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蓝牙协议体系结构
发布时间 : 2014-09-25 浏览次数 : 7938

   蓝牙技术标准包括协议(Protocol)和应用模型规范(Profile)两个部分。协议定义了各功能元素(如串口仿真协议、逻辑链路控制盒适配协议等)的工作方式,而应用模型规范阐述了为实现一个特定的应用模型,各层协议之间的运转协同机制。显然,Protocol是一种横向体系结构,而Profile是一种纵向体系结构。较典型的Profile有拨号网络应用模型规范、局域网访问规范、文件传输规范、对象交换规范、耳机规范(Headser)等,它们分别对应一种应用模型。


蓝牙体系结构的协议
   蓝牙协议体系结构可分为底层硬件模块、中间协议层(软件模块)和高层应用三大部分。图中的射频层(Radio)、链路管理层(LM)和基带层(BB)属于蓝牙的硬件模块。

   Radio层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波,实现数据位流的过滤和传输,它主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所应满足的要求。
   BB层负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输。它确保微微网内蓝牙设备单元之间由射频构成的物理连接。
   LM层负责连接的建立和拆除以及链路的安全和控制,还通过协商确定基带数据分组大小;它控制无线设备的电源模式和工作周期,以及微微网内设备单元的连接状态。它为上层软件模块提供了不同的访问入口,但是两个模块接口之间的消息和数据传递必须通过蓝牙主机控制器接口(HCI)的解释才能进行。
   HCI是蓝牙协议中软硬件之间的接口,它提供了一个调用下层BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备设有多个物理总线接口,可用以连接蓝牙硬件。这些总线可能采用不同的结构及参数,而蓝牙主控制器在初期阶段会支持通过串行总线(USB)、个人电脑插卡、RS-232及通用异步收发器(UART)等的物理总线结构。HCI协议以上的协议软件实体运行在主机上,而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成,二者之间通过传输层进行交互。
   中间协议层包括逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)、业务发现协议(SDP)、串口仿真协议(RFCOMM)和电话控制协议(TCS)
   L2CAP完成数据拆装、服务质量控制和协议复用等功能,L2CAP向RFCOMM和SDP等层提供面向连接的和无连接的数据业务,是其他上层协议实现的基础。它允许上层应用协议发送和接收长至64K字节的分组。它的功能包括:协议复用、数据的分段和重组、组提取技术,以及服务质量信息的传送。基带数据业务可以越过LMP而直接通过L2CAP向高层协议传送数据,从某种意义上说,L2CAP和LMP都相当于OSI第二层即链路层的协议,因此也是蓝牙协议栈的核心部分。
   SDP为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性,服务发现协议在蓝牙技术中的作用很大,它是所有应用模型的基础。SDP上层可以有FTP、LAN接入、无绳电话、同步模式等应用模型。通过确定不同的信息类型和业务类型,SDP可以在设备单元之间建立不同的SDP层连接。
   RFCOMM是基于ETSI TS07.10规范的串行仿真协议,在L2CAP上仿真9针RS232串口的功能。通过RFCOMM,蓝牙可以在无线环境喜爱实现对高层协议,如PPP、TCP/IP、WAP等协议的支持。另外,RFCOMM可以支持AT命令集,从而可以实现移动电话和传真机及调制解调器之间的无线连接。
   TCS是面向比特的协议,它定义了蓝牙设模型的备之间建立话音和数据的呼叫的控制信令,定义了处理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。
   在蓝牙协议栈的最上部是高层应用,它对应于各种应用模型的profile,是profile的一部分。针对不同的profile,选用的协议栈可以不同,绝大部分蓝牙设备都需要核心协议(中间层和底层硬件部分),而其它协议则根据应用的需要而定。可选择的协议包括PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、vCard/vCael、lrMC、WAP等。


蓝牙应用模型规范
   蓝牙SIG针对不同的应用模型,定义了许多标准的应用模型规范(Profile)
1、一般访问模型(Generic Access Profile—GAP)
   此部分定义了用于与发现新的蓝牙设备(Idle模式过程)和与连接蓝牙设备的链路管理方面(连接模式过程)有关的通用的过程。同时还定义了在不同安全级别的过程。另外,还包括了再用于用户界面级参数的通用格式。
2、业务发现应用模型(Service DiscoveryProfile—SDP)
   此部分定义了一个蓝牙设备如何发现其它蓝牙设备所注册的服务并且得到任何与这些服务相关的信息特性和过程。
3、串口对应模型(Serial Port Profile—SPP
   此部分定义了在两个对等蓝牙设备之间使用RFCOMM如何建立模拟串行电缆连接的要求。这些要求以提供给应用的服务的形式,并通过定义不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
4、无绳电话应用模型(Cordless TelephonyProfile)
   此部分定义了“三合一电话”应用中不同单元之间的互操作性的特性和过程。手持电话有以下三种使用方式:接入公用电话网,作为普通电话使用;作为不计费的内部电话使用;作为蜂窝移动电话使用。无线电话和内部电话使用相同的协议栈,语音数据直接与基带协议连接,不经过L2CAP层。
5、对讲应用模型(Intercom Profile)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“三合一电话”应用中Intercom功能的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在“三合一电话”应用中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
6、头戴设备应用模型(Headset Profile)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“耳机”应用的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在“耳机”应用中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。使用该模式,用户打电话时可以自由移动。头戴式设备必须能收发并处理AT命令。
7、拨号网络应用模型(Dial-up NetworkingProfile)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“拨号网络”应用的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在“拨号网络”应用中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
8、传真应用模型(Fax Profile)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“传真”应用的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在“传真”应用中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
9、局域网接入应用模型(LAN Access Profile—LAP)
   此部分是一个用于蓝牙设备访问局域网的应用模型规范。首先,它定义了如何使设备能够使用PPP方式访问一个LAN的各种服务。然后,它展示如何使用同样的PPP机制来构建一个由两个蓝牙设备组成的网络。
10、通过对象交换应用模型(Generic ObjectExchange Profile—GOEP)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“对象交换使用模式”的要求。这些要求通过定义在“对象交换使用模式”中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
11、对象发送应用模型(Object Push Profile—OPP)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“对象‘发送’使用模式”中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。
12、文件传输应用模型(File TransferProfile—FTP)
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“文件传输应用模型”的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在应用模型中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。改模型提供两个终端之间的数据通信功能,可传输各种类型的文件,以及完整的文件目录或多媒体数据流等并提供远程文件夹浏览功能。
13、同步应用模型(Synchronization Profile
   此部分定义了蓝牙设备用于支持“同步应用模型”的要求。这些要求以终极用户服务的形式,并通过定义在应用模型中不同单元之间的互操作性的特性和过程来提出。同步应用模型提供设备到设备的个人资料管理的同步更新功能,其典型应用如电话薄、日历、通知和记录等,它要求微机、蜂窝电话和PDA在传输和处理名片、日历及任务通知时,使用通用的协议和格式。
   从原则上来说,为了各个厂商之间的产品能够互联,所有的蓝牙设备都必须基于特定的Profile。而在各个Profile之间,也存在着紧密的相互依赖关系。例如,局域网接入应用模型和拨号网络应用模型都基于GAP和SPP,它们之间是继承的关系,所有的应用模型都必须遵循GAP中的规定。

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