無線藍牙通信協議架構體系的分析

劉宏濤

摘 要： 藍牙通信技術，現在已經是非常成熟的短距離數據傳輸技術。在藍牙系統中，為了支持不同應用，需要使用多個協議，這些協議按層次組合在一起，構成了藍牙協議棧.藍牙協議棧是藍牙技術的核心組成部分，它能使設備之間互相定位并建立連接，通過這個連接，設備間能通過各種各樣的應用程序進行交互和數據交換。

關鍵詞：協議棧 硬件層 中間層 頂層

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0011-01

協議棧是整個藍牙通信協議的核心組成部分。它的功能就是讓多個設備之間建立連接，然后設備之間根據此鏈路運用程序模塊的功能進行數據交換和交互通信。通常該體系由硬件層、中間層及頂端應用層組成。

一、硬件層模塊

無線收發器、基帶控制器和鏈路管理層組成該模塊系統。藍牙基帶控制器是藍牙硬件模塊的關鍵模塊。無線收發器是藍牙設備的核心，任何藍牙設備都要有無線收發器，由它來完成數據間的發射及接收功能。基帶控制器主要用于數據幀的編碼及跳頻技術的實現和數據傳輸功能的保障。鏈路管理層負責為通信提供建立及斷開，并保障通信的安全。硬件模塊為以下幾個部分組成：RF射頻信號功能是將信號通過過濾器使得信號能夠按位數進行相應的操作，并且在此之間的頻段采用的是工業級別的頻段，是不需要經過授權認證的。在此頻段的信號都可以利用其特性得到更廣泛的應用。

鏈路管理協議顧名思義是指用于在信號建立和連接方面的通信協議，通過該協議能夠保證信號鏈路的安全及暢通。根據鏈路類型的劃分可以分為有面向連接的和無面向連接的鏈路。其中有分組16個，4組用于控制。異步鏈路的帶寬由藍牙網的主節點控制，藍牙網是一個微微網。它的組成最大不能超過256個連接設備，并且工作狀態是由一個主節點和七個從節點構成。

連接時的節能狀態有3種狀態。分別是等待、保持、呼吸狀態。目的是為了保證較低功率場合中藍牙設備也能實現連接。等待是指節點被按一定的時間間隔監聽主節點的聲音，主節點能夠發出的聲音信號有3種：一是詢問該節點是否愿意成為活動節點；二是詢問其他正在等的節點是否愿意成活的節點。三是廣播消息。

藍牙技術采用了3種糾錯方式，分別是1/3前向糾錯FEC、2/3前向糾錯以及自動重發ARQ。在無編號發送中選用自動重發方式，這時接收端會選擇向發送端提供兩種不同的接收方式，一是正確的數據信息或者是錯誤的信息，如果收到的是錯誤的信息，發送端將自動重發。

藍牙安全因素的產生是由于藍牙技術的開放性和多用途性造成的。雖然藍牙通信本身有一定的安全系數，但鏈路層和應用層的安全管理還是很重要。鏈路層中的安全措施是為了每一個用戶提供一個個人標識碼PIN，藍牙系統將其翻譯成128位的鏈路密鑰，并進行單雙認證。藍牙安全機制提供了大量的方案。鏈路使用不同長度的密碼將其加密，加密方案機動靈活到允許協商密碼的長度。

二、中間層

1.主機控制器接口協議（Host Controller Interface Protocol，HCI）

2.邏輯鏈路控制與適配協議（Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP） 用于在鏈路電路中對信道的控制及對信號的分配使用功能，可以準確無誤使信號到達目的地。該協議在整個協議棧中起到關鍵性作用。

3.串口仿真協議（RFCOMM）

4.電話控制協議（Telephony Control Protocol）對語音信號的控制及傳輸性能的改善。

5.服務發現協議（Service Discovery Protocol，SDP）用于對網絡中的可用協議的引導并發現服務期間業務參數變化的情況，使得服務模式趨于完善。

三、頂端應用層

頂端應用層是協議棧中最重要的部分，它的功能是對藍牙功能模塊的定義。新的應用模塊需要在此層進行定義而且程序應用開發利用也是建立在此基礎上的。例如：文件傳輸功能就是指藍牙設備之間傳送各種數據信息文件。要求傳輸文件的設備顯然是藍牙設備，不管是哪種設備，從傳輸角度來看，可以歸結成客戶/服務器?？蛻魪姆掌飨螺d，也能向服務器發送文件。服務器是一種使用OBEX文件夾列表格式的遠端藍牙設備。要求其文件目標交換服務、支持文件夾瀏覽功能。

數據同步在兩個通信設備進行通信時必不可少，只有同步，才能讓信息正確無誤地傳送，也能保證用戶在任何時候、選擇任何藍牙設備，都能正確獲得信息。與其他的數據同步信息比較，藍牙設備數據同步還有一個鮮明特征，就是接收設備既可以處于通電工作狀態，也可以處于休眠狀態，基至還可以處于未開機狀態。例如：移動電話接到一條信息，就可以把該消息發送至筆記本電腦，而筆記本電腦甚至允許在包中沒有開機。顯然，數據同步能夠使不同藍牙設備的“個人信息管理成為現實。

所以，無線藍牙設備能夠與多種設備之間的互聯依賴于上述協議架構的建立，這也體現了藍牙技術的連接多樣性。

參考文獻

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