无线局域网技术概述（Wireless LANs）——Bluetooth

Bluetooth是一种无线局域网技术用于连接不同功能的设备（像手机，笔记本，计算机，相机，打印机等）。Bluetooth LAN是一种ad hoc网络，即该网络是自动组织的。设备（有时也称为gadgets）可以发现对方，然后组成称为piconet（微微网）的网络。若设备具有接入Internet的能力，那么Bluetooth LAN甚至可以接入到Internet。Bluetooth LAN天生不能带大。若有太多设备试图链接到一起，将会出现混乱。

Bluetooth技术有相当的应用，外围设备像无线鼠标或键盘可以通过蓝牙与计算机进行通信。在保健室监视设备可以通过蓝牙与传感器设备进行通信。家庭安全设备可以使用该技术来连接不同的传感器到主安全控制器。参加会议人员可以在会议室中同步它们的便携式电脑。

Bluetooth起始是有爱立信公司启动的一个项目，命名为Harald Blaatand。Blaatand翻译为英文为Bluetooth。

当今，Bluetooth技术是IEEE 802.15标准定义的协议的实现，该标准了定义了一种无线个人局域网（PAN），该局域网可以在一个方面或大厅范围内是可用的。

1、架构

Bluetooth定义了两种类型的网络：piconet和scatternet

piconet：

Bluetooth网络称为微微网（piconet），或小网络。一个piconet可以有多达8个station，其中一个称为primary，剩下的称为secondaries。所有的secondary station与primary station同步时钟和调频序列。

注：一个piconet网络内只能有一个primary station。primary station和secondary station之间的通信可以是1对1，也可以是1对多，Piconet类型的网络如下图所示：

尽管一个piconet网络最大有7个secondary station，但额外的8个secondary station可以处于停止状态（parked state），处于停止状态的secondary station要与primary station同步，但是不能参与通信直到其从停止状态移除，因为在一个piconet网络中，只能有8个station是处于活动中的，从停滞状态的station中激活一个station，意味着一个活动着的station必须进入停止状态。

scatternet：

各个piconet结合到一起形成的网络称为scatternet。在一个piconet网络中的secondary station可以是另一个piconet中的primary station。该station可以从第一个piconet网络中的primary station处接收信息，然后可以作为第二个piconet中的primary station，发送信息到第二个piconet中的secondary station。一个station可以是两个piconet的成员，scatternet网络的结构如下图所示：

2、Bluetooth设备

Bluetooth设备有一个内置的短程无线电发射机，2.4G频段的当前数据速率为1Mbps，这意味着IEEE 802.11b无线LAN和Bluetooth LAN之间可能会存在干扰。

3、帧格式

基带层的帧可以是如下三种类型之一：one-slot，three-slot或five-slot。

一个slot是625us，然而，在one-slot帧交换中，需要259us用于调频和控制机制。意味着one-slot帧仅能持续（625-259）us或366us，在1MHz带宽和1bit/HZ情况下，one-slot帧的大小为366bits。

three-slot帧占据三个slot，然而，需要259us用于调频，因此帧的长度为：3x625-259 = 1616us或1616bits。一个使用three-slot帧的设备对于三个slot来说保持相同的调频（相同的载频），尽管只使用一个调频数，但是还是需要消耗三个调频，即各个帧的调频数等于帧的第一个slot的调频数。

five-slot帧也需要使用259bits用于调频，这意味着帧的长度为：5x625-259 = 2866bits，下图展示了这三种帧类型的格式

上图中各个域的描述如下：

1）Access code：72bit的域，通常包含同步位和primary station的标识符用来区分piconet中的帧。

2）Header：54bit域，是一个重复的18bit模式，各个模式具有如下的子域：

a）Address：3bit地址子域可以定义多达7个secondary station（1到7）。若地址为0，用于从primary station到所有secondary station的广播通信。

b）Type：4bit类型子域定义了来自上层的数据类型，

c）F：该1bit子域用于流控制，当设置为1，表示该设备不能再接收数据（buffer已经满）

d）A：该1bit子域用于确认（Acknowledgement），Bluetooth使用stop-and-wait ARQ；1bit足够用于确认。

e）S：该1bit子域保存序列号，Bluetooth使用stop-and-wait ARQ；1bit足够用于序列号。

f）HEC：8bit头错误矫正子域是一个校验和用来检测18bit header部分中的错误。

header 有三个相同的18bit sections。接收器逐比特(bit-by-bit)比较这三个部分，若各个相应的比特相同，则bit是可接收的，若不相同，则使用服从多数原则。这是一种前向错误纠正（forward error correction）（仅用于header）。这种双重错误控制是需要的，因为通过大气的通信的本质，决定了通信环境非常的嘈杂。

注意：在该子层没有重传。

3）Data：该子域可以是0到2740bit长，它包含来自上层的数据或控制信息。

a）发送station，在侦听到媒介是空闲时，发送一个特殊的小帧RTS（request to send），在该信息中，发送者定义了它需要媒介的整个时间。

b）接收者通过发送一个小包CTS（clear to send）以确认（广播到所有station）请求。

c）发送者开始发送数据帧。

d）接收者确认数据接收到。

内容来自于《TCP/IP Protocol Suite, 4th Edition》