典型无线传输第一讲-蓝牙技术概论PPT课件.ppt

蓝牙技术概述典型无线传输技术应用课程教学资源本节要点 蓝牙技术起源和发展蓝牙技术起源和发展1蓝牙技术的概念和应用蓝牙技术的概念和应用2蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点3蓝牙技术的网络结构蓝牙技术的网络结构4蓝牙技术的数据安全蓝牙技术的数据安全5学习情境内容一、蓝牙技术的起源与发展身边蓝牙产品：一、蓝牙技术的起源与发展“蓝牙”的由来v “蓝牙”这个名字的来历颇具传奇色彩。公元10世纪的北欧正值动荡年代，各国之间战争频繁，丹麦国王哈拉德二世挺身而出，到处疾呼和平。经过他的不懈努力，战争终于停止，各方领袖坐到了谈判桌前，至此，四分五裂的挪威和丹麦得以统一。一、蓝牙技术的起源与发展“蓝牙”的由来v 关于这位国王的名字有两种说法：一种说法是他的全名是Harald Blatand，Blatand在 英 语 中 意 思 为“蓝 牙”（Bluetooth）；还有一种说法是这位英雄的丹麦国王酷爱吃蓝梅，以致于牙齿都 被 染 成 了 蓝 色，因 此“蓝 牙”（Bluetooth）成了他的绰号。一、蓝牙技术的起源与发展“蓝牙”的由来v 1000年后的今天，瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小组，对移动电话及其附件的低能耗、低费用无线连接的可能性进行研究，他们的最初目的在于建立无线电话与PC卡、耳机及桌面设备等产品的连接。v 但是随着研究的深入，科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨大的商业潜力，同时也意识到凭借一家企业的实力根本无法继续研究，于是，爱立信将其公诸于世，并极力说服其他企业加入到它的研究中来。一、蓝牙技术的起源与发展蓝牙联盟v 他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，并将此技术命名为“蓝牙”，来表达要将这种全新的无线传输技术在全球推广，并实现全球通用的雄心。v 1998年2月，瑞典爱立信、芬兰诺基亚、日本东芝、美国IBM和英特尔公司五家著名厂商，组成了一个特殊利益集团（有的译为特别兴趣小组）SIG（Special Interest Group）。之后，蓝牙引起了越来越多企业的关注。一、蓝牙技术的起源与发展蓝牙联盟v 1999年11月，比尔盖茨专程到拉斯维加斯一间只有11名员工的小公司访问，只因这家公司已研制成功一种含蓝牙技术的胸卡，随后，微软便宣布加入SIG。v 目前，包括索尼、惠普、戴尔在内的2500多家公司都签署了相关协议加入该组织，共享这一先进技术，而且数目还在不断的增长，从而在全球范围内掀起了一股蓝牙热潮。这么多的精英公司集中在一项技术的大旗下，在商业史上是史无前例的，一项公开的全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持，也是以往所罕见的。一、蓝牙技术的起源与发展1、蓝牙概述v 蓝牙是一个开放性的无线通信标准，设计者的初衷是用隐形的连接线代替线缆。v 其目标和宗旨是：保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式。它将取代目前多种电缆连接方案，通过统一的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的话音和数据通信。二、蓝牙技术的概念与应用v 蓝牙技术推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中的各种数据和语音设备能互连互通，从而实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。v “蓝牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享。二、蓝牙技术的概念与应用1、蓝牙概述v 蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术。v 蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的，其传输速率最高为每秒1Mb/s，以时分方式进行全双工通信，通信距离为10米左右，配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。二、蓝牙技术的概念与应用1、蓝牙概述v 蓝牙产品采用的是跳频技术，能够抗信号衰落；采用快跳频和短分组技术，能够有效地减少同频干扰，提高通信的安全性；采用前向纠错编码技术，以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰；v 采用2.4GHz的ISM(即工业、科学、医学)频段，以省去申请专用许可证的麻烦；采用FM调制方式，使设备变得更为简单可靠；v “蓝牙”技术产品一个跳频频率发送一个同步分组，每组一个分组占用一个时隙，也可以增至5个时隙；v “蓝牙”技术支持一个异步数据通道，或者3个并发的同步语音通道，或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。v “蓝牙”的每一个话音通道支持64Kbps的同步话音，异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接，或者432.6Kbps的对称连接。二、蓝牙技术的概念与应用2、蓝牙频段v 蓝牙技术使用全球通行的、无需申请即可使用ISM频段2.45GHz。v 若以2.45GHz为中心频率，在这个频段上最多可设立79个带宽为1MHz的信道。f=2402+kMHz，k=078 v 上下保护带分别为3.5MHz和2MHz，跳频次数为1600次秒(625uS)。v 采用跳频扩谱的低功率传输外，蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用v 如前所述，蓝牙技术的初衷是无线互连小型移动设备及其外设，使它们之间的连接变得简单、容易。它的市场目标是笔记本、手机、耳机、小型的PDA及其外设。v 因此，蓝牙最普通的应用是替代PC机与打印机、鼠标、扫描仪、投影仪等外设的连接电缆，以及无线互连PDA、手机以及PC机等。尤其是笔记本与手机利用蓝牙技术的互相连接，大大扩展了其各自的应用领域。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v 更令人意想不到的是，越来越多的电子产品，甚至家电产品也集成了蓝牙技术，新的应用潜力也在不断地被开发出来，可以预见，蓝牙将会给人们带来新的自由和生活。v 蓝牙特殊利益集团（SIG）规范了蓝牙的各种 应 用 模 式，每 一 种 应 用 模 式 对 应 一 个“Profile”，规范了相应模式功能和使用的协议。不同厂商产品只要遵循同样的“Profile”，相互之间就能够互通。下面根据蓝牙SIG的规范，介绍其主要应用模式。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（1）.对讲机v 未来采用蓝牙技术的移动电话将是“三合一”，即集移动电话、无绳电话、对讲机三种功能于一身。两个蓝牙设备之间在近距离内可以建立直接语音通路，比如两个蜂窝电话用户之间，通过蓝牙连接可以直接进行对话，这样移动电话就可以当对讲机用。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（2）.无绳电话v 内置蓝牙芯片的移动电话，在室内可以用做无绳电话，通过无绳电话基站接入PSTN进行语音传输，从而不必支付昂贵的移动通话费用，当然在室外或途中仍作为移动电话使用。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（3）.头戴式耳机 采用蓝牙技术的头戴式耳机作为移动电话、个人计算机等的语音输入、输出接口，能够在保持私人通话的同时，使用户摆脱电缆束缚而有更大活动自由。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（4）.传真 采用蓝牙无线技术的移动电话或Modem，可以用做计算机传真Modem，以发送和接收传真信息，此时它们被称为“广域网数据接入点”。与拨号网络应用模式相同，通常移动电话或Modem作为网关，笔记本电脑或台式机作为数据终端，网关提供传真服务，数据终端使用这种服务，两者之间没有固定的主从关系，但一般建立链路都由数据终端发起。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（5）.局域网接入 在这种应用模式下，多个数据终端使用同一个局域网接入点（LAP），以无线接入方式访问局域网，一旦连接成功，数据终端将能够访问局域网所提供的一切服务，就好像是通过拨号网络连接到该局域网一样。两个蓝牙设备之间也可以直接通信，类似于用一根电缆把两个PC机连接起来。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（6）.文件传输 蓝牙设备之间可以传送数据对象，这些设备可以是个人计算机、智能电话或者是PDA，数据对 象 可 以 是 各 种 文 件，比 如 Excel文 件、PowerPoint文件、声音文件、图像文件等。用户可以浏览远端设备上文件夹内容，可以新建或删除文件夹。整个文件夹、目录或流媒体格式都可以在设备间传送。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v（7）.目标上传 使用目标上传功能的设备主要是笔记本电脑、PDA和移动电话。一个蓝牙设备可以将目标上传至另一个蓝牙设备收件箱，其中“目标”可以是商业卡或者是某种委任（Appointment）等，同样，一个蓝牙设备也可以从另一个蓝牙设备下载商业卡。两个蓝牙设备之间可以相互交换商业卡，此时往往先进行上传再进行下载。二、蓝牙技术的概念与应用3、蓝牙应用模式v 以上为蓝牙技术的几种主要应用模式，随着越来越多的制造商接受蓝牙技术并生产出越来越多的支持蓝牙的产品，新的、无法预料的蓝牙应用方式将会涌现出来。v 与其它技术一起（比如WAP等）蓝牙将会给人们日常生活带来深远的影响，可以说蓝牙技术是推动移动信息时代到来的关键技术之一。二、蓝牙技术的概念与应用4、蓝牙应用实例二、蓝牙技术的概念与应用4、蓝牙应用实例手机二、蓝牙技术的概念与应用4、蓝牙应用实例二、蓝牙技术的概念与应用4、蓝牙应用实例二、蓝牙技术的概念与应用4、蓝牙应用实例耳机二、蓝牙技术的概念与应用v1.成本低 为了能够替代一般电缆，它必须具备和一般电缆差不多的价格，这样才能被接受，也才能普及开来。蓝牙的最终目标是集成于单价为1-5美元的CMOS芯片。目前，蓝牙芯片价格降不下来，既有经济原因，也有技术原因。三、蓝牙技术的特点v2.功耗低、体积小 蓝牙技术本来目的就是用于互连小型移动设备及其外设，它的市场目标是移动笔记本电脑、移动电话、小型的PDA以及它们的外设，因此蓝牙芯片必须具有功耗低、体积小的特点，以便于集成到小型便携设备中去。蓝牙产品输出功率很小(只有1mW)，仅是微波炉使用功率的百万分之一，是移动电话的一小部分。三、蓝牙技术的特点v3.传输范围及速率 蓝牙技术通信距离为10m，如果需要的话，还可以选用放大器使其扩展到100m。这已经足够在办公室内任意摆放外围设备，而不用再担心电缆长度是否够用。，蓝牙技术可实时进行数据和语音传输，数据安全性能高。理论上，蓝牙技术传输速率可达到1Mbps，但由于现实生活中存在着各种不同电磁的干扰，因此，实际传输速度一般只有50100Kbyte/s左右。三、蓝牙技术的特点v4.安全性 同其它无线信号一样，蓝牙信号很容易被截取，因此蓝牙协议提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。蓝牙系统认证与加密服务由物理层提供，适合于硬件实现，密钥由高层软件管理。除此之外，跳频技术的保密性和蓝牙有限的传输范围也使窃听变得困难。三、蓝牙技术的特点v5、支持多种工作方式 v 蓝牙技术采用数据包形式按每时隙0.625ms传送，可支持实时的同步定向连接和非实时的异步不定向联接。蓝牙技术在完成单一语音传输时，蓝牙设备最多可同时支持三路全双工的话音通信；语音和数据同时传输或单一数据传输时，不仅可支持433.9 kb/s的对称全双工通信，还可支持723.2kb/s、57.6kb/s的非对称双工通信，尤其需要指出的是，后者特别适合蓝牙设备对Internet的无线访问。三、蓝牙技术的特点v6、传输可靠性高 v 蓝牙技术为了提高数据传输的可靠性，还采用了冗余校验技术（CRC，Cyclic Redundancy Check）、前向纠错技术（FEC，Forward Error Correction）以及自动重传请求（ARQ，Automatic Repeat Request）。三、蓝牙技术的特点1、主设备与从设备v 在通信过程中，主动提出通信要求的设备被称为主设备，被动进行通信的设备被称为从设备。使用蓝牙技术的主设备最多可同时和256个从设备保持同步，并完成和7台从设备之间的通信。这里需要注意的是，使用蓝牙技术的从设备之间通信的唯一途径是通过主设备进行转发。四、蓝牙技术的网络结构四、蓝牙技术的网络结构v2、微网与扩散网 v 蓝牙支持点到点和点到多点的连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微微网（Piconet），多个微微网又可互连成特殊分散网，形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。mssssmMasterActive SlaveParked SlaveStandby四、蓝牙技术的网络结构2、微网与扩散网v 它能在一个微微网内寻址8个设备，其中1个为主设备，7个为从设备。蓝牙是一种低功耗的无线技术，当检测到距离小于10m时，接收设备可动态调节功率。v 当业务量减小或停止时，蓝牙设备可以进入低功率工作模式。功耗低，对人体危害小。四、蓝牙技术的网络结构四、蓝牙技术的网络结构五、蓝牙技术的数据安全v 蓝牙标准中定义了三种安全模式：non-secure、service-level security和 link-level security。v 在non-secure安全模式下，设备不设置任何安全过程。为了降低开发成本，许多蓝牙设备制造商都选择了non-secure安全模式，同时，由于用户为了使用的方便，海量的蓝牙设备都被设置成了“发现/对所有人可用”的模式，这会让设备对所有的服务探查都做出回应，在用户迅速体验到使用蓝牙技术好处的同时，也会由于缺乏任何阻止非法访问机制使得这些设备所有的数据都暴露在外，面临被恶意软件快速传播的危险。五、蓝牙技术的数据安全v 在service-level安全模式下，则灵活性相对较高。一旦两台设备建立了一个物理信道，可以对应用程序以及服务应用营运策略规定所需的安全级别，需要注意的是，并非所有的应用程序或者服务都必须使用同一安全级别。在现实应用里，经常会遇到在蓝牙设备数据交换的过程中，一些数据是需要保密的，比如说账户信息等，这类数据认证、加密以及授权措施都应该设定较高的安全级别；另一些数据是无需保密的，比如说个人名片等，这类数据则可以设定较低的安全级别，甚至不设定安全级别。这种安全级别的设定方式可以帮助用户增强性能优化的相关体验。五、蓝牙技术的数据安全v link-level安全模式安全性相对较高，该模式在两台设备建立物理信道时，就开始了认证协商和加密协商，建立连接后不再需要授权，设备之间传输的所有信息都会被加密。link-level安全模式主要适用于多个并行程序以不同的安全模式运行。