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藍牙技術

藍牙協議棧架構


一、藍牙核心協議架構

藍牙核心協議包括基帶協議(Baseband)、鏈路管理協議(LMP)、鏈路控制協議(LCP)、邏輯鏈路控制和適配協議(L2CAP)、服務發現協議(SDP)和串口仿真協議(RFCOMM)。其中基帶與鏈路控制器以及鏈路管理協議屬于低層的傳輸協議,其功能側重于語音以及數據無線傳輸的物理實現以及藍牙設備之間的連接與組網,這部分功能集成在藍牙硬件模塊中,面向高層協議的應用開發人員,不必關心這些低層協議的細節;邏輯鏈路控制與適配協議和主機控制接口(HCI)屬于高層傳輸協議,這部分協議為高層應用剖面屏蔽了諸如跳頻序列選擇等低層傳輸操作,并且為高層應用程序提供了更有利于實現和更加有效的數據分組格式;基于歐洲電信標準化協會(ETSI)的TS07.10標準制訂了串口仿真協議(RFCOMM);該協議用于模擬串口工作環境,使得基于串口的傳統應用不做任何修改或者僅做少量的修改就可以直接運行在該協議層上;服務發現協議(SDP),是用來實現藍牙設備之間相互查詢并且能夠訪問對方提供的服務。

二、藍牙上層應用框架

藍牙應用協議剖面是指那些位于藍牙協議堆棧上層的應用軟件以及其中所涉及的協議,包括開發驅動諸如語音通信和撥號上網等功能的藍牙應用程序。各種藍牙產品都由SIG為其制定了相應的應用框架。應用框架主要定義了某些通用功能或實現具體藍牙產品所用到的協議、各個藍牙協議的互操作性能要求和各功能的實現功能。

藍牙的應用框架可以分為五大類:

(1)應用類框架:通用應用模型中的應用框架是其他所有應用框架的基礎,它們規定了其它應用模型中的應用框架,是其它所有應用框架普遍用到的功能流程,如設備查詢、連接建立和發現服務等;(2)藍牙電話應用類框架:與語音應用和電話控制相關的應用框架;(3)藍牙聯網應用類框架:利用藍牙設備為用戶提供個人局域網絡的建立和無線接入公共交換電話網絡;(4)對象交換應用類框架:用于實現不同類型的數據對象,如文件、電子名片、圖象等的互操作性應用;(5)藍牙音頻視頻應用框架:基于網絡應用的音視頻傳輸、控制、分發應用。

三、藍牙組網技術

藍牙技術是一種支持點對點或者點對多點的數據、話音業務的短距離無線通信技術。藍牙系統采用一種無基站的靈活組網方式,使得一個藍牙設備可同時與其它多個藍牙設備相連,這樣就形成了藍牙微微網(Piconet);藍牙微微網可以只是兩臺相連的設備(如圖2.12a所示),比如一臺筆記本電腦和一部手機,也可以是多臺連在一起的設備(如圖2.12b所示);藍牙微微網采用的是主從組網結構,在微微網初建時,定義其中一個藍牙設備為主設備,其余都為從設備;一個主設備最多可以同時與七個從設備進行通信,這里的從設備稱為激活從設備(ActiveSlave);但是同時還可以有多個休眠(Parked)從設備隸屬于這個主設備;這些休眠從設備不進行實際有效的數據收發,但是,仍然和主設備保持時鐘的同步,以便將來能夠快速的加入微微網。不論設備是什么狀態,是休眠的從設備還是激活的從設備,都是由微微網的主設備來控制信道的參數的。在微微網內,通過一定的輪詢方式主設備和所有的活動從設備進行通信,采用指定時隙等辦法來增強主從之間的通信和從從之間的通信。

圖 2.12 藍牙微微網及散射網

藍牙散射網(Scatternet)由多個微微網相互連結而成。如圖2.12c/2.13所示,散射網是多個微微網相互重疊而組成的比微微網覆蓋范圍更大的藍牙網絡。從設備可以通過時分復用的機制加入不同的微微網,而且一個微微網的主設備可以成為另一個微微網的從設備。每個微微網都有自己的跳頻序列,它們之間并不跳頻同步,這樣就降低了相同頻率的干擾。

圖 2.13 藍牙散射網示意圖

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