Bluetooth協(xié)議
一、射頻及基帶部分
Bluetooth設(shè)備工作在2.4GHz的ISM（Industrial，Science and Medicine）頻段，在北美和歐洲為2400~2483.5MHz，使用79個(gè)頻道，載頻為2402+kMHz（k=0，1…，22）。無(wú)論是79個(gè)頻道還是23個(gè)頻道，頻道間隔均為1MHz，采用時(shí)分雙工（TDD，TimeDivision Duplex）方式。調(diào)制方式為BT=0.5的GFSK，調(diào)制指數(shù)為0.28~0.35，最大發(fā)射功率分為三個(gè)等級(jí)，分別是：100mW（20dBm），2.5mW（4dBm）和1mW（0dBm），在4~20dBm范圍內(nèi)要求采用功率控制，因此，Bluetooth設(shè)備間的有效通信距離大約為10~100米。
Bluetooth的基帶符號(hào)速率為1Mb/s，采用數(shù)據(jù)包的形式按時(shí)隙傳送，每時(shí)隙長(zhǎng)0.625ūs，不排除將來(lái)采用更高的符號(hào)速率。Bluetooth系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)的同步面向連接傳輸和非實(shí)時(shí)的異步面向非連接傳輸，分別成為SCO鏈路（Synchronous Ccnnection-Oriented Link）和ACL鏈路（Asynchronous Connection-Less Link），前者只要傳送語(yǔ)音等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息，在規(guī)定的時(shí)隙傳輸，后者則以數(shù)據(jù)為主，可在任意時(shí)隙傳輸。但當(dāng)ACL傳輸占用SCO的預(yù)留時(shí)隙，一旦系統(tǒng)需要SCO傳輸，ACL則自動(dòng)讓出這些時(shí)隙以保證SCO的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)包被分成3大類：鏈路控制包、SCO包和ACL包。已定義了4鐘鏈路控制數(shù)據(jù)包，后兩者最多可分別定義12種，目前已定義了4種和7種，即共定義了15種。大多數(shù)數(shù)據(jù)包只占用1個(gè)時(shí)隙，但有些包占用3個(gè)或5個(gè)時(shí)隙。
Bluetooth支持64kb/s的實(shí)時(shí)語(yǔ)音傳輸和各種速率的數(shù)據(jù)傳輸，語(yǔ)音編碼采用對(duì)數(shù)PCM或連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（CVSD，Continuous Variable Slope Delta Modulation）。語(yǔ)音和數(shù)據(jù)可單獨(dú)或者同時(shí)傳輸。當(dāng)僅傳輸語(yǔ)音時(shí)，Bluetooth設(shè)備最多可同時(shí)支持3路全雙工的語(yǔ)音通信；當(dāng)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸或僅傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，Bluetooth設(shè)備支持433.9kb/s的對(duì)稱全雙工通信或723.2/57.6kb/s的非對(duì)稱雙工通信，另外，采用CRC（Cyclic Redundancy Check）、FEC（Forward Error Correction）及ARQ（Automatic Repeat Request），保證了通信的可靠性。
跳頻是Bluetooth使用的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)應(yīng)于單時(shí)隙包，Bluetooth的跳頻速率為1600跳每秒；對(duì)應(yīng)于多時(shí)隙包，跳頻速率有所降低；但在建鏈?zhǔn)牵ò▽ず艉筒樵儯﹦t提高為3200跳每秒。使用這樣高的跳頻速率，Bluetooth系統(tǒng)具有足夠高的抗干擾能力。
跳頻序列受控于Bluetooth 48-bit設(shè)備地址碼（BD——ADDR）中的28-bit和28-bit的時(shí)鐘，采用以多級(jí)碟形運(yùn)算為核心的映射方案。該跳頻方案和其他方案相比，具有硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、便于79/23頻段兩種系統(tǒng)的兼容以及各種狀態(tài)的跳頻序列使用統(tǒng)一的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
二、組網(wǎng)技術(shù)
Bluetooth根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的概念提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線鏈接，在任意一個(gè)有效通信范圍呢，所有設(shè)備的地位都是平等的。首先提出通信要求的設(shè)備稱為主設(shè)備（Master），被動(dòng)進(jìn)行通信的設(shè)備稱為從設(shè)備（Slave）。利用TDMA，一個(gè)Master最多可同時(shí)與7個(gè)Slave進(jìn)行通信并和多個(gè)Slave（最多可超過(guò)200個(gè)）保持同步但不通信。一個(gè)Master和一個(gè)以上的Slave構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為Bluetooth的主從網(wǎng)絡(luò)（Piconet）。若兩個(gè)以上的Piconet之間存在著設(shè)備間的通信，則構(gòu)成了Bluetooth的分散網(wǎng)絡(luò)（Scatternet）。基于TDMA原理和Bluetooth設(shè)備的平等性，任意Bluetooth設(shè)備在Piconet和Scatternet中，既可作Master，又可作Slave，還可同時(shí)既是Master又是Slave。因此，在Bluetooth中沒(méi)有基站的概念。另外，所有設(shè)備都是可移動(dòng)的。
Bluetooth的基本出發(fā)點(diǎn)是可使其設(shè)備能夠在全球范圍內(nèi)應(yīng)用于任意的小范圍通信。任一Bluetooth設(shè)備，都可根據(jù)IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)得到一個(gè)唯一的48-bie的BD_ADDR,它是一個(gè)公開(kāi)的地址碼，可以通過(guò)人工或自動(dòng)進(jìn)行查詢。在BD_ADDR基礎(chǔ)上，使用一些性能良好的算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設(shè)備識(shí)別碼（ID，Identification）在全球的唯一性，以及通信過(guò)程中設(shè)備的鑒權(quán)和通信的安全保密。
三、Bluetooth的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
和許多的通信系統(tǒng)一樣，Bluetooth的通信協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)。其地層為各類應(yīng)用所通用，高層則視具體應(yīng)用而有所不同，大體上分為計(jì)算機(jī)背景和非計(jì)算機(jī)背景兩種方式，前者通過(guò)主機(jī)控制接口（HCI，Host Controller Interface）實(shí)現(xiàn)高、低層的聯(lián)接，后者則不需用HCI。層次結(jié)構(gòu)使其設(shè)備具有最大可能的通用性和靈活性。根據(jù)通信協(xié)議，各種Bluetooth設(shè)備無(wú)論在任何地方，都可以通過(guò)人工或自動(dòng)查詢來(lái)發(fā)現(xiàn)其他Bluetooth設(shè)備，從而構(gòu)成Piconet或Scatternet，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能，使用起來(lái)十分方便。
藍(lán)牙協(xié)議棧
藍(lán)牙協(xié)議體系中的協(xié)議啊系統(tǒng)軟件的功能分為四層：
核心協(xié)議：BaseBand、LMP、L2CAP、SDP；
電纜代協(xié)議：RFCOMM；
電話傳輸控制協(xié)議：TCSBinary、AT命令集；
可選協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrDA、WAE；
基帶（BaseBand）協(xié)議描述了完成地層鏈路建立維護(hù)和執(zhí)行基帶協(xié)議的鏈路控制器的規(guī)范；鏈路管理協(xié)議（Link Manager Protocol）定義了鏈路的建立與控制的規(guī)范，在接收側(cè)信號(hào)由解釋及過(guò)濾；邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol）支持高層協(xié)議復(fù)用、數(shù)據(jù)包分段重組、QoS信息服務(wù)并獲得相應(yīng)的信息；RFCOMM是ETSITS07.10的子集，提供L2CAP之上的串口防真；TCSBinary定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立語(yǔ)音與數(shù)據(jù)呼叫控制信令；其他的一些協(xié)議都是已有的其他組織的協(xié)議。
除上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制接口（HCI），它為基帶控制器、連接管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口，用以想設(shè)備供應(yīng)商提供像USB和UART（通用異步收發(fā)器）的通用接口。絕大多數(shù)藍(lán)牙設(shè)備都需要核心協(xié)議（加上無(wú)線部分），而其他協(xié)議則根據(jù)應(yīng)用的需要而定。
四、應(yīng)用模型
Profiles部分規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用所需的協(xié)議，整個(gè)Profiles部分涉及了從耳機(jī)到局域網(wǎng)接入點(diǎn)等多種應(yīng)用。對(duì)于每一個(gè)應(yīng)用，應(yīng)用模型給出其協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，并針對(duì)每一層具體規(guī)定一些必須實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，諸如消息序列、功能集以及空中接口。依據(jù)應(yīng)用模型實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，有利于不同廠家設(shè)備之間的互通性。
例如應(yīng)用模型的第一個(gè)是一般接入應(yīng)用模型，這個(gè)模型定義了用于發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的過(guò)程、用于鏈接管理的過(guò)程、使用不同安全級(jí)別的過(guò)程，并描述了用戶界面層次上參數(shù)的表示格式。模型首先給出了協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，而后分別描述了藍(lán)牙地址、藍(lán)牙設(shè)備類型、藍(lán)牙PIN碼在用戶層面的表示格式，同時(shí)就認(rèn)證等安全方面的內(nèi)容給出流程圖，最后描述設(shè)備發(fā)現(xiàn)及鏈路維護(hù)的消息序列，依照這個(gè)模型實(shí)現(xiàn)的設(shè)備互相可以發(fā)現(xiàn)對(duì)方并根據(jù)用戶需求建立鏈路。
Bluetooth的四種應(yīng)用模式
（1）通用訪問(wèn)應(yīng)用（GAP）模式：定義了兩個(gè)藍(lán)牙單元如何互發(fā)現(xiàn)和建立連接，它是用來(lái)處理連接設(shè)備之間的相互發(fā)現(xiàn)和建立連接的。它保證兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，不管是哪一家廠商的產(chǎn)品，都能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備支持何種應(yīng)用，并能夠交換信息。
（2）服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用（SDAP）模式：定義了發(fā)現(xiàn)注冊(cè)在其他藍(lán)牙設(shè)備中的服務(wù)的過(guò)程，并且可以獲得與這些服務(wù)相關(guān)的信息。
（3）串口應(yīng)用（SPP）模式：定義了在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間基于RFCOMM建立虛擬的串口連接的過(guò)程和要求。
（4）通用對(duì)象交換應(yīng)用（GOEP）模式：定義了處理對(duì)象交換的協(xié)議和步驟，文件傳輸應(yīng)用和同步應(yīng)用都是基于這一應(yīng)用的，筆記本電腦、PDA、移動(dòng)電話是這一應(yīng)用模式的典型應(yīng)用。
Bluetooth的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
藍(lán)牙規(guī)范（Specification of the Bluetooth System）就是藍(lán)牙無(wú)線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了藍(lán)牙應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)和需要達(dá)到的要求,有SIG頒布.
藍(lán)牙規(guī)范包括核心協(xié)議（Core）與應(yīng)用框架（Profiles）兩個(gè)文件。協(xié)議規(guī)范部分定義了藍(lán)牙的各層通信協(xié)議，應(yīng)用框架指出了如何采用這些協(xié)議實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用產(chǎn)品。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范遵循開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（Open System Interconnetion/Referenced Model, OSI/RM），從低到高地定義了藍(lán)牙協(xié)議堆棧的各個(gè)層次。
按照藍(lán)牙協(xié)議的邏輯功能，協(xié)議堆棧由下至上分為3個(gè)部分：傳輸協(xié)議、中介協(xié)議和應(yīng)用協(xié)議。其功能簡(jiǎn)介如下。
1 ．傳輸協(xié)議
負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備間相互確認(rèn)對(duì)方的位置，以及建立和管理藍(lán)牙設(shè)備間的物理和邏輯鏈路。這一部分又進(jìn)一步分為低層傳輸協(xié)議和高層傳輸協(xié)議。低層傳輸協(xié)議側(cè)重于語(yǔ)音與數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)奈锢韺?shí)現(xiàn)以及藍(lán)牙設(shè)備的物理和邏輯鏈路。低層傳輸協(xié)議包括藍(lán)牙的射頻（Radio）部分、基帶與鏈路管理協(xié)議（Baseband && Link Manager Protocol, LMP）。高層傳輸協(xié)議包括邏輯鏈路控制的物理實(shí)現(xiàn)以及藍(lán)牙設(shè)備間的連接于組網(wǎng)。高層傳輸協(xié)議包括邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP）和主機(jī)控制器接口（Host Controller Interface, HCI）。這部分為高層應(yīng)用程序屏蔽了諸如跳頻序列選擇等低層傳輸操作，并為高層應(yīng)用傳輸提供了更加有效和更有利于實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分組格式。
2 ．中介協(xié)議
為高層應(yīng)用協(xié)議或程序在藍(lán)牙邏輯鏈路上工作提供了必要的支持，為應(yīng)用曾提供了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)接口。這部分協(xié)議包括以下幾部分。
（1）. 串口仿真協(xié)議（RFCOMM）
基于歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（European Telecommunication Standardization Institute, ETSI）的TS07.10標(biāo)準(zhǔn)制定。該協(xié)議用于模擬串行接口環(huán)境，使得基于串口的傳統(tǒng)應(yīng)用僅作少量的修改或者不做任何修改可以直接在該層上運(yùn)行。
（2）. 服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Didcovery Protocol，SDP）
為實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間相互查詢及訪問(wèn)對(duì)方提供的服務(wù)。
（3）. IrDA（Infrared Data Association）互操作協(xié)議
藍(lán)牙規(guī)范采用了IrDA的對(duì)象交換協(xié)議（OBEX），使得傳統(tǒng)的基于紅外技術(shù)的對(duì)象（如電子名片（vCard）和電子日歷（vCal）等)交換應(yīng)用同樣可以運(yùn)行在藍(lán)牙無(wú)線接口之上。
網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)協(xié)議：該部分協(xié)議包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（Point to Point Protocol, PPP）、網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol, IP）、傳輸控制協(xié)議（Transfer Control Protocol, TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol, UDP）等，用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的撥號(hào)上網(wǎng)，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問(wèn)Internet 和本地局域網(wǎng)。
（4）. 電話控制協(xié)議
該協(xié)議包括TCS、AT指令集和音頻。電話控制協(xié)議性能（Telephone Control Protocol Specification，TCS）是基于國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（International Telecommunication Union-Telecommunication，ITU-T）的Q.931標(biāo)準(zhǔn)制定的，用于支持電話功能；藍(lán)牙直接在基帶上處理音頻信號(hào)（主要指數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)），采用SCO鏈路傳輸語(yǔ)音，可以實(shí)現(xiàn)頭戴式耳機(jī)和無(wú)繩電話等的應(yīng)用。
3 ．應(yīng)用協(xié)議
是指那些位于藍(lán)牙協(xié)議堆棧之上的應(yīng)用軟件和其中所涉及的協(xié)議，包括開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)各種諸如撥號(hào)上網(wǎng)和通信等功能的藍(lán)牙應(yīng)用程序。藍(lán)牙規(guī)范提供了傳輸層及中介層定義和應(yīng)用框架，在傳輸層及中介層之上，不同的藍(lán)牙設(shè)備必須采用統(tǒng)一符合藍(lán)牙規(guī)范的形式；而在應(yīng)用層上，完全由開(kāi)發(fā)人員自主實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，許多傳統(tǒng)的應(yīng)用都可以幾乎不用修改就在藍(lán)牙協(xié)議堆棧之上運(yùn)行，如基于串口和OBEX協(xié)議的應(yīng)用。通常藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）函數(shù)的開(kāi)發(fā)由開(kāi)發(fā)工具的設(shè)計(jì)人員來(lái)完成，這樣有利于藍(lán)牙技術(shù)與各類應(yīng)用的緊密結(jié)合。
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