| 近十年來(lái),微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的普及和迅猛發(fā)展, PC機(jī)、掌上電腦、移動(dòng)電話、無(wú)繩電話等進(jìn)入人們?nèi)粘５纳詈凸ぷ髦?成為人們生活中不可缺少的一部分。在這些設(shè)備之間傳送文件時(shí)往往是通過(guò)線纜來(lái)進(jìn)行,而且需要一些軟件的支持才能進(jìn)行連接。人們希望有一個(gè)能夠取代線纜的短距離無(wú)線連接技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。藍(lán)牙技術(shù)提供了一種不需要線纜就可以在一定距離內(nèi)進(jìn)行無(wú)線連接的方法。
何為藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范,以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ),為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接的短程無(wú)線電技術(shù)。
藍(lán)牙使用內(nèi)制在9×9平方毫米微芯片上的短程射頻鏈接,工作在2.4GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。該頻段全球開放,意味著從理論上說(shuō),采用這些無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備在全球任何地點(diǎn)都可以正常使用。它的一般連接范圍是10米,通過(guò)擴(kuò)展可以達(dá)到100米;不限制在直線范圍內(nèi),甚至設(shè)備不在同一間房?jī)?nèi)也能相互鏈接;以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式鏈接多個(gè)設(shè)備,最多可達(dá)7個(gè),形成一個(gè)個(gè)人領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)。
藍(lán)牙技術(shù)定義了計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備之間如何進(jìn)行通信,也定義了如何將某一個(gè)應(yīng)用映射成硬件以便和藍(lán)牙技術(shù)相融合。用藍(lán)牙技術(shù)可制造藍(lán)牙芯片、移動(dòng)電話使用的******機(jī),組建個(gè)人局域網(wǎng)。它不僅可以應(yīng)用于手機(jī)、電腦、PDA、數(shù)字相機(jī)這些熱門電子產(chǎn)品,甚至可以影響到玩具、家用電器、普通電話、汽車等傳統(tǒng)產(chǎn)品。
藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
藍(lán)牙技術(shù)的一個(gè)主要目的就是使符合該規(guī)范的各種設(shè)備能夠互通,這就要求本地設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備使用相同的協(xié)議。不同的應(yīng)用,其使用的協(xié)議棧可能不同,但是,它們都必須使用藍(lán)牙技術(shù)中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。當(dāng)然,不是任何應(yīng)用都必須使用所有全部協(xié)議,可以只采用部分協(xié)議,例如語(yǔ)音通信（Audio）時(shí),就只需經(jīng)過(guò)基帶協(xié)議。
藍(lán)牙協(xié)議體系可以分為4層：
核心協(xié)議 Baseband,LMP,L2CAP,SDP
電纜替代協(xié)議 RFCOMM
電話控制協(xié)議 TCS Binary,AT Commands
選用協(xié)議 PPP,UDP/TCP/IP,OBEX,WAP,vCard/vCal, IrMC,WAE
1. 基帶協(xié)議（Baseband）
基帶協(xié)議和連接管理協(xié)議負(fù)責(zé)在多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間建立物理射頻RF（Radio Frequency）連接組成一個(gè)Pico網(wǎng)。這一層控制藍(lán)牙設(shè)備的同步和跳頻序列,并管理藍(lán)牙中定義的兩個(gè)不同的連接類型：同步面向連接SCO和異步非連接ACL。
2. 連接管理協(xié)議LMP(Link Manager Protocol)
LMP負(fù)責(zé)藍(lán)牙連接的建立和釋放、控制,數(shù)據(jù)包的控制以及電源模式的管理、消耗,藍(lán)牙設(shè)備的狀態(tài)等。最后,LMP還要負(fù)責(zé)認(rèn)證、加密的密碼問題。
3. 主控制器接口HCI（Host Controller Interface）
HCI提供了一個(gè)接入藍(lán)牙硬件的統(tǒng)一接口方法。它包括一個(gè)到基帶控制器和連接管理器以及進(jìn)入硬件狀態(tài)的命令接口,另外還包括控制和事件寄存器。
4. 邏輯連接控制和適配協(xié)議L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）
L2CAP在基帶層之上,是基帶與高層協(xié)議間的接口,處理更高層協(xié)議的復(fù)用、大數(shù)據(jù)包的拆分和重組、傳送以及服務(wù)質(zhì)量信息等問題。L2CAP與LMP并行工作。它們的區(qū)別在于當(dāng)數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)LMP時(shí),則L2CAP將采用多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)、群提取技術(shù)等為上層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。雖然基帶協(xié)議提供了SCO和ACL兩種連接類型,但是L2CAP只支持ACL,并允許高層協(xié)議以64K字節(jié)的速度收發(fā)數(shù)據(jù)分組。
5. 串口仿真協(xié)議RFCOMM
RFCOMM是基于ETSI的TS07. 10規(guī)范的串口仿真協(xié)議,支持藍(lán)牙設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。作為線纜替代協(xié)議,它在基帶上仿真RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號(hào),為使用串行線傳送機(jī)制的上層協(xié)議（如OBEX）提供服務(wù)。
6. 服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP(Service Discovery Protocol)
SDP工作于L2CAP層之上,用于發(fā)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備上的服務(wù)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議是藍(lán)牙技術(shù)框架中非常重要的一個(gè)部分,是所有用戶模式的基礎(chǔ)。使用SDP,可以查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型,此后藍(lán)牙設(shè)備之間的連接才能建立。
7. 電話控制協(xié)議
包括電話控制協(xié)議二進(jìn)制（TCS BIN）和AT命令集電話控制協(xié)議（AT Commands）。TCS BIN是面向比特的協(xié)議,定義了藍(lán)牙設(shè)備建立語(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫所需的控制信令,定義了處理藍(lán)牙TCS設(shè)備群的移動(dòng)管理進(jìn)程。AT Commands是電話控制命令,用于控制移動(dòng)電話和調(diào)制解調(diào)器等,由SIG在ITU-TQ．931基礎(chǔ)上開發(fā)而成。
8. 被采納的其他協(xié)議
PPP是IETF制訂的互聯(lián)網(wǎng)通信的基本協(xié)議。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP 工作于RFCOMM之上,用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)至點(diǎn)的連接。UDP/TCP/IP也是IETF制訂的互聯(lián)網(wǎng)通信的基本協(xié)議。在藍(lán)牙設(shè)備中使用這些協(xié)議,是為了與互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備進(jìn)行通信。OBEX是IrOBEX的簡(jiǎn)寫,是由紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA）制訂的會(huì)話層協(xié)議,采用客戶-服務(wù)器模式提供與HTTP相同的基本功能。電子名片交換格式vCard和電子日歷交換格式vCal都是互聯(lián)網(wǎng)郵件協(xié)會(huì)開發(fā)的開放性規(guī)范。無(wú)線應(yīng)用協(xié)議WAP 是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議論壇制訂的,融合了各種廣域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),其目的是將互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和電話傳送的業(yè)務(wù)傳送到數(shù)字蜂窩電話或者其他無(wú)線終端。選用WAP,可以充分利用無(wú)線應(yīng)用環(huán)境（WAE）開發(fā)的高層應(yīng)用軟件。
藍(lán)牙硬件設(shè)計(jì)方案
目前藍(lán)牙產(chǎn)品硬件都采用了兩塊芯片構(gòu)成的一個(gè)芯片組,一塊是射頻芯片,一塊是基帶控制芯片。
朗訊公司的W7020和W7400,飛利浦的UAA3558和PCD87750等,就是這樣兩塊芯片再加上外加的Flash、天線和電源芯片構(gòu)成一個(gè)藍(lán)牙模塊,用于各種藍(lán)牙產(chǎn)品中。
CSR（Cambridge Silicon Radio）公司提供的BlueCoreTM 01,在一片8×8平方毫米CMOS芯片上集成了射頻單元和基帶控制器,只要和內(nèi)含藍(lán)牙軟件棧的Flash配合,即可向數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備提供全兼容的藍(lán)牙接口。
MITEL公司提供的MT1020基帶控制器和PHILSAR公司提供的PH2401無(wú)線收發(fā)器,兩者配合可構(gòu)成完整的低功耗的藍(lán)牙模塊,提供高至HCI層的功能。
藍(lán)牙的問題
藍(lán)牙工作在2.4GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。因?yàn)镮SM頻段是免費(fèi)的公用頻段,所以已經(jīng)有一些通信協(xié)議和電子產(chǎn)品采用了這一頻段,典型的如802.11b和微波爐等,因此對(duì)藍(lán)牙特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保連接的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)保密。隨著藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用與推廣,藍(lán)牙與其他設(shè)備的共存問題必須加以詳細(xì)的研究和解決。這一問題正受到前所未有的重視,IEEE成立了專門小組,負(fù)責(zé)建立相互干擾的模型,并提出共存機(jī)制。相應(yīng)的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)組織也成立了共存問題研究小組。
由于藍(lán)牙工作的ISM頻段是對(duì)全球開放的頻段,它的安全性也引起了廣泛的注意。為了保證通信的安全,藍(lán)牙在鏈路層和應(yīng)用層提供了安全機(jī)制。在鏈路層,藍(lán)牙使用4個(gè)參數(shù),即藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR,認(rèn)證私鑰,加密私鑰和隨機(jī)碼RAND來(lái)保證通信安全。它包括密鑰的管理、信息的加密和設(shè)備的認(rèn)證三個(gè)方面。鏈路級(jí)安全機(jī)制的目的在于提供適當(dāng)級(jí)別的安全保護(hù)。如果用戶有更高級(jí)別的保密要求,可采用更有效的傳輸層和應(yīng)用層安全機(jī)制。
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