IEEE 802.15

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2024年6月4日发(作者：)

无线个域网

无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)是为了实现活动半径小、业

务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。WPAN能

够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。

【WPAN介绍与标准现状】

WPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)

并列但覆盖范围相对较小的无线网络。在网络构成上，WPAN位于整个网络链的末端，用

于实现同一地点终端与终端间的连接，如连接手机和蓝牙耳机等。WPAN所覆盖的范围一

般在10m半径以内，必须运行于许可的无线频段。WPAN设备具有价格便宜、体积小、

易操作和功耗低等优点。

目前，IEEE、ITU和HomeRF等组织都致力于WPAN标准的研究，其中IEEE组织对

WPAN的规范标准主要集中在802.15系列。802.15.1本质上只是蓝牙底层协议的一个正

式标准化版本，大多数标准制定工作仍由蓝牙特别兴趣组(SIG)完成，其成果由IEEE批准，

原始的802.15.1标准基于Bluetooth1.1，目前大多数蓝牙器件中采用的都是这一版本。

新的版本802.15.1a对应于Bluetooth1.2，它包括某些QoS增强功能，并完全后向兼容。

802.15.2负责建模和解决WPAN与WLAN间的共存问题，目前正在标准化。802.15.3

也称WiMedia，旨在实现高速率，原始版本规定的速率高达55Mb/s，使用基于802.11

但与之不兼容的物理层。后来多数厂商倾向于使用802.15.3a，它使用超宽带(UWB)的多

频段OFDM联盟的物理层，速率高达480Mb/s。并且生产802.15.3a产品的厂商成立了

WiMedia联盟，其任务是对设备进行测试和贴牌，以保证标准的一致性。802.15.4也称

Zigbee技术，主要任务是低功耗、低复杂度、低速率的WPAN标准制定，该标准定位于

低数据传输速率的应用。附表给出了各种技术之间的比较。

【WPAN的关键技术】

蓝牙 这是大家熟知的无线联网技术，也是目前WPAN应用的主流技术。蓝牙标准是

在1998年，由爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出的，即后来的IEEE802.15.1标准。

蓝牙技术为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线空中接口，将通信技术与

计算机技术进一步结合起来，使各种3C设备(通信产品、电脑产品和消费类电子产品)在没

有电线或电缆相互连接的情况下能在近距离范围内实现相互通信或操作。蓝牙可以提供

720kb/s的数据传输速率和10m的传输距离。不过，蓝牙设备的兼容性不好。

【802.15-术语解释】

基于蓝牙的局域网（personal area networks）标准。IEEE 802.15是由 IEEE制定的

一种蓝牙无线通信规范标准，应用于无线个人区域网（WPAN）。IEEE 802.15具有以下特

征，如短程、低能量、低成本、小型网络及通信设备，适用于个人操作空间。这是基于蓝

牙的个域网（personal area networks）标准。 IEEE802.15工作组内有四个任务组,

分别制定适合不同应用的标准。

【IEEE802.15的标准】

IEEE802.15工作组内有四个任务组,分别制定适合不同应用的标准。这四个标准如下：

【802.15.1】

802.15.1本质上只是蓝牙低层协议的一个正式标准化版本，大多数标准制定工作仍由

蓝牙特别兴趣组（SIG）在做，其成果将由IEEE批准。原始的802.15.1标准基于蓝牙1.1，

在目前大多数蓝牙器件中采用的都是这一版本。新的版本802.15.1a将对应于蓝牙1.2，

它包括某些QoS增强功能，完全后向兼容。蓝牙是第一个面向低速率应用的标准，但是它

的市场情况不太理想，其原因之一是受WiFi（802.11b） 的冲击，WiFi产品的价格大幅

度下降在某些应用方面抑制了蓝牙的优势。另一个原因是蓝牙为了覆盖更多的应用和提供

QoS使其偏离了原来设计简单的目标，复杂使蓝牙变得昂贵，不再适合那些要求低功率、

低成本的简单应用。另外它还存在可扩展性方面的问题。

【802.15.2】

802.15.2是对蓝牙和802.15.1的一些改变，其目的是减轻与802.11b和802.11g网

络的干扰。这些网络都使用2.4GHz频段，如果想同时使用蓝牙和WiFi的话，就需要使用

802.15.2或其他专有方案。

【802.15.3】

802.15.3也称WiMedia，旨在实现高速率。最初它瞄准的是消费类器件，如电视机

和数码照相机等。其原始版本规定的速率高达55Mbit/s，使用基于802.11但不兼容的物

理层。后来多数厂商倾向于使用802.15.3a，它使用超宽带（UWB）的多频段OFDM联

盟（MBOA）的物理层，速率高达480Mbit/s。打算生产802.15.3a产品的厂商成立了

WiMedia联盟，其任务是对设备进行测试和贴牌，以保证标准的一致性。

【802.15.4】

802.15.4，属于低速率短距离的无线个人域网。它的设计目标是低功耗（长电池寿命）、

低成本和低速率。速率可以低至9.6Kbit/s，不支持话音。ZigBee协议的物理层和MAC

层是基于此的。

蓝牙基础知识

蓝牙是无线网络传输技术的一种，原本是用来取代红外的。与红外技术相比，蓝牙无

需对准就能传输数据，传输距离小于10米（红外的传输距离在几米以内）。而在信号放大

器的帮助下，通讯距离甚至可达100米左右。蓝牙技术非常适合耗电量低的数码设备相互

分享数据，如手机、掌上电脑。而且，蓝牙设备之间还能传送声音，如蓝牙耳机。蓝牙规

范中广为应用的成熟版本为1.1，带宽约1Mbps（USB1.1接口的带宽为12Mbps，USB2.0

接口的带宽为480Mbps，局域网带宽为10Mbps/100Mbps/1000Mbps，火线IEEE1394

带宽为400Mbps，如图：带宽对比）。所以说，蓝牙非常适合于传送小文件（10MB以下

的图片、铃声、电子书、文稿等等），方便、速度兼得。蓝牙规范的最新版本为1.2。

【什么是蓝牙(Bluetooth)?】

一、蓝牙名字的由来

蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand－英译为Harold Bluetooth。在

行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在

经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字

命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；就如同这项即将

面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，例如计算，手机和汽车

行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

在丹麦的Jelling城，在教堂里立着一块纪念碑，这块纪念碑就是为了纪念Blatand

国王的功绩和他的父亲,丹麦的第一个国王“Gorm the Old”而立的。有趣的是，这块特

别的石头在Harald和他的儿子Sven Forkbeard之间的一次战争后就遗失了，近600年

里没有人见过这块石头。Sven获胜了（并且把他父亲流放了），因为这块刻着古代北欧文

字的石头是Harald的荣耀，所以Sven埋葬了它。直到最近几年，一个农夫对他农场里的

这个大土堆产生 了好奇，才终于发现了这块石头。

这个标志最初是在商业协会宣布成立的时候由Scandinavian公司设计的。标志保留

了它名字的传统特色，包含了古北欧字母“H”，看上去非常类似一个星号和一个“B”，

在标志上仔细看两者都能看到。

二、蓝牙技术介绍

“蓝牙”（Bluetooth）原是十世纪统一了丹麦的国王的名字，现取其“统一”的含义，

用来命名意在统一无线局域网通讯标准的蓝牙技术。蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司

在1998年联合推出的一项无线网络技术。随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织（SIG）来负

责该技术的开发和技术协议的制定，如今全世界已有1800多家公司加盟该组织，最近微

软公司也正式加盟并成为SIG组织的领导成员之一。

蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、

各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。它的传输距离为10cm～10m，

如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。它采用2.4GHz ISM频段和

调频、跳频技术，使用权向纠错编码、ARQ、TDD和基带协议。TDMA每时隙为0.625μs，

基带符合速率为1Mb/s。蓝牙支持64kb/s实时语音传输和数据传输，语音编码为CVSD，

发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。

由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，

加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。

【蓝牙技术 】

SIG组织于1999年7月26日推出了蓝牙技术规范1.0版本。蓝牙技术的系统结构分

为三大部分：底层硬件模块、中间协议层和高层应用。 底层硬件部分包括无线跳频（RF）、

基带（BB）和链路管理（LM）。无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实

现数据位流的过滤和传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足

的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。链路管理负责连接、建立和拆除链

路并进行安全控制。

蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点，可以进行异步数据通信，可以支持多达

3个同时进行的同步话音信道，还可以使用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个

话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另

一端速率为57.6kb/秒的不对称连接，也可以支持43.2kb/秒的对称连接。

中间协议层包括逻辑链路控制和适应协议、服务发现协议、串口仿真协议和电话通信

协议。逻辑链路控制和适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量和复用协议的功能，该

层协议是其它各层协议实现的基础。服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现

网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。电话通信

协议层则提供蓝牙设备间话音和数据的呼叫控制指令。

主机控制接口层（HCI）是蓝牙协议中软硬件之间的接口，它提供了一个调用基带、

链路管理、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备之间进行通信时，HCI以

上的协议软件实体在主机上运行，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过一

个对两端透明的传输层进行交互。

在蓝牙协议栈的最上部是各种高层应用框架。其中较典型的有拨号网络、耳机、局域

网访问、文件传输等，它们分别对应一种应用模式。各种应用程序可以通过各自对应的应

用模式实现无线通信。拨号网络应用可通过仿真串口访问微微网（Piconet），数据设备也

可由此接入传统的局域网；用户可以通过协议栈中的Audio（音频）层在手机和耳塞中实

现音频流的无线传输；多台PC或笔记本电脑之间不需要任何连线，就能快速、灵活地进

行文件传输和共享信息，多台设备也可由此实现同步操作。

总之，整个蓝牙协议结构简单，使用重传机制来保证链路的可靠性，在基带、链路管

理和应用层中还可实行分级的多种安全机制，并且通过跳频技术可以消除网络环境中来自

其它无线设备的干扰。

本文标签： 蓝牙协议技术无线标准