無線技術 藍牙技術與協(xié)議的開發(fā)應用實現(xiàn)

1 什么是藍牙技術

所謂藍牙技術，實際上是一種短距離無線電技術，利用"藍牙技術"能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備，并且能夠成功地簡化以上這些設備與因特網之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設備與因特網之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。通俗地講，藍牙技術使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯(lián)網，并且能夠實現(xiàn)無線上因特網。其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。

2 藍牙技術的特點

2.1 藍牙協(xié)議體系結構

整個藍牙協(xié)議體系結構可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應用層三大部分。鏈路管理層(LMP)、基帶層(BBP)和藍牙無線電信道構成藍牙的底層模塊。BBP層負責跳頻和藍牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸。LMP層負責連接的建立和拆除以及鏈路的安全和控制，它們?yōu)樯蠈榆浖�模塊提供了不同的訪問人口，但是兩個模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)傳遞必須通過藍牙主機控制器接口的解釋才能進行。也就是說，中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)、服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)、串口仿真協(xié)議(RFCOMM)和電話控制協(xié)議規(guī)范(TCS)。L2CAP完成數(shù)據(jù)拆裝、服務質量控制、協(xié)議復用和組提取等功能，是其他上層協(xié)議實現(xiàn)的基礎，因此也是藍牙協(xié)議棧的核心部分。SDP為上層應用程序提供一種機制來發(fā)現(xiàn)網絡中可用的服務及其特性。在藍牙協(xié)議棧的最上部是高端應用層，它對應于各種應用模型的剖面，是剖面的一部分。目前定義了13種剖面。

2.2 藍牙低層模塊

藍牙的低層模塊是藍牙技術的核心，是任何藍牙設備都必須包括的部分。

藍牙工作在2.4GHZ的ISM頻段。采用了藍牙結束的設備講能夠提供高達720kbit/s 的數(shù)據(jù)交換速率。

藍牙支持電路交換和分組交換兩種技術，分別定義了兩種鏈路類型，即面向連接的同步鏈路(SCO)和面向無連接的異步鏈路(ACL)。

為了在很低的功率狀態(tài)下也能使藍牙設備處于連接狀態(tài)，藍牙規(guī)定了三種節(jié)能狀態(tài)，即停等(Park)狀態(tài)、保持(Hold)狀態(tài)和呼吸(Sniff)狀態(tài)。這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排依次是：Sniff模式、Hold模式、Park模式。

藍牙采用三種糾錯方案：1/3前向糾錯(FEC)、2/3前向糾錯和自動重發(fā)(ARQ)。前向糾錯的目的是減少重發(fā)的可能性，但同時也增加了額外開銷。然而在一個合理的無錯誤率環(huán)境中，多余的投標會減少輸出，故分組定義的本身也保持靈活的方式，因此，在軟件中可定義是否采用FEC。一般而言，在信道的噪聲干擾比較大時藍牙系統(tǒng)會使用前向糾錯方案，以保證通信質量：對于SCO鏈路，使用1/3前向糾錯；對于ACL鏈路，使用2/3前向糾錯。在無編號的自動請求重發(fā)方案中，一個時隙傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個時隙得到收到的確認。只有數(shù)據(jù)在收端通過了報頭錯誤檢測和循環(huán)冗余校驗(CRC)后認為無錯時，才向發(fā)端發(fā)回確認消息，否則返回一個錯誤消息。

藍牙系統(tǒng)的移動性和開放性使得安全問題變得及其重要。雖然藍牙系統(tǒng)所采用的調頻技術就已經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)提供了認證、加密和密鑰管理等功能。每個用戶都有一個個人標識碼(PIN),它會被譯成128bit的鏈路密鑰(Link Key)來進行單雙向認證。一旦認證完畢，鏈路就會以不同長度的密碼(Encryphon Key)來加密(此密碼以shit為單位增減，最大的長度為128bit)鏈路層安全機制提供了大量的認證方案和一個靈活的加密方案(即允許協(xié)商密碼的長度)。當來自不同國家的設備互相通信時，這種機制是極其重要的，因為某些國家會指定最大密碼長度。藍牙系統(tǒng)會選取微微網中各個設備的最小的最大允許密碼長度。例如，美國允許128bit的密碼長度，而西班牙僅允許48bit，這樣當兩國的設備互通時，將選擇48bit來加密。藍牙系統(tǒng)也支持高層協(xié)議棧的不同應用體內的特殊的安全機制。例如兩臺計算機在進行商業(yè)卡信息交流時，一臺計算機就只能訪問另一臺計算機的該項業(yè)務，而無權訪問其他業(yè)務。藍牙安全機制依賴PIN在設備間建立信任關系，一旦這種關系建立起來了，這些PIN就可以存儲在設備中以便將來更快捷地連接。

2.3 軟件模塊

L2CAP是數(shù)據(jù)鏈路層的一部分，位于基帶協(xié)議之上。L2CAP向上層提供面向連接的和無連接的數(shù)據(jù)服務，它的功能包括：協(xié)議的復用能力、分組的分割和重新組裝(Segmentation And Reaassembly)以及提取(Group Abstraction)。L2CAP允許高層協(xié)議和應用發(fā)送和接受高達64K Byte的數(shù)據(jù)分組。

SDP為應用提供了一個發(fā)現(xiàn)可用協(xié)議和決定這些可用協(xié)議的特性的方法。藍牙環(huán)境下的服務發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的網絡環(huán)境下的服務發(fā)現(xiàn)有很大的不同，在藍牙環(huán)境下，移動的RF環(huán)境變化很大，因此業(yè)務的參數(shù)也是不斷變換的。SDP將強調藍牙環(huán)境的獨特的特性。藍牙使用基于客戶/服務器機制定義了根據(jù)藍牙服務類型和屬性發(fā)現(xiàn)服務的方法，還提供了服務瀏覽的方法。

RFCOMM是射頻通信協(xié)議，它可以仿真串行電纜接口協(xié)議，符合ETSI0710串口仿真協(xié)議。通過RFCOMM，藍牙可以在無線環(huán)境下實現(xiàn)對高層協(xié)議，如PPP、TCP/IP、WAP等的支持。另外，RFCOMM可以支持AT命令集，從而可以實現(xiàn)移動電話機和傳真機及調制解調器之間的無線連接。

藍牙對語音的支持是它與WLAN相區(qū)別的一個重要的標志。藍牙電話控制規(guī)范是一個基于99vU-T建議Q.931的采用面向比特的洗衣，它定義了用于藍牙設備間建立語音和數(shù)據(jù)呼叫的呼叫控制信令以及用于處理藍牙TCS設備的移動性管理過程。

3 藍牙開發(fā)概述

3.1藍牙開發(fā)的意義

鑒于藍牙再未來信息產品中的重要地位，開發(fā)具有我國自主只是產權的藍牙產品具有非常重要的意義。對一些信息家電廠家，其主要目的是將藍牙作為通信模塊集成到自己的產品中，它們可以使用其他廠家的藍牙產品，自己只需著力于開發(fā)應用部分；而對那些專門從事藍牙研發(fā)生產的廠家，就需要進行從底層到高層的全面開發(fā)，只有這樣才能掌握藍牙的核心技術，才能生產出具有自主知識產權的產品。

3.1.1開發(fā)前的準備工作

(1)對藍牙相關的規(guī)范和協(xié)議有一個初步的了解，對要開發(fā)的部分進行細致的研究，協(xié)議的要求必須明確，對產品的應用環(huán)境也必須非常清楚。

藍牙的規(guī)范包括協(xié)議的核心部分和藍牙的應用剖面(用戶模型)，內容應該非常豐富，對整個協(xié)議進行全面地了解，但是由于客觀上難以實現(xiàn)，因此，可以先從一些簡單的介紹開始，從整體上對藍牙的結構體系有一個較為全面的了解，再從用戶的角度了解藍牙系統(tǒng)的概況，這樣，根據(jù)自己準備開發(fā)的產品，有目的地選擇相關的協(xié)議進行專門研究。

(2)對同類產品做細致的調研�？梢愿鶕�(jù)分類查看相關的產品，以及產品的性能和使用方法，還能夠得到有關廠商的信息。 (3)另外也可以申請加入藍牙SIG，成為SIG成員。

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