中即可進行工作。

五、藍牙技術與PAN

藍牙系統(tǒng)和PAN的概念相輔相成，事實上，藍牙系統(tǒng)已經(jīng)是PAN的一個雛形。在1999年12月發(fā)布的藍牙1.O版的標準中，定義了包括使用WAP協(xié)議連接互聯(lián)網(wǎng)的多種應用軟件。它能夠使蜂窩電話系統(tǒng)、無繩通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡增添新功能，使各類計算機、傳真機、打印機設備增添無線傳輸和組網(wǎng)功能，在家庭和辦公自動化、家庭娛樂、電子商務、無線公文包應用、各類數(shù)字電子設備、工業(yè)控制、智能化建筑等場合開辟了廣闊的應用。

隨著PAN的發(fā)展，IEEE 802.15的一個工作小組正在制訂速率可達20Mb／s以上的PAN標準，這一標準也是基于藍牙規(guī)范。因此，PAN和藍牙必然會趨于融合。 正如人們常說的：“前途是光明的，道路是曲折的”。在藍牙系統(tǒng)真正廣泛地投入到商業(yè)應用之前，還有許多問題需要解決，例如：盡管藍牙技術是一種可以隨身攜帶的無線通訊連接技術，但是它不支持漫游功能。它可以在微網(wǎng)絡或擴大網(wǎng)之間切換，但是每次切換都必須斷開與當前PAN的連接。這對于某些應用是可以忍受的，然而對于手提通話、數(shù)據(jù)同步傳輸和信息提取等要求自始至終保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接的應用來說，這樣的切換將使傳輸中斷，是不能允許的。要解決這一問題，當務之急是將移動IP技術與藍牙技術有效地結(jié)合在一起。除此之外，藍牙技術的安全保密性、藍牙系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡的互連等問題也將會影響藍牙技術的推廣應用。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的PAN AND BT的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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