（通信与信息系统专业论文）蓝牙文件传输剖面及其应用实现.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 i 摘摘 要要 蓝牙是一种开放的短距离无线通信技术规范。蓝牙设备具有体积小、价格低 等特点，可方便地与采用嵌入式系统的电子设备（如：移动电话、掌上电脑、pda 等）集成，从而扩展这些电子设备的应用，并为用户带来使用上方便。 在蓝牙规范 1.2 版本的基础上，针对蓝牙应用中的无线数据问题，学位研究课 题主要进行了蓝牙文件传输剖面的协议分析、建模和仿真，并设计实现了基于蓝 牙技术的无线闪存盘。论文内容主要涉及以下几个方面： （1）介绍了蓝牙技术的原理和蓝牙应用产品开发所需的相关知识，分析了蓝 牙的协议模型及协议模型中的各层协议， 对蓝牙规范 1.2 版本中定义的应用剖面进 行了重点分析。 （2）全面阐述了数据对象传输（obex）协议的特点、数据分组结构及各种 操作，通过对蓝牙文件传输剖面的分析，比较了三种蓝牙文件传输剖面实现模型， 即：标准双处理器实现模型、嵌入式双处理器实现模型和完全嵌入式单处理器实 现模型的性能及应用环境。 （3）选择嵌入式双处理器实现模型，利用金瓯蓝牙开发平台，通过 vc+编 程，对蓝牙文件传输剖面进行了仿真实现，给出了蓝牙文件传输剖面的仿真软件 和编程实现过程。在仿真过程中，金瓯蓝牙开发平台封装蓝牙 rfcomm 层以下的各 层协议，用 c+代码在 windows2000 平台下实现 obex 协议的数据分组处理和文 件传输等操作，开发平台与 windows2000 之间的通信通过 rs232 串口完成。 （4）在仿真研究的基础上，通过在蓝牙芯片中封装蓝牙 rfcomm 协议层以 下的各层协议、在单片机中实现 obex 协议定义的数据操作，设计并实现了嵌入 式双处理器结构的无线闪存盘，该无线闪存盘工作可靠、性能良好。 关键词：关键词：蓝牙，无线通信，文件传输，剖面，数据对象传输 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ii abstract bluetooth is a kind of short distance wireless communication technology with the open technological specification. the bluetooth-based equipments, which hold such attractive characteristics as small size and low cost, can easily be integrated with some electronic devices operated under the environment of embedded software system, such as mobile phone, palmtop computer, personal digital assistant(pda), etc. so, the applicating scope of these integrated electronic devices can be extended to make subscribers convenient. this master degree research project has solved the wireless data transfer problems among the bluetooth applications by means of analyzing the bluetooth specification(1.2 version) , modeling and simulating the bluetooth file transfer profile, designing and realizing the bluetooth-based wireless flash disc. the summaries involved in this dissertation are as following: firstly, the basic principle of bluetooth wireless communication technologies and the relevant knowledge points requested to develop the utilitarian bluetooth products were introduced in this dissertation. the protocol model and every layer specification, especially, the specification of application profiles in bluetooth protocol version 1.2, were analyzed in detail. secondly, the characteristics, the data packet structures, and the various kinds of operations in the data object exchange (obex) protocol layer were present in an all-round way. the performances and application environments of three models for realizing the bluetooth file transfer profile, i.e. standard double processors(sdp) model, embedded double processors(edp) model and totally embedded processor(tep) model, were compared along with the analysis of bluetooth file transfer profile protocol. thirdly, the bluetooth file transfer profile protocol were simulated by choosing edp model, using jinou bluetooth developing platform(jbdp), and programming the vc+ language. the simulating softwares and simulated results were also provided. in the simulation scheme, the jbdp executes the protocols under the rfcomm layer in bluetooth specifications, and the vc+ programs under windows2000 environment operate the data packets dealing and file transfering functions defined in the obex protocol. the communication between the computer with windows2000 operation 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 iii system and the jbdp with embedded operation system was achieved through the rs232 serial port. finally, based on the simulation results, with executing the protocols under rfcomm layer in a specific bluetooth chip and dealing the data operations defined in obex protocol in a micro control unit(mcu), a wireless flash disc with the edp model structure was designed and realized . the reliable performances of the wireless flash disc were also certified by a set of test. keywords: bluetooth, wireless communication, file transfer, profile, data object exchange. 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 绪绪 论论 1.1 蓝牙技术概述蓝牙技术概述 蓝牙是一种开放的短距离无线通信技术规范，它可以用来取代个人电脑、打 印机、传真机以及移动电话等电子设备上的有线数据连接1。 蓝牙技术的特点有： 全球范围使用 蓝牙工作在 2.4ghz 的 ism（industry、science、medicine）频段，全球大多数 国家 ism 频段的范围是 2.42.4835ghz，使用该频段无需向各国的无线电资源管 理部门申请许可证。 可以传输语音和数据 蓝牙同时采用了电路交换和分组交换两种交换技术，支持一路数据信道，最 多三路语音信道以及数据和语音同时传输的信道。在蓝牙中定义了两种链路类型： 异步无连接 （asynchronous connectionless， acl） 链路和面向连接同步 （synchronous connection-oriented，sco）链路。acl 主要用来传输数据而 sco 链路主要用来 传输语音。 组网灵活 根据蓝牙设备在网络中的不同角色，可以将其分为主设备（master）和从设备 （slave） 。在建立连接时，主动发起连接请求的为主设备，响应方为从设备。几个 蓝牙设备可以连接建立成一个微微网（piconet） ，在一个微微网中只能有一个主设 备，一个主设备最多可以带 7 个从设备。蓝牙微微网的结构如图 1.1 所示： 图 1.1 蓝牙微微网 fig 1.1 bluetooth piconet 当几个微微网相互重叠时，可以组成为更为复杂的散射网（scatternet） 。根据 蓝牙设备在散射网中工作过程的不同，蓝牙设备可以成为某个微微网的从设备， 也可能同时又是另一个微微网的主设备。蓝牙散射网的结构如图 1.2 所示： 主设备 从设备 一个从设备 多个从设备 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 2 图 1.2 蓝牙散射网 fig 1.2 bluetooth scatternet 抗干扰能力强 工作在 ism 频段的设备很多，如家用微波炉、802.11b 设备以及 homerf 设备 等，为了抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙技术采用跳频（frequency hopping）的 方式来扩展频谱（spread spectrum） ，将 2.42.48ghz 的工作频段分为 79 个频点， 每两个相邻频点间的间隔为 1mhz，工作跳频速率为 1600hps。 体积小，便于集成到其它设备中 目前大多数个人移动设备的体积都很小， 而且许多电子设备的体积也有进一步 小型化的趋势， 这就要求嵌入到这些设备内部的蓝牙模块体积更小。 2004 年 12 月， 英飞凌（infineon）公司宣布其 bluemoon unicellular 蓝牙芯片的封装尺寸已经缩 小到 55 毫米，随着微电子技术及制造工艺的进一步发展，蓝牙模块的体积还会 进一步缩小。 功耗低 蓝牙设备在连接状态下，有四种工作模式：激活（active） 、呼吸（sniff） 、保 持（hold）和休眠（park） 。active 模式是正常的工作状态；sniff 模式下从设备周 期地被激活；hold 模式下从设备停止监听来自主设备的数据分组；park 模式下主 从设备仍然保持同步，但从设备已经不需要保留其激活成员地址。这三种节能模 式中，sniff 模式的功耗最高，对于主设备的响应最快，park 模式的功耗最低，对 于主设备的响应最慢。定义出这三种节能模式就是为了尽可能降低蓝牙的功耗。 开放的协议标准 为了推广蓝牙技术的使用，蓝牙特别兴趣小组(special interest group，sig)在 制定蓝牙协议时将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都 可以进行蓝牙产品的开发，只要最终能通过 sig 的蓝牙产品兼容性测试，其蓝牙 产品就可以推向市场。 低成本 在蓝牙产品刚刚面世时，其价格昂贵，随着蓝牙技术的不断成熟和市场需求的 不断扩大，据专家预计，蓝牙芯片的量产价格将低于 5 美元，而且价格还有进一 步下滑的趋势2345。 从设备 主设备 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 3 1.2 课题背景及意义课题背景及意义 1994年，爱立信公司成立专项科研小组对蓝牙技术进行可行性研究，1998年， 爱立信、诺基亚、ibm、东芝和intel组成了蓝牙特别兴趣小组，并随后发布了蓝牙 无线通信技术规范。到目前为止，已经有包括摩托罗拉、朗迅、康柏、西门子、 高通、3com、tdk等大公司在内的几千家公司和机构宣布加入了蓝牙特别兴趣小 组，一起致力于蓝牙技术的发展。 随着信息技术的高速发展，短距离数字通信已无处不在。然而目前，这些通 信大部分都是通过设备间数据线来完成的，随着电子设备的增多，使用和保存这 些电子设备上的数据线变得越来越麻烦，人们也越来越渴望电子设备之间的通信 能够无线完成。经过十几年的发展，蓝牙技术已经相当成熟，利用蓝牙技术代替 这些设备之间的数据传输缆线并为其提供无线连接已经成为可能。而且随着蓝牙 技术功能的不断完善，能够利用蓝牙技术的地方也将随之不断增多。 在国内，个人通信终端市场庞大，在2004年8月的统计中显示国内手机用户已 经达到了3.1亿，而在2005年2月，咨询机构idc的研究报告称，今年全球销售的手 机中有百分之13将具备蓝牙功能，而到2008年这一比例将攀升至百分之53，市场 调查公司emc数据显示，在全球销售的手机中其中中国内地的用户数目就占了四 分之一，这些调查数据已经说明，蓝牙技术在中国也会有广阔的市场前景。正是 看到了这一点，国内许多公司已经投入到蓝牙技术的研究中来，有些公司已经走 到了开发蓝牙应用的前列，比如重庆金瓯科技有限公司就是国内最早进行蓝牙产 品开发，技术实力最强的公司之一。但和国际上知名大公司大规模的资金投入相 比，国内进行研发的机构和企业规模还很小，市场上可见的国内公司自主研发生 产的蓝牙产品不多。随着蓝牙技术的逐步完善，蓝牙芯片价格的不断下降，基于 蓝牙技术的应用将全面展开。继续投入到蓝牙技术应用研究和实现上来对促进我 国蓝牙产品市场发展将具有重要的意义6。 1.3 蓝牙与主要相关技术的比较蓝牙与主要相关技术的比较 除蓝牙技术外，在短距离无线通信技术领域中其它较为成功的技术还有红外 技术、ieee802.11b和homerf技术等。这几种技术的诞生都早于蓝牙，它们与蓝 牙技术之间互有优劣。 红外通信技术是通过波长为850nm的红外光传输数据，由于红外光直线传输、 易受遮挡，目前，主要的应用是点对点视距传输，收发装置的夹角一般也在30度 以内， 常用通信距离为13m。 因为红外技术的发展和这方面的应用已经相当成熟， 所以蓝牙在其规范中专门定义了红外互操作性协议，这样一些应用红外技术的产 品就可以方便的移植到蓝牙技术上来。由于红外技术传输媒质本身固有的限制以 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 4 及蓝牙技术的不断成熟和可以兼容红外互操作协议的特点，蓝牙将会有更大的应 用空间。 802.11b是ieee802工作组制定的无线局域网标准之一， 主要用于实现办公环境 小范围内的移动组网和无线接入，802.1lb工作在与蓝牙相同的2. 4ghzism频段， 目前主要应用于数据传输，其数据传输速率可高达11mbps，实际的工作速度在 5mbps左右，传输距离在室外最长为300m左右，在办公环境中最长为100m左右， 802.11b的传输速率和安全性比蓝牙高，在局域网的无线接入应用方面具有一定的 优势，基于802.llb技术的无线网络接入点，可以很好的支持多个无线用户终端(例 如：笔记本电脑等)接入本地局域网以及访问互联网。但是它在功耗和成本上无法 与蓝牙相比，因而目前除了作为网络接入点之外，在其它要求功耗低、成本低的 应用领域和便携式设备上的应用还很少。而蓝牙正好可以很好的应用在这些领域， 与802.11b技术相互补充8。 homerf技术建立在共享无线访问协议(swap)之上，该协议主要针对家庭无 线局域网， 同时支持语音和数据通信。 使用时分多址技术， 同样工作在2. 4ghzism 频段，采用跳频技术，每秒跳频速率为50次，最大发射功率为l00mw，其有效传 输距离约为50m，数据传输速率可达2mbps，最多可支持6个全双工的语音信道9。 homerf技术非常适用于家庭网络环境，据统计，目前大约一半以上应用于家庭的 无线计算机产品都是基于homerf技术。homerf技术侧重于个人电脑及其外设所 组成的无线局域网，主要针对家庭语音与数据的无线连接，其不仅可以组成家庭 范围内的局域网，还可以将家庭中的一些电器设备通过相应的网络接入点与公共 交换电话网（pstn）以及互联网相连。但是homerf技术与802.11b技术一样，在 成本上仍然无法与蓝牙抗衡，其也是面向特定的应用领域，与蓝牙并不冲突10。 从应用环境来看，以上三种技术都有各自的优势和应用领域，但也有不足之 处，它们在很大程度上与蓝牙相互补充。蓝牙技术具有一整套全新的协议，使之 能应用于更多的场合。 蓝牙技术使用 1600hps 的跳频技术， 因而具有很强的安全性 和稳定性， 同时它还具有低功耗、 低成本和体积小等特点。 总的来讲， 目前， 802.11b 比较适于办公室中的企业无线网络，homerf 可应用于家庭中的无线局域网连接， 而蓝牙技术则可以应用于绝大部分可以用无线方式替代数据传输线缆的场合，由 于蓝牙技术的这些优势，在今后的发展中，蓝牙无疑将拥有更加广泛的应用前景。 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 5 2 蓝牙协议栈及其分析蓝牙协议栈及其分析 2.1 协议模型协议模型 蓝牙协议栈的最底层是偏重于物理层的射频层，更高层分别为基带层协议、链 路管理协议、逻辑链路控制与适配协议，其余更高层的协议包括线缆替代协议以 及服务发现协议等。图2.1详细描述了蓝牙技术完整的协议栈系统模型。 图2.1 蓝牙协议栈系统模型 fig2.1 bluetooth protocol stack system model 从图2.1可以看出，在蓝牙协议栈中定义了很多协议，但并不是所有的应用程 序都用到协议栈的全部协议，不同的应用程序使用协议栈中不同的协议层。越接 近底层的协议，由越多的应用程序所共享，特定的应用需要相应的协议层作为支 持，例如，文件传输应用就需要对象交换协议层作为支持，而对象交换协议层又 是建立在线缆替代协议层之上。 完整的蓝牙协议栈按照不同的协议层功能可分为蓝牙技术特有的核心协议层 (如逻辑链路控制与适配协议和链路管理协议)、电缆替代协议层、电话控制协议层 以及运行在其它平台上的选用协议层（如对象交换协议、用户数据报协议、无线 应用协议等）四类。电缆替代协议层、电话控制协议层和选用协议是sig定义的面 vcard/vcal 对象交换 无线应用环境 无线应用协议at 命令集服务发现协议 服务发现协议 控制协议规范 用户数据 报协议 传输控制 协议 网际协议 点到点协议 线缆替代协议 逻辑链路控制与适配协议 音频 链路管理协议 基带 蓝牙射频 主机控制接口 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 6 向应用的协议层，他们为上层应用服务，从而使各种上层应用能独立的运行在蓝 牙核心协议上。蓝牙协议栈按功能分层及相应的协议如表2.1所示111213： 表2.1 蓝牙协议栈分层 table2.1 bluetooth protocol stack layer 蓝牙协议层 协议栈部分 蓝牙核心协议 基带（bb） 链路管理协议（lmp） 逻辑链路控制和适配协议（2lcap） 业务发现协议（sdp） 电缆替代协议 rfcomm 电话控制协议 二进制电话控制协议 选用协议 at命令集 点对点协议（ppp） 用户数据报协议（udp）/传输控制协议（tcp）/网络协议（ip） 对象交换协议（obex） 无线应用协议（wap） vcard vcalender 红外移动通信（irmc） 无线应用环境（wae） 2.2 射频和基带单元射频和基带单元 蓝牙工作在2.4ghz的ism频段，采用时分双工技术（tdd） ，最大发射功率分 为100mw（20dbm） ，2.5mw（4dbm）和1mw（0dbm）三个等级，与发射功率相 对应，蓝牙的有效通信距离为10010m。在蓝牙中还采用了跳频技术，跳频速率 为1600hps，对应于多时隙分组，跳频速率有所降低，在建立连接以及查询等状态 时其跳频速率提高为3200hps。每一蓝牙设备，都可根据规范标准得到一个唯一、 公开的48bit的蓝牙地址码（bd_addr） ，在bd_addr基础上，使用一些性能良 好的算法可获得各种保密和安全码，从而保证了每个蓝牙设备获得全球唯一的识 别码（id） ，以用于通信过程中设备的鉴权和通信的安全保密。 在蓝牙规范1.2版本中， 基带符号速率为1mbps， 以数据分组的形式按时隙传送， 每时隙0.625ms，蓝牙系统采用sco和acl两种链路连接方式，sco链路支持对等 的、 电路交换方式的点对点连接， 因而主要用于语音， 每一个sco链路支持64kbps 的语音通信，其数据分组必须在规定的前后相同间隔时隙上传输。acl链路主要 用于突发数据的传输， 它支持对等 （主从都为432.6kbps） 的或非对等 （主721kbps、 从57.6kbps）的、分组交换方式的点对点和点对多点的连接，其数据可在任意时隙 传输。当acl链路传输占用sco链路的预留时隙时，一旦系统需要sco链路传输， acl链路则自动让出这些时隙以保证sco链路数据的实时性。蓝牙基带数据分组 可分成链路控制分组、sco分组和acl分组3大类。目前已定义的链路控制分组有 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 7 bluetooth host other higher layer driver hci driver phy.bus driver bluetooth controller baseband controller firmware link manager hci firmware bluetooth controller baseband controller firmware link manager hci firmware bluetooth host other higher layer driver hci driver phy.bus driverphysical bus (usb、pc card、other) firmware physical bus (usb、pc card、other) firmware hci physical hci physical physical bus hardware physical bus hardware user date 4种。sco分组和acl分组最多可分别定义12种，目前已分别定义了4种和7种。大 多数数据分组在传输时只占用1个时隙，有些大的数据分组可占用3个或5个时隙。 在数据分组传输过程中蓝牙采用了循环冗余校验（crc） 、前向纠错校验（fec） 以及自动重发请求（arq）三种纠错校验机制以提高通信的可靠性。 2.3 链路管理协议链路管理协议 链路管理器（lm）之间的通信协议为链路管理协议，主要负责完成设备功率 管理、链路质量管理、链路控制管理、数据分组管理和链路安全管理五个方面的 任务。链路管理器利用链路控制器（lc）提供的功能实现这些服务，链路控制器 的服务功能有：接收和发送数据；设备号请求；链路地址查询；建立连接；验证； 协商并建立连接方式；确定分组的帧类型；设置监听方式；设置休眠方式等。蓝 牙链路管理器运行在蓝牙模块中，蓝牙用户可通过链路管理器对本地或远端蓝牙 设备的链路情况进行设置和控制以实现对链路的管理。管理消息在链路管理器之 间以协议数据单元(pdu)的方式传输，这些数据单元比用户数据分组的优先级要 高，它们在接收端被链路管理器过滤和处理而不传递到更高层。 2.4 主机控制接口协议主机控制接口协议 图2.2 hci模型 fig2.2 hci model 主机控制接口是蓝牙协议中软、硬件之间的接口。它为链路管理器等提供了 一种调用下层基带、链路控制器、状态和控制寄存器的统一命令接口。主机控制 接口模块包括位于主机端的主机端驱动（hci driver）和位于蓝牙设备上的固件 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 8 （hci firmware） 两部分， 主机控制接口以上的主机端驱动软件实体运行在主机上， 而主机控制接口以下的固件功能一般由蓝牙设备实现，二者之间通过一个透明的 主机控制接口传输层来交互信息，主机控制接口传输层的物理连接方式有三种： usb接口、rs-232接口和uart接口。主机端驱动将从高层得到的待传输数据和命 令送到蓝牙设备中，同时接收蓝牙设备提交的数据和事件。图2.2说明了主机控制 接口在蓝牙设备通信过程种所处的位置。 通过主机控制接口传输层传输的信息包括命令、事件和数据三类数据分组。 命令由主机端发送给蓝牙设备；事件由蓝牙设备提交给主机；数据则是双向的。 主机端发给蓝牙设备的命令按执行方式可以分为同步命令和异步命令，同步命令 主要用于本地查询和设置参数，完成后立即返回；异步命令一般用于比如建立连 接等操作的双方通信过程。主机控制接口固件收到命令后，先返回一个命令状态 事件command_status_event,报告命令参数是否正确，完成后再返回一个命令完成 事件，报告命令是否完成。 2.5 逻辑链路控制与适配协议逻辑链路控制与适配协议 逻辑链路控制与适配协议是基带的上层协议，它与链路管理协议并行工作。 逻辑链路控制与适配协议可以向上层协议提供面向连接和无连接两种数据服务， 它采用多路技术、分割和重组技术、群提取技术，允许高层协议以最多64kbit长度 收发数据分组。逻辑链路控制与适配协议只支持acl链路，但可以将语音数据进 行分组，采用逻辑链路控制与适配协议来打包进行发送。 逻辑链路控制与适配协议向上层协议提供的功能主要有： 协议复用 多个高层协议可共享一个公共物理链接，从逻辑上看每个协议都有自己的通 道，但由于基带协议不能识别高层协议，所以通过逻辑链路控制与适配协议来支 持上层协议的复用，它能区别sdp、rfcomm、tcs等高层协议，并能正确地收 发相应的数据分组。 分段和重组 蓝牙基带分组的大小有一定的限制，这就限制了高层协议有效的利用带宽以 传输更大的数据分组，逻辑链路控制与适配协议通过分段与重组功能，可以支持 大于最大基带分组的最大传输单元（mtu），提高数据分组的传输效率。 协商服务质量 在逻辑链路控制与适配层建立连接的过程中允许通过协商改变两台设备间的 服务质量。 组管理 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 9 蓝牙的基带协议支持微微网，在微微网中的蓝牙设备使用同一时钟同步跳频。 逻辑链路控制与适配协议的组管理功能可以有效的将协议的组映射到基带的微微 网，以避免高层协议为了有效的管理组而与基带协议直接联系。 2.6 电缆替代协议电缆替代协议 电缆替代协议是sig制定的蓝牙“适配协议”中的一种，其主要用于解决对传 统协议的适配问题，该协议支持蓝牙设备间的点对点通信而且提供串行线接口的 应用软件支持。电缆替代协议是基于欧洲电信标准协会（etsi）标准ts07.10的传 输协议，在蓝牙逻辑链路控制与适配协议上仿真rs232串口的控制和数据信号，这 样就可以充分利用蓝牙规范的软、硬件体系，为使用串行线传送机制的上层协议 提供服务。其中，最常用的基于串行线传送机制的高层协议有ppp、obex和at命 令集等。 电缆替代协议的应用参考模型如图2.3所示： 图2.3 rfcomm应用参考模型 fig2.3 rfcomm application consult models 表2.2详细描述了图2.3电缆替代协议参考模型中的各个组件。 表2.2 rfcomm参考模型中的组件 table2.2 the package in rfcomm consult models 组件 描述 应用程序 是指应用串口通信接口的应用程序 端口仿真实体 端口仿真实体将系统的通信接口（api）映射为rfcomm的服务。它与 rfcomm一起构成一个端口驱动程序。 rfcomm 提供了在l2cap信道上的透明数据流和控制信道，仿真串口。 服务注册/发现 应用程序在服务器上的注册服务， 并为客户端提供服务。 客户端应用程序 能够发现该服务并连接使用该服务 l2cap 协议复用 基带 蓝牙定义的基带协议 在蓝牙设备之间只能存在一个电缆替代协议会话，但在会话的过程中，根据 服务注册/发现 应用 端口仿真实体 sdp rfcomm l2cap 基带 端口接口 （e.g.vcomm） rfcomm 服务接口 数据 通用控制参数 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 10 不同的数据链路连接标识码（dlci）可以有多个数据链路连接（dlc）信道。在 建立新的数据链路连接时，建立连接的请求发起端首先检查是否已经存在与远端 设备之间的电缆替代协议会话，如果已经存在，就在电缆替代协议会话上建立新 的数据链路连接。其中，电缆替代协议会话通过两端的蓝牙设备地址来标识。 在电缆替代协议中一些常用的操作有： 启动程序 在启动rfcomm服务时，首先客户端设备通过l2cap协议层，建立到服务器 rfcomm实体的l2cap信道，建立l2cap信道后，客户端在dlc0上发送命令并 等待对等协议的正确响应来启动rfcomm复用器。 关闭程序 在关闭程序时，客户端设备通过在dlc0上发送命令帧，而服务器的对等协议 则对命令进行正确的响应来关闭l2cap信道以及rfcomm复用器。 链路丢失处理 在工作过程中如果出现链路丢失，本地设备的rfcomm实体就要发送链路丢 失通知给端口仿真实体（或端口代理实体）的各个有效dlc，这时rfcomm会话 所占用的所有资源都将被释放。 分配数据链路连接识别码 在一个rfcomm会话中，会话两端的每一个应用程序都需要定义不同的dlci 值，以便于会话两端的蓝牙设备区分不同的上层应用程序。 在会话中，通过方向位d来区分请求的发起端和响应端，请求发起设备的方向 位d1， 而响应设备的方向位d0。 当在已存在的rfcomm会话上建立新的dlc 时，根据方向位以及其它一些信息来确定用哪一个dlci来标识连接两端的应用程 序， 以后该应用程序就使用该dlci标识的连接在两台设备间传输所有的数据分组。 根据方向位的不同， dlci可分为两部分，请求响应端的应用程序可使用的dlci 值是2、460；而请求发起端的应用程序可使用的值是3、561。 2.7 服务发现协议服务发现协议 服务发现协议是蓝牙客户端用来发现其它蓝牙设备上服务的协议，在服务发 现过程中，请求服务发现的蓝牙设备为客户端，而响应请求的蓝牙设备为服务器。 蓝牙客户端设备在访问其它蓝牙设备上的服务前，需要知道一些对方提供哪些服 务的相关信息。客户端根据不同的服务类型来寻找服务，sdp中有三种查找方式， 即：servicesearch transaction,serviceattribute transaction以及 servicesearchattribute transaction。在客户端未知服务的情况下，客户端设备首先 搜索附近的其它蓝牙设备，并与搜索到的设备进行连接来执行服务查询；而在客 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 11 户端已知服务的情况下，客户端设备就直接与已知服务的蓝牙设备连接来进行服 务查询。 服务发现协议中一些常用的操作有： 服务搜索 在客户端接收服务器提供的服务之前，客户端首先发出服务搜索请求，这时 客户端就在一个uuid（uuid是用以表示服务属性的重要参数值，长度为128位） 表中查找服务记录，如果搜索到的uuid包含于任一已知的服务记录属性值，服务 搜索过程就可匹配到这条服务记录。 服务搜索处理 服务搜索处理过程如图2.4所示： 图2.4 服务搜索处理过程 fig2.4 deal course of sdp 在客户端进行服务搜索时，该服务搜索是按照一定的过程来进行的，首先服 务搜索的客户端发送一个sdp_servicesearchrequest用以查找分配给服务器的服务 记录，其次服务器一旦收到该请求后，就检查其服务记录数据库，并响应包含服 务记录句柄的sdp_servicesearchresonse。 2.8 电话传输控制协议电话传输控制协议 电话传输控制协议与语音通信有关，该协议包括二元电话控制协议(tcs bin) 和at命令集电话控制协议。tcs bin是面向比特的协议，在该协议中定义了蓝牙 设备间建立语音和数据呼叫的控制信令， 处理蓝牙tcs设备群的移动管理进程之间 建立语音和数据呼叫的控制信令以及处理tcs设备群的移动管理进程。而at命令 集是基于itu-t v.250建议和gsm07.07的协议， 用于控制多用户模式下的移动电话 和调制解调器，还可以用于传真业务。 2.9 选用协议选用协议 为实现蓝牙的各种不同应用，在蓝牙协议栈中还包括ppp、udp/tcp/ip、 obex、 wap、 vcard、 vcal、 irda、wap等选用协议。 其中ppp协议位于rfcomm 上层，用于完成点对点的连接；udp / tcp / ip协议是由internet工程任务组制定的 用于internet通信的协议， sig在蓝牙中使用该协议是为了能与internet相连接的设备 进行通信；obex是由红外数据协会(irda)制定的一种类似于http协议的会话层 客户端 服务器 sdp_servicesearchrequest sdp_servicesearchresponse 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 12 协议，在obex协议中定义的电子名片交换格式,电子日历及日程交换格式都是开 放性规范，它们都没有定义传输机制，而只是定义了数据传输格式，这样使传输 过程可以独立于传输层；sig采用vcard/vcal规范，是为了进一步提高蓝牙满足个 人信息交换的能力；无线应用协议（wap)是由无线应用协议论坛制定，该协议融 合了各种广域无线网络技术，sig采用wap是为了将internet内容和电话传送的业 务传送到数字蜂窝电话和其他无线终端上14。 2.10 应用剖面应用剖面 图 2.5 是蓝牙剖面结构的详细描述。 图2.5 蓝牙剖面结构 fig2.5 bluetooth profile structure 连接因特网的信息设备很多，比较常用的有：调制解调器、路由器、个人计算 机、掌上电脑等。这些设备的硬件具备标准的网络接口，例如个人计算机网卡具 备标准的以太网接口；路由器具备标准的 v.24 接口等。在软件上，操作系统主要 有 unix、netware 以及 windows 等，其都支持标准的 tcp/ip、ppp 等通信协议， 所使用的与因特网相关的应用软件有 explorer、ftp、outlook 等，也都支持标准 的 tcp/ip、ppp 等通信协议。因此连接因特网的各种信息设备，只要支持标准的 网络接口与 tcp/ip、ppp 等通信协议，就能成为通行全世界的产品，而不再需要 制定另外的标准或应用剖面来规范这些信息设备。 蓝牙设备与目前这些常用的因特网设备有一些不同，其主要差异有： 1.蓝牙技术能实现的功能很多，可应用于比因特网设备更广泛的地方； 2.蓝牙技术发展出许多自身特有的通信协议； 通用访问剖面 服务发现应用剖面 电话管理协议二进制应用剖面 无绳电话应用剖面对讲电话应用剖面 串口仿真剖面 拨号网络应用剖面 传真应用剖面 耳机应用剖面 局域网访问应用剖面 通用对象交换剖面 文件传输应用剖面 对象推应用剖面 同步应用剖面 重庆大学硕士学位论文 2 蓝牙协议栈及其分析 13 3.蓝牙设备间有特有的连接与侦听方式，例如发送查询与呼叫信号等。 由于蓝牙技术的这些特点，目前蓝牙设备并没有统一的操作系统以及应用程 序，蓝牙设备也不能象因特网设备一样只要支持标准的通信协议就能实现蓝牙设 备之间的互通性。为了实现不同厂商蓝牙设备之间的互连互通，sig制定了一套蓝 牙设备标准的运行方式，在其中规定参数的定义、发射信号送出的时机与顺序、 设备所负责的工作等，这种规定就是蓝牙技术标准内的剖面。 在sig制定的一些常用蓝牙应用模型中，每个应用模型都有一个特定的应用剖 面，用该剖面来定义支持该应用模型的协议栈以及用于实现某种功能的一些消息 和进程。其中所有定义的功能都是强制的，每一个满足该应用模型的蓝牙设备都 必须遵循这种特定的方式，这就保证了同样的功能对每个设备来说都是以同样的 方式工作，而与设备制造商无关，真正实现蓝牙设备间的互连互通。 从图2.5中可以看出，蓝牙剖面结构中有四个可应用于各种不同应用剖面模型 的通用剖面： 通用访问剖面(gap)， 串口仿真剖面(spp)， 服务发现应用剖面(sdap) 以及通用对象交换剖面(goep) 。 通用访问剖面 gap是蓝牙应用中最基本的通用剖面结构，蓝牙的所有应用都是基于gap的， 通过gap可以设置蓝牙设备的各种状态，服务发现模式、安全模式及是否需要加 密等参数。 服务发现应用剖面 sdap也是蓝牙应用中的一个通用剖面， 蓝牙设备可以通过sdap来发现其它设 备所提供的服务。 串口仿真剖面 spp是用来在蓝牙设备之间实现虚拟串口，并且建立蓝牙连接的剖面结构。它 提供了一系列的接口仿真电缆串口， 使其上的应用剖面可以像使用