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藍牙(Bluetooth)計劃是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司在1998年聯合推出的一項先進的無線網絡技術。遵循藍牙協議的各類數據及語音設備將能夠用微波取代傳統網絡中錯綜復雜的電纜，非常方便地實現快速、靈活、安全、低代價、低功耗的數據和語音通信。由于藍牙技術將在人們的日常生活和工作中扮演重要角色，市場潛力巨大，因此，它將成為21世紀的投資熱點。文章將重點介紹藍牙技術的工作原理和藍牙協議棧內容。分為四個部分：術語、藍牙技術工作原理、藍牙硬件模塊的組成、藍牙軟件協議棧的介紹。 1． 術語 * 微微網（Piconet）：是由采用藍牙技術的設備以特定方式組成的網絡。 微微網的建立是由兩臺設備（如便攜式電腦和蜂窩電話）的連接開始，最多由8臺設備構成。所有的藍牙設備都是對等的，以同樣的方式工作。然而，當一個微微網建立時，只有一臺為主設備，其他均為從設備，而且在一個微微網存在期間將一直維持這一狀況。 * 分布式網絡（Scatternet）：是由多個獨立、非同步的微微網形成的。 * 主設備（Master unit）:在微微網中，如果某臺設備的時鐘和跳頻序列用于同步其他設備，則稱它為主設備。 * 從設備（Slave unit）：非主設備的設備均為從設備。 * MAC地址(MAC address)：用3比特表示的地址，用于區分微微網中的設備。 * 休眠設備（Parked units）：在微微網中只參與同步，但沒有MAC地址的設備。 * 監聽及保持方式（Sniff and Hold mode）：指微微網中從設備的兩種低功耗工作方式。 2． 藍牙技術工作原理 其基本實現原理為藍牙設備依靠專用的藍牙微芯片能使設備在短距離范圍內發送無線電信號，來尋找另一個藍芽設備。一旦找到，相互之間便開始通信，交換信息。 1） 藍牙的無線通信技術特征 藍牙的無線通信技術采用每秒1600次的快跳頻和短分組技術，減少干擾和信號衰落，保證傳輸的可靠性； 以時分方式進行全雙工通信，傳輸速率設計為1MHz； 采用前向糾錯(FEC)編碼技術，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響； 其工作頻段為非授權的工業、醫學、科學頻段（2.4GHz的ISM頻段），保證能在全球范圍內使用這種無線通用接口和通信技術； 話音采用抗衰落能力很強的連續可變斜率調制(CVSD)編碼方式以提高話音質量； 采用頻率調制方式，降低設備的復雜性。 2）拓撲結構 藍牙系統支持點對點以及點對多點通信。幾個相互獨立、以特定方式連接在一起的微微網構成分布式網絡，各微微網由不同的跳頻序列來區分。在同一微微網中，所有的用戶均用同一跳頻序列同步。 3）連接建立的過程及其工作狀態的轉換 在微微網建立之前，所有設備都處于就緒(STANDBY)狀態。在該狀態下，未連接的設備每隔1.28秒監聽一次消息，設備一旦被喚醒，就在預先設定的32個跳頻頻率上監聽信息。跳頻數目因地區而異，但32個跳頻頻率為絕大多數國家所采用。 連接進程由主設備初始化。如果一個設備的地址已知，就采用尋呼消息(Page message)建立連接；如果地址未知，就采用緊隨尋呼消息的查詢消息(Inquiry message)建立連接。查詢消息主要用來查詢地址未知的設備(如公用打印機、傳真機等)，它與尋呼消息類似，但需要附加一個周期來收集所有的應答。在尋呼狀態(PAGE state)，主設備在16個跳頻頻率上發送一串相同的頁信息給從設備，如果沒有收到應答，主設備就在另外的16個跳頻頻率上發送尋呼消息。主設備到從設備的最大時延為兩個喚醒周期（2.56秒），平均時延為半個喚醒周期（0.64秒）。 在微微網中，無數據傳輸的設備轉入節能工作狀態。主設備可將從設備設置為保持方式(HOLD mode)，此時，只有內部定時器工作；從設備也可以要求轉入保持方式。設備由保持方式轉出后，可以立即恢復數據傳輸。連接幾個微微網或管理低功耗器件（如溫度傳感器）時，常使用保持方式。監聽方式(SNIFF mode)和休眠方式（PARK mode）是另外兩種低功耗工作方式。在監聽方式下，從設備監聽網絡的時間間隔增大，其間隔大小視應用情況由編程確定；在休眠方式下，設備放棄了MAC地址，僅偶爾監聽網絡同步信息和檢查廣播信息。各節能方式依電源效率高低排列為：休眠方式→保持方式→監聽方式。 4）藍牙對語音和數據的支持 為了保證各種使用場合的應用，藍牙的基帶協議是電路交換和分組交換的組合，可以同時支持語音和數據的傳輸。該技術支持兩種連接方式：面向連接（SCO）方式，主要用于話音傳輸；無連接(ACL)方式，主要用于分組數據傳輸。 在同一微微網中，不同的主從設備可以采用不同的連接方式，在一次通信中，連接方式可以任意改變。每一連接方式可支持16種不同的分組類型，其中控制分組有4種，是SCO和ACL通用的分組，兩種連接方式均采用時分雙工 （TDD）通信。SCO為對稱連接，每一個話音通道支持64kbps的同步話音，支持限時話音傳送，主從設備無需輪詢即可發送數據。SCO的分組既可以是話音又可以是數據，當發生中斷時，只有數據部分需要重傳。ACL是面向分組的連接，它支持對稱和非對稱兩種傳輸流量： ACL的非對稱連接支持正向速率721kbps、反向應答速率為57.6kbps的；對稱連接速率為432.6kbps。ACL也支持通過廣播方式發送信息。在ACL方式下，主設備控制鏈路帶寬，負責從設備帶寬的分配；從設備依輪詢發送數據。 3、藍牙硬件模塊的組成 藍牙模塊包括以下兩個部分： 1.無線射頻（RF）單元 藍牙系統的天線發射功率符合FCC關于ISM波段的要求。系統的最大跳頻速率為1600跳/秒，在2.402GHz到2.480GHz之間，采用79個1MHz帶寬的頻點。系統設計的通信距離為10米（0db），如果增加發射功率（20db），這一距離也可以達到100米。 2. 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元 BB負責跳頻和藍芽數據及信息幀的傳輸。LM負責連接的建立和拆除。它們實現的功能包括：對SCO和ACL連接方式的支持；差錯控制，可以采用多種檢糾錯方式，其中包括前向糾錯編碼(FEC)；物理層的認證與加密；鏈路管理。 4.藍牙軟件協議棧的介紹 1）協議棧結構 底部協議層包括鏈路管理協議（Link Manager Protocol, LMP）和基帶（Baseband）控制部分。鏈路管理協議實現鏈路的建立、認證及鏈路配置等。其中的服務項目包括：接收和發送數據、設備號請求、鏈路地址查詢、建立連接、認證與加密、協商并建立連接方式、確定分組的幀類型、設置監聽方式、設置保持方式以及設置休眠方式等。基帶（Baseband）控制部分負責跳頻和藍芽數據及信息幀的傳輸，包括對糾錯編碼的支持，對SCO和ACL包的組織，流控等。 中間協議層包括邏輯鏈路控制和適應協議（Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP）、服務發現協議（Service Discovery Protocol,SDP）、串口仿真協議RFCOMM和電話通信協議（Telephony Control Protocol,TCS），對象交換協議（Object Exchange，OBEX)。L2CAP完成數據的拆裝、服務質量和協議復用等功能，是其他上層協議實現的基礎。SDP為上層應用程序提供一種機制來發現網絡中可用的服務及其特性。RFCOMM基于ETSI標準TS07.10在L2CAP上仿真9針RS232串口的功能。TCS提供藍芽設備間話音和數據的呼叫控制信令。對象交換協議（Object Exchange，OBEX)是Extended Systems公司為紅外通信的高層應用開發的協議，現在已成功的應用于藍牙協議棧中。 在BB和LM上與L2CAP之間還有一個主機控制接口層（Host Controller Interface,HCI）。HCI是藍芽協議中軟硬件之間的接口，它提供了一個調用下層BB、LM、狀態和控制寄存器等硬件的統一命令接口。HCI協議以上的協議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙模塊來完成，二者之間通過一個對兩端透明的傳輸層進行交互。 吸收現成的協議有PPP、TCP/IP、OBEX 、WAP…

回答者：ejjhg197722016-08-30 00:00