無線藍(lán)牙通信協(xié)議架構(gòu)體系的分析

劉宏濤

摘 要： 藍(lán)牙通信技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)是非常成熟的短距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。在藍(lán)牙系統(tǒng)中，為了支持不同應(yīng)用，需要使用多個(gè)協(xié)議，這些協(xié)議按層次組合在一起，構(gòu)成了藍(lán)牙協(xié)議棧.藍(lán)牙協(xié)議棧是藍(lán)牙技術(shù)的核心組成部分，它能使設(shè)備之間互相定位并建立連接，通過這個(gè)連接，設(shè)備間能通過各種各樣的應(yīng)用程序進(jìn)行交互和數(shù)據(jù)交換。

關(guān)鍵詞：協(xié)議棧 硬件層 中間層 頂層

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0011-01

協(xié)議棧是整個(gè)藍(lán)牙通信協(xié)議的核心組成部分。它的功能就是讓多個(gè)設(shè)備之間建立連接，然后設(shè)備之間根據(jù)此鏈路運(yùn)用程序模塊的功能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和交互通信。通常該體系由硬件層、中間層及頂端應(yīng)用層組成。

一、硬件層模塊

無線收發(fā)器、基帶控制器和鏈路管理層組成該模塊系統(tǒng)。藍(lán)牙基帶控制器是藍(lán)牙硬件模塊的關(guān)鍵模塊。無線收發(fā)器是藍(lán)牙設(shè)備的核心，任何藍(lán)牙設(shè)備都要有無線收發(fā)器，由它來完成數(shù)據(jù)間的發(fā)射及接收功能?；鶐Э刂破髦饕糜跀?shù)據(jù)幀的編碼及跳頻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)傳輸功能的保障。鏈路管理層負(fù)責(zé)為通信提供建立及斷開，并保障通信的安全。硬件模塊為以下幾個(gè)部分組成：RF射頻信號功能是將信號通過過濾器使得信號能夠按位數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的操作，并且在此之間的頻段采用的是工業(yè)級別的頻段，是不需要經(jīng)過授權(quán)認(rèn)證的。在此頻段的信號都可以利用其特性得到更廣泛的應(yīng)用。

鏈路管理協(xié)議顧名思義是指用于在信號建立和連接方面的通信協(xié)議，通過該協(xié)議能夠保證信號鏈路的安全及暢通。根據(jù)鏈路類型的劃分可以分為有面向連接的和無面向連接的鏈路。其中有分組16個(gè)，4組用于控制。異步鏈路的帶寬由藍(lán)牙網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)控制，藍(lán)牙網(wǎng)是一個(gè)微微網(wǎng)。它的組成最大不能超過256個(gè)連接設(shè)備，并且工作狀態(tài)是由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和七個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

連接時(shí)的節(jié)能狀態(tài)有3種狀態(tài)。分別是等待、保持、呼吸狀態(tài)。目的是為了保證較低功率場合中藍(lán)牙設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)連接。等待是指節(jié)點(diǎn)被按一定的時(shí)間間隔監(jiān)聽主節(jié)點(diǎn)的聲音，主節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)出的聲音信號有3種：一是詢問該節(jié)點(diǎn)是否愿意成為活動節(jié)點(diǎn)；二是詢問其他正在等的節(jié)點(diǎn)是否愿意成活的節(jié)點(diǎn)。三是廣播消息。

藍(lán)牙技術(shù)采用了3種糾錯(cuò)方式，分別是1/3前向糾錯(cuò)FEC、2/3前向糾錯(cuò)以及自動重發(fā)ARQ。在無編號發(fā)送中選用自動重發(fā)方式，這時(shí)接收端會選擇向發(fā)送端提供兩種不同的接收方式，一是正確的數(shù)據(jù)信息或者是錯(cuò)誤的信息，如果收到的是錯(cuò)誤的信息，發(fā)送端將自動重發(fā)。

藍(lán)牙安全因素的產(chǎn)生是由于藍(lán)牙技術(shù)的開放性和多用途性造成的。雖然藍(lán)牙通信本身有一定的安全系數(shù)，但鏈路層和應(yīng)用層的安全管理還是很重要。鏈路層中的安全措施是為了每一個(gè)用戶提供一個(gè)個(gè)人標(biāo)識碼PIN，藍(lán)牙系統(tǒng)將其翻譯成128位的鏈路密鑰，并進(jìn)行單雙認(rèn)證。藍(lán)牙安全機(jī)制提供了大量的方案。鏈路使用不同長度的密碼將其加密，加密方案機(jī)動靈活到允許協(xié)商密碼的長度。

二、中間層

1.主機(jī)控制器接口協(xié)議（Host Controller Interface Protocol，HCI）

2.邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP） 用于在鏈路電路中對信道的控制及對信號的分配使用功能，可以準(zhǔn)確無誤使信號到達(dá)目的地。該協(xié)議在整個(gè)協(xié)議棧中起到關(guān)鍵性作用。

3.串口仿真協(xié)議（RFCOMM）

4.電話控制協(xié)議（Telephony Control Protocol）對語音信號的控制及傳輸性能的改善。

5.服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol，SDP）用于對網(wǎng)絡(luò)中的可用協(xié)議的引導(dǎo)并發(fā)現(xiàn)服務(wù)期間業(yè)務(wù)參數(shù)變化的情況，使得服務(wù)模式趨于完善。

三、頂端應(yīng)用層

頂端應(yīng)用層是協(xié)議棧中最重要的部分，它的功能是對藍(lán)牙功能模塊的定義。新的應(yīng)用模塊需要在此層進(jìn)行定義而且程序應(yīng)用開發(fā)利用也是建立在此基礎(chǔ)上的。例如：文件傳輸功能就是指藍(lán)牙設(shè)備之間傳送各種數(shù)據(jù)信息文件。要求傳輸文件的設(shè)備顯然是藍(lán)牙設(shè)備，不管是哪種設(shè)備，從傳輸角度來看，可以歸結(jié)成客戶/服務(wù)器?？蛻魪姆?wù)器下載，也能向服務(wù)器發(fā)送文件。服務(wù)器是一種使用OBEX文件夾列表格式的遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備。要求其文件目標(biāo)交換服務(wù)、支持文件夾瀏覽功能。

數(shù)據(jù)同步在兩個(gè)通信設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)必不可少，只有同步，才能讓信息正確無誤地傳送，也能保證用戶在任何時(shí)候、選擇任何藍(lán)牙設(shè)備，都能正確獲得信息。與其他的數(shù)據(jù)同步信息比較，藍(lán)牙設(shè)備數(shù)據(jù)同步還有一個(gè)鮮明特征，就是接收設(shè)備既可以處于通電工作狀態(tài)，也可以處于休眠狀態(tài)，基至還可以處于未開機(jī)狀態(tài)。例如：移動電話接到一條信息，就可以把該消息發(fā)送至筆記本電腦，而筆記本電腦甚至允許在包中沒有開機(jī)。顯然，數(shù)據(jù)同步能夠使不同藍(lán)牙設(shè)備的“個(gè)人信息管理成為現(xiàn)實(shí)。

所以，無線藍(lán)牙設(shè)備能夠與多種設(shè)備之間的互聯(lián)依賴于上述協(xié)議架構(gòu)的建立，這也體現(xiàn)了藍(lán)牙技術(shù)的連接多樣性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉書生，趙海.藍(lán)牙技術(shù)與應(yīng)用[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2001

[2]馬建倉.藍(lán)牙核心技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2003

[3]李航，張瑞令.藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用-語音數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)[J].無線電工程，2001

[4]BlueCore2-Flash Plug-n-Go Data Sheet.[EB/OL].[2006-8-21]：

http：//www.csrsupport.com/document.php did=1528&lang=zh-cn