無線技術(shù) 藍(lán)牙技術(shù)與協(xié)議的開發(fā)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

1 什么是藍(lán)牙技術(shù)

所謂藍(lán)牙技術(shù)，實(shí)際上是一種短距離無線電技術(shù)，利用"藍(lán)牙技術(shù)"能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備，并且能夠成功地簡化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)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(lán)牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng)。其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個(gè)巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

2 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三大部分。鏈路管理層(LMP)、基帶層(BBP)和藍(lán)牙無線電信道構(gòu)成藍(lán)牙的底層模塊。BBP層負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸。LMP層負(fù)責(zé)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(gè)模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)傳遞必須通過藍(lán)牙主機(jī)控制器接口的解釋才能進(jìn)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(wù)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(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議復(fù)用和組提取等功能，是其他上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，因此也是藍(lán)牙協(xié)議棧的核心部分。SDP為上層應(yīng)用程序提供一種機(jī)制來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)及其特性。在藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部是高端應(yīng)用層，它對應(yīng)于各種應(yīng)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(lán)牙低層模塊

藍(lán)牙的低層模塊是藍(lán)牙技術(shù)的核心，是任何藍(lán)牙設(shè)備都必須包括的部分。

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

藍(lán)牙支持電路交換和分組交換兩種技術(shù)，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(lán)牙設(shè)備處于連接狀態(tài)，藍(lán)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(lán)牙采用三種糾錯(cuò)方案：1/3前向糾錯(cuò)(FEC)、2/3前向糾錯(cuò)和自動(dòng)重發(fā)(ARQ)。前向糾錯(cuò)的目的是減少重發(fā)的可能性，但同時(shí)也增加了額外開銷。然而在一個(gè)合理的無錯(cuò)誤率環(huán)境中，多余的投標(biāo)會(huì)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(shí)藍(lán)牙系統(tǒng)會(huì)使用前向糾錯(cuò)方案，以保證通信質(zhì)量：對于SCO鏈路，使用1/3前向糾錯(cuò)；對于ACL鏈路，使用2/3前向糾錯(cuò)。在無編號(hào)的自動(dòng)請求重發(fā)方案中，一個(gè)時(shí)隙傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)時(shí)隙得到收到的確認(rèn)。只有數(shù)據(jù)在收端通過了報(bào)頭錯(cuò)誤檢測和循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)后認(rèn)為無錯(cuò)時(shí)，才向發(fā)端發(fā)回確認(rèn)消息，否則返回一個(gè)錯(cuò)誤消息。

藍(lán)牙系統(tǒng)的移動(dòng)性和開放性使得安全問題變得及其重要。雖然藍(lán)牙系統(tǒng)所采用的調(diào)頻技術(shù)就已經(jīng)提供了一定的安全保障，但是藍(lán)牙系統(tǒng)仍然需要鏈路層和應(yīng)用層的安全管理。在鏈路層中，藍(lán)牙系統(tǒng)提供了認(rèn)證、加密和密鑰管理等功能。每個(gè)用戶都有一個(gè)個(gè)人標(biāo)識(shí)碼(PIN),它會(huì)被譯成128bit的鏈路密鑰(Link Key)來進(jìn)行單雙向認(rèn)證。一旦認(rèn)證完畢，鏈路就會(huì)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(jī)制提供了大量的認(rèn)證方案和一個(gè)靈活的加密方案(即允許協(xié)商密碼的長度)。當(dāng)來自不同國家的設(shè)備互相通信時(shí)，這種機(jī)制是極其重要的，因?yàn)槟承﹪�家�?huì)指定最大密碼長度。藍(lán)牙系統(tǒng)會(huì)選取微微網(wǎng)中各個(gè)設(shè)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(dāng)兩國的設(shè)備互通時(shí)，將選擇48bit來加密。藍(lán)牙系統(tǒng)也支持高層協(xié)議棧的不同應(yīng)用體內(nèi)的特殊的安全機(jī)制。例如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在進(jìn)行商業(yè)卡信息交流時(shí)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)就只能訪問另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的該項(xiàng)業(yè)務(wù)，而無權(quán)訪問其他業(yè)務(wù)。藍(lán)牙安全機(jī)制依賴PIN在設(shè)備間建立信任關(guān)系，一旦這種關(guān)系建立起來了，這些PIN就可以存儲(chǔ)在設(shè)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(wù)，它的功能包括：協(xié)議的復(fù)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(yīng)用發(fā)送和接受高達(dá)64K Byte的數(shù)據(jù)分組。

SDP為應(yīng)用提供了一個(gè)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(lán)牙環(huán)境下的服務(wù)發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的服務(wù)發(fā)現(xiàn)有很大的不同，在藍(lán)牙環(huán)境下，移動(dòng)的RF環(huán)境變化很大，因此業(yè)務(wù)的參數(shù)也是不斷變換的。SDP將強(qiáng)調(diào)藍(lán)牙環(huán)境的獨(dú)特的特性。藍(lán)牙使用基于客戶/服務(wù)器機(jī)制定義了根據(jù)藍(lán)牙服務(wù)類型和屬性發(fā)現(xiàn)服務(wù)的方法，還提供了服務(wù)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(lán)牙可以在無線環(huán)境下實(shí)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(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話機(jī)和傳真機(jī)及調(diào)制解調(diào)器之間的無線連接。

藍(lán)牙對語音的支持是它與WLAN相區(qū)別的一個(gè)重要的標(biāo)志。藍(lán)牙電話控制規(guī)范是一個(gè)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(lán)牙設(shè)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(lán)牙TCS設(shè)備的移動(dòng)性管理過程。

3 藍(lán)牙開發(fā)概述

3.1藍(lán)牙開發(fā)的意義

鑒于藍(lán)牙再未來信息產(chǎn)品中的重要地位，開發(fā)具有我國自主只是產(chǎn)權(quán)的藍(lán)牙產(chǎn)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(lán)牙作為通信模塊集成到自己的產(chǎn)品中，它們可以使用其他廠家的藍(lán)牙產(chǎn)品，自己只需著力于開發(fā)應(yīng)用部分；而對那些專門從事藍(lán)牙研發(fā)生產(chǎn)的廠家，就需要進(jìn)行從底層到高層的全面開發(fā)，只有這樣才能掌握藍(lán)牙的核心技術(shù)，才能生產(chǎn)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。

3.1.1開發(fā)前的準(zhǔn)備工作

(1)對藍(lán)牙相關(guān)的規(guī)范和協(xié)議有一個(gè)初步的了解，對要開發(fā)的部分進(jìn)行細(xì)致的研究，協(xié)議的要求必須明確，對產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境也必須非常清楚。

藍(lán)牙的規(guī)范包括協(xié)議的核心部分和藍(lán)牙的應(yīng)用剖面(用戶模型)，內(nèi)容應(yīng)該非常豐富，對整個(gè)協(xié)議進(jìn)行全面地了解，但是由于客觀上難以實(shí)現(xiàn)，因此，可以先從一些簡單的介紹開始，從整體上對藍(lán)牙的結(jié)構(gòu)體系有一個(gè)較為全面的了解，再從用戶的角度了解藍(lán)牙系統(tǒng)的概況，這樣，根據(jù)自己準(zhǔn)備開發(fā)的產(chǎn)品，有目的地選擇相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行專門研究。

(2)對同類產(chǎn)品做細(xì)致的調(diào)研。可以根據(jù)分類查看相關(guān)的產(chǎn)品，以及產(chǎn)品的性能和使用方法，還能夠得到有關(guān)廠商的信息。 (3)另外也可以申請加入藍(lán)牙SIG，成為SIG成員。

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