（通信与信息系统专业论文）蓝牙应用模型的研究与免提应用模型的实现.pdf

河海大学硕士学位论文 摘要 本课题是国家“十五”科技攻关项目“基于b l u e t o o t h 技术的无线接入系统”、 江苏省“十五”重大科技攻关项目“c d m a 无线接入系统”的研究内容之一。 本论文的主要任务是研究蓝牙的应用模型，并实现车载免提应用模型和耳机应用 模型。作者对蓝牙车载免提应用规范和蓝牙耳机应用规范进行了详细的研究和分 析，参与了蓝牙车载免提和蓝牙耳机的研发工作，提出了蓝牙车载免提和蓝牙耳 机的研发方案，并在w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6 平台下研制出车载免提的音频网关，最 后利用c s r 开发套件实现了蓝牙耳机。 全文共分为五章。第一章概述了课题背景以及作者的主要：【作与论文结构。 第二章介绍了蓝牙技术标准，包括蓝牙的系统组成、协议框架和应用模型等，并 和其他的无线网技术做了简单比较。第三章简要介绍了蓝牙车载免提系统和蓝牙 无线耳机研究与实现所用到的开发平台g 1 8 、c s rb l u d a b 和m c f 5 2 7 2 。第四章 详细地分析了蓝牙车载免提应用模型，给出了模型的结构体系、协议框架和两端 的互操作过程，提出了蓝牙车载免提的软硬件实现方案，最后陈述了车载免提的 实现情况。在第五章中，分析了蓝牙耳机应用模型的结构体系和协议栈，然后给 出了根据c s r 提供的开发套件实现蓝牙耳机应用模型的情况。 本论文所研制的车载免提网关与项目组其他成员所研制的免提终端实现了 互通，完成了车载免提规范所定义的基本功能。在项目组其他成员的配合下研制 出了蓝牙耳机，其各种功能都符合规范所定义的标准。 【关键词】：蓝牙应用模型车载免提耳机音频网关 第1 页 河海大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep r o j e c to ft h i st h e s isi ss u p p o r t e db yt h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o j e c t o fl o t hf i v ey e a rp l a ni nc h i n a ( 2 0 0 i b a l 0 2 c ) a n dt h es c i e n c ea n ( 1t e c h n o l o g yk e y p r o j e c to fl o t hf i v ey e a rp l a ni nj i a n g s u ( b g 2 0 0 0 0 0 8 ) t h em a i nt a s ki st or e s e a r c h a n di m p l e m e n th l u e t o o t h h a n d s f r e ep r o f i l ea n db l u e t o o t hh e a d s e tp r o f i l e t h et h e s i s g i v e st h ea n a l y s i sa n di m d l e m e n t a t i o no fh a n d s f r e ep r o f i l ea n dh e a d s e tp r o f i l e t h e d e s i g no fs o m es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fh a n d s f r e ea n dh e a d s e ti s d i s c u s s e d t h e s c h e m eo f t h e mi sa n a l y z e d f i n a l l y ，t h ea u d i og a t e w a yi sd e s i g n e db a s e do n w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6p l a t f o r m m e a n w h i l e ，b l u e t o o t hh e a d s e tp r o f i l ei sr e a l i z e db yc s r d e v e l o p m e n tk i t t h ew h o l et h e s i si sd i v i d e di n t of i v ec h a p t e r sa sf o l l o w s f i r s t l y ，t h eb a c k g r o u n do fs t u d yi si n t r o d u c e d t h eb l u e t o o t ha p p l i c a t i o na n d t h ep r o s p e c to fb l u e t o o t hp r o f i l e sa r ed i s c u s s e d s e c o n d l yt h eb l u e t o o t hs t a n d a r dh a sb e e ni n t r o d u c e d t h ec o m p o n e n t so fs y s t e m a n dp r o t o c o ls t a c ka n dp r o f i l em o d u l e so fb l u e t o o t ha r ed e l i n e a t e d a f t e rt h a t ，g 1 8 ，c s rb l u e l a ba n dm c f 5 2 7 2a r ei n t r o d u c e ds i m p l y t h e n ，t h eb l u e t o o t hh a n d s f r e ep r o f i l ei si n t r o d u c e d a n a l y s et h ec o m p o n e n t so f s y s t e ma n dp r o t o c o ls t a c ka n dt h eo p e r a t i o np r o c e d u r eb e t w e e nt e r m i n a l sa n da u d i o g a t e w a y sa r ed e l i n e a t e d d is c u s s i o nh a sb e e np l a c e do nt h es i m u l a t i r er e a l i z a t i o no ft h ea u d i og a t e w a yo f t h eb l u e t o o t hh a n d s f r e ep r o f i l eo nw i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6p l a t f o r m f i n a l l y ，t h eb l u e t o o t hh e a d s e tisr e a l i z e db yt h ec s rd e v e l o p m e n tk i t b a s e do nt h eh l u e t o o t hh a n d s f r e ep r o f 1 e ，t h ea u d i og a t e w a yi s c o m p l e t e do n w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6p l a t f o r m w h i c hc a nc o m m u n i c a t ew i t ht h et e r m i n a ld e s i g n e db yo t h e r s w i t ht h eo t h e rm e m b e r sh e l p ，t h eh e a d s e tb a s e do nt h eb l u e t o o t hh e a d s e tp r o f i l e i s i m p l e m e n t e d k e y w o r d s 】：b l u e t o o t hh a n d s f r e ep r o f i l eh e a d s e tp r o f i l ea u d i og a t e w a y 第n 页 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得河海大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谭t 意。 签名：日期：塑塑 关于学位论文使用授权的说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 签名：扭翮虢盟日飙醴毯 第一章绪论 1 1 车载免提系统的现状 第一章绪论 随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，移动通信工具正越来越成为人 们生活中不可缺少的一部分，尤其是手机。但同时，由于司机在开车过程中使用 手机带来的交通安全隐患也不能忽视，鉴于此，国内外很多大城市都开始禁止在 驾车过程中接听电话。如何解决司机在驾车行驶中使用手机便成了各大通信公司 与汽车公司相互探讨的一个问题。 目前，国外很多大公司( 如西门子) 都已经开发完成了车载电话免提系统， 系统可兼容单频或双频、g s m 网络或g r p s 网络。该系统通过不同的适配器可 以兼容多种厂商的手机，它通过置于汽车内部的麦克风和收音机的扬声器来实现 电话的车内免提通话，有来电的时候无论收音机是否打开或者是否播放音乐都会 自动静音并切换至电话模式。如a u d i a 6 汽车中配置的西门子车载电话免提系统 就属于此类系统。但存在的问题是价格偏高，操作比较复杂，适用的车型太少， 并且最大的不便是车载电话必须要放在车内的固定插槽上，限制了车载电话使用 的灵活性。 与此同时，人们还采取了多种手段来实现汽车的免提功能，如把音频信号用 电线引出，或是把信号调制发射后，利用车上的调频广播来接收放大音频信号。 国内还有公司研制出全智能化的车载语音电话，它采用了全过程语音输入、语音 呼出和全免提接听的方式，具有大容量的语音存储系统，在用户拨打或接听电话 的时候，只需用口讲出被叫方的名字就能很快的接通电话。此类系统存在的主要 问题是电话的拨打主要靠语音拨号，由于语音拨号技术精确度的限制且易受外界 声音的干扰都限制了这类系统的应用前景。 蓝牙技术的产生为车载免提系统的实现提供了一个更好的平台。采用蓝牙技 术的免提系统可以与进入车内的蓝牙手机形成小范围的无线网络，蓝牙手机可以 放在车内以车载免提终端为中一t l , 1 0 m 范围内的任何一个地方，只要通过免提系 统的按键就可以在开车的时候随意地接昕、拨打电话。 1 2 基于蓝牙技术车载免提系统的优势 1 9 9 8 年蓝牙技术由爱立信、诺基亚、m 、东芝、英特尔等五大公司发起， 目标是提供一种全球范围内通用的短距离无线接入标准。它工作在2 4 g h zi s m ( i n d u s t r i a l 。s c i e n c ea n dm e d i c i n e ) 开放频段，采用短包和快跳频的技术，具有 很强的抗干扰能力。蓝牙技术可同时支持数据、音频、视频信号，使用分组交换 和电路交换的混合方式。在蓝牙设备组成的一个微微网中最多可有七个处于连接 状态的从设备。 蓝牙是一个开放性的、短距离无线数据、语音通信的全球规范，它可以用于 在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互 连，可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通 第1 页 河海大学硕士学位论文 信。因为蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的c m o s 芯片中，因此它特别适用于 小型的移动通信设备。 蓝牙各个应用规范的提出更将蓝牙的应用范围拓展到了一个新的宽度，对于 车载免提系统来说，蓝牙的诞生无疑为其实现提供了一个更加合理的方案。 首先，蓝牙技术具有全方位，低辐射的特性。目前出现的各种免提终端设备， 手机跟免提设备之间的通信无疑是有线跟无线两种。有线的连接：大大妨碍了车载 免提电话的灵活性，手机在车内的存放位置也受到了很大的限制。而无线的连接 大多数采用了射频，如把手机的话音信号通过调频在某个频段发射出去，车内的 收音设备调到该频段就可以来实现接听电话的功能，这样的射频对人体会造成一 定的影响，并且功能单一。蓝牙的出现提供了解决车载免提终端跟手机之间的一 个更合理的连接方式：蓝牙的无线连接。蓝牙的射频模块其辐射很低，对人体产 生不了影响，免提终端和手机只要相隔1 0 m 之内，不管在车内的任何地方都可 以进行通信，对通信的方位性要求很小。手机可以放在司机的公文包或者口袋里， 只要靠免提终端而不用触摸您的手机就可以实现手机的各种功能。 其次，蓝牙技术的强大功能。现在，大多数免提终端都是通过汽车内置的收 音设备来充当免提终端的，所以免提终端的功能甚少。而蓝牙模块之间强大的信 息交互功能与语音传输功能更为基于蓝牙技术的免提终端提供了更为强大的功 能，例如只要作为音频网关的蓝牙手机支持三方通话，免提终端就可以支持三方 通话。同时免提终端可以配置l c d ，这样不用看手机就可以得知来电的号码， 并且还可以显示出音量的大小等各种功能。 从上可知，在车载免提系统的实现上，蓝牙技术有其无法比拟的优势。相信 随着蓝牙技术的不断改进，以及蓝牙2 0 标准的推出，蓝牙技术：芷此领域中的前 景会更加广阔。 1 3 作者的主要工作及论文的主要结构 蓝牙特别兴趣组( b s i g ) i h 分别在2 0 0 1 年和1 9 9 8 年给出了免提应用模型 规范h a n d s f r c ep r o f i l e 2 1 和耳机应用模型规范h e a d s e tp r o f i l e 3 1 。规范中初步制定 了蓝牙耳机应用模型和蓝牙车载免提应用模型实现的协议框架，需要共同遵循的 流程和设置的参数。不同厂商的产品只要都基于该模型规范就可以共同完成组网 的功能。 本学位论文的主要任务是基于蓝牙技术的蓝牙应用模型的研究与免提应用 模型的实现。论文作者主要对蓝牙免提应用模型进行研究、分析和实现，完成了 蓝牙车载免提网关端在w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6 平台上的实现和蓝牙：j 云线耳机的软硬 件开发。 本文分为五章，各章的安排如下： 第一章介绍该课题的背景，并介绍论文的主要内容和章节安排。 第二章简要概述蓝牙技术，包括蓝牙系统的各部分组成、协议栈结构和应 用模型体系，最后简单比较蓝牙技术和其它短距离无线传输技术，并对蓝牙的应 用前景做了简单的展望。 第2 页 第一章绪论 第三章简要介绍了蓝牙车载免提系统的实现所用到的开发平台g 1 8 、c s r b l u e l a b 和m c f 5 2 7 2 。 第四章详细地分析了蓝牙免提应用模型。首先详细讨论该模型中定义的链 路建立、语音链路的建立和释放、音量的遥控等主要过程，然后论述车载免提网 关端在w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6 平台下程序开发的情况，最后在w i n d o w s 2 0 0 0 x 8 6 平 台下，借助v o s 提供给上层的函数接口完成了车载免提网关端的开发，并严格 遵循蓝牙规范与免提终端进行互通。 第五章给出蓝牙耳机软硬件的开发情况，阐述如何利用c s r 开发板来研制 符合蓝牙耳机应用模型的蓝牙耳机。 第3 页 第二章蓝牙技术概述 2 1 蓝牙技术的概述 第二章蓝牙技术概述 蓝牙是种短距离无线通信的技术规范，他最初的目标是取代现有的掌上电 脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接，形成一种个人身边的网络，使 得在其覆盖范围之内各种信息化的移动或固定设备都能无缝地实现资源共享。其 实质内容是要建立通用的无线空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算 机进一步结合，使不同厂家生产的这类设备在没有电线或电缆相互连接的情况 下，也能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。 1 9 9 8 年5 月，由爱立信( e r i c s s o n ) 、诺基亚( n o k i a ) 等公司联合发起，组 织成立了蓝牙特别兴趣组( s i g ) ，旨在制定和修改b l u e t o o t h 的技术规范和推广 其应用州。到目前为止，b s i g 的成员已接近3 0 0 0 。2 0 0 1 年2 月，s i g 对外公布 了蓝牙1 1 版本的标准，预计今后还会不断推出更新的版本。 蓝牙设备工作在2 4g h z 的工科医频段( i s m ，i n d u s l 矗a l ，s c i e n c ea n d m e d i c i n e ) ，在大多数国家为2 4 0 0 2 4 8 3 5 m h z ，使用7 9 个频道，间隔均为11 v i i z ； 采用时分双工( t d d ，t i m ed i v i n o nd u p l e x ) 方式；调制方式为b t = 0 5 的g f s k ， 调制指数为0 2 8 - - 0 3 5 ；最大发射功率分为三个等级，分别是：1 0 0 m w ( 2 0 a b i n ) ， 2 5 m w ( 4 d b m ) 和一l m w ( 0 d 1 3 m ) ，在4 2 0 d b m 范围内要求采用功率控制，由此 可见，蓝牙考虑的最大通信距离大约为1 0 1 0 0 米。另外，到1 1 版本，蓝牙的 基带符号速率仍为i m b s ，采用数据包的形式按时隙传送，每时隙0 6 2 5us 。不 排除将来采用更高的符号速率。蓝牙支持6 4 k b s 的实时语音传输和各种速率的 数据传输，语音编码采用对数p c m 或连续可变斜率增量调制( ( ：v s d ，c o n t i n u o u s v a r i a b l es l o p ed e r a m o d u l a t i o n ) 。语音和数据可单独或同时传输。跳频也是蓝牙 使用的关键技术之一，对应于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1 6 0 0 跳每秒；对应 于多时隙包，跳频速率有所降低：但在建链时( 包括寻呼和查询) 则提高为3 2 0 0 跳每秒。使用这样高的髟频速率，b l u e t o o t h 系统应该具有足够高的抗干扰潜力 和多址能力。 蓝牙的目标是：在所有移动设备之间以及任何小范围的各种信息传输设备、 各种电器设备之间建立起无线连接。随着通信技术的日新月异网络正逐渐走向 宽带化、智能化和个人化，而现有p c 的使用却受到越来越多的限制，严重阻碍 了更多人走进i n t e m e t 获取信息，而蓝牙标准正是帮助人们实现随时随地无线接 入网络的最后l o 米的新兴技术。 这一章，从蓝牙协议的分层结构，蓝牙设备的系统组成，j 直牙应用模型以及 蓝牙系统的关键技术等凡方面来介绍一下蓝牙技术。 2 2 蓝牙系统组成 蓝牙系统一般由射频单元、基带单元、链路管理单元和软件功能单元四个功 能单元组成。 第5 页 河海大学硕士学位论文 射频单元 此单元主要包括调制部分和天线部分。蓝牙工作在2 4 g h z 的i s m 频段，调 制方式为g f s k ，采用快速确认和跳频方案以确保链路稳定。蓝牙的天线部分采 用微带天线。当功率等级为i 时，天线功率为0 d b m ，可以实现l o 米以内的通信。 如果功率等级为i i 时，天线功率达到l o o m w 以上，可以满足1 0 0 米左右的通信 要求。 基带单元 基带单元是蓝牙系统中的最关键部分之一。注意蓝牙基于微：激网机制，需具 备强壮性、低复杂度、低功率、低成本的特点，而这在基带层技术中有所体现。 b l u e t o o t h 技术支持一个异步数据通道，或三个并发的同步话音通道，或一 个同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持6 4 k b p s 的同步话音： 异步通道支持的最大速率为7 2 1 k b p s ，反向应答速率为5 7 6 k b p s 的非对称连接， 或者是4 3 2 6 k b p s 的对称连接。 基带部分采用以下三种方案进行纠错： i 3 比例前向纠错( f e c ) 码 2 3 比例前向纠错码 数据的自动请求重发方案 基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。鉴权基于“请求一响应” 运算法则。鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一 个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加 密被用来保护连接中的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应 用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。 链路管理单元 链路管理器( l m ，n 【1 l 【m a n a g e r ) 软件实现链路的建立、验证、链路配置 及其它的协议。链路管理器可发现其它的链路管理器，并通过链路管理协议 ( l m p ，l i n k m a n a g ep r o t o c 0 1 ) 建立通信联系，l m 利用链路控制器( l c ，l i n k c o n t r o l l e r ) 提供的服务实现上述功能。l m 模块提供如下服务：发送和接收数据、 请求名称、链路地址查询、建立连接、鉴权、链路模式协商和建立、决定帧的类 型、将设备设为s n i 纾漠式或是h o l d 模式、当设备不需要传送或接收数据但仍需保 持同步时将设备设为暂停模式等。 软件功能单元 蓝牙的软件( 协议栈) 是一个独立的作业系统，不与任何操作系统捆绑，并 要求符合标准的蓝牙规范。蓝牙规范包括两部分：第一部分为核心部分，用以规 定诸如射频、基带、连接管理、服务发现、传输层以及与不同通信协议间的互用、 互操作性组件；第二部分为应用规范( p r o f i l e ) 部分，用以规定不同蓝牙应用 所需的协议和过程。 软件结构将实现以下功能：配置及诊断；蓝牙设备的发现；电缆仿真；与外 第6 页 第二章蓝牙技术概述 围设备的通信；音频通信及呼叫控制；交换名片和电话号码的网络协议等。 2 3 蓝牙网络拓扑结构 微网内的设备有两种：主设备和从设备( 参见图1 7 ) 。微网内主设备的时钟 和跳频序列被用来同步所有其他设备( 即从设备) 。执行寻呼并建立连接的设备 即默认为该微网的主设备。而微网中与主设备的时钟和跳频序列同步的设备就是 从设备。 蓝牙系统能支持两种连接，即点对点连接和点对多点连接，这样形成了两种 网络拓朴结构：微微网( p i c o n e t ) 和散射网络( s c a t t e r n e t ) 。在一个微微网中， 只有一个主单元( m a s t e r ) ，最多支持七个从单元( s l a v e ) 与m a s t e r 建立通信。 m a s t e r 靠不同的跳频序列来识别每一个s l a v e ，并与之通信。若干个微微网形成 了一个散射网络，如果一个蓝牙设备单元在一个微微网是一个m a s t e r ，在另一 个微微网中可能就是一个s l a v e 。图2 1 和图2 2 分别是微微网和散射网络的拓 扑图。 图2 1p i c o n e t 拓扑图 图2 2s c a t t e r n e t 拓扑国 几个微微网可以被连接在一起，靠跳频顺序识别每个微微网。同一微微网的 所有用户都与这个跳频顺序同步。其拓扑结构可以被描述为“多微微网”结构。 在一个“多微微网”结构中，在带有1 0 个全负载的独立的微微网的情况下，全 双工数据速率超过6 m b s 。 2 4 蓝牙协议栈 蓝牙规范的核心部分就是协议栈。这个协议栈允许设备定位、互相连接并彼 此交换数据，从而在蓝牙设备之间实现互操作性的交互式应用：蓝牙的通信协议 也采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建 立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量( q o s ) 、协议的复用和分用等功 能。层次结构使其设备具有最大可能的通用性和灵活性。根据通信协议，各种蓝 牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备，从而 第7 页 河海大学硕士学位论文 构成微微网( p i c o n e t ) 或分散网( s c a t t e r n e t ) ，实现系统提供的各种功能。完 整的蓝牙协议体系结构如图2 3 所示，显示了数据经过无线传输时，所有协议之 间的相互关系。 图2 3 篮牙协议栈 此体系协议结构按功能可分为四层： 夺核心协议：l m p 、l 2 c a p 、$ d p ； 夺电缆替代协议：r f c o b m ； 夺电话传送控制协议：t c sb i n a r y 、a t 命令集： 夺可选协议：p p p 、u d p t c p i p 、o b e x 、w a p 、v c a r d 、v c a l 、i r d a 、w a e 除了上述协议层外，蓝牙协议还规定了主机控制接口( h c i ) ，它为基带控制 器、连接控制器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口，在蓝牙设备的主机和基 带模块之间提供了一个通用接口。 在蓝牙协议栈中，不是所有的应用都必须使用全部协议，可以只采用部分纵 向协议，利用特殊的服务来支持主要应用。协议还可以有其他的相互关系，在某 些应用中这种关系是有变化的。例如，如需控制链路管理器时，可使用逻辑链路 控制应用协议、二元电话控制规范或链路管理协议。 2 4 1 蓝牙核心协议 蓝牙核心协议是蓝牙技术标准所特有的协议，由s i g 开发制定。所有的蓝牙 设备都必须支持核心协议以及蓝牙无线接口。 基带协议 基带及其链路控制协议使两个蓝牙设备间的物理射频链路形成微微网。这层 第8 页 第二章蓝牙技术概述 协议利用查询和寻呼过程同步传输跳频序列和不同蓝牙设备的时钟，它提供s c o 和a c l 两种不同类型的物理链路，s c o 和a c l 可以复用在同一条射频链路上。 链路管理协议( l m p ，l i n km a n a g e rp r o t o c 0 1 ) 链路管理协议负责蓝牙各设备间链路的建立和控制，包括控制和协商基带分 组的大小。它还通过鉴权和加密，来产生、交换、检查链路和加密密钥以保证安 全性。l m p 还控制蓝牙无线设备电源模式和工作周期，以及微微网内蓝牙单元的 连接状态。 接收端的链路管理器滤出并解释l m p 消息，因此它们并不发到上层。l m p 消 息比用户数据的优先级更高。如果链路管理器要发送数据的话，它不会因l 2 c a p 的业务流量而产生延迟。并且，l m p 消息不需要显示地确认，这是由于逻辑信道 提供了足够可靠的链路，所以确认就不必要了。 逻辑链路控制和适应协议( l 2 c a p ，l o g i cl i n kc o n t r o la n da d a p t a t i o n p r o t o c 0 1 ) 逻辑链路控制与适配协议支持高层协议的复用，分组的分段和重组，以及业 务质量( q o s ) 。l 2 c a p 允许高层协议和应用程序收发长至6 4 k 字节的数据。尽 管基带协议定义了s c o 和a c l 两种链路类型，l 2 c a p 只支持a c l 链路。对应 音频和电话应用的话音质量的信道通常都是在s c o 基带链路上运行的。但是， 也可以将话音数据进行分组，采用l 2 c a p 之上的一些通信协议来发送。 业务发现协议( s d p ) 业务发现在蓝牙技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模型的基 础。通过s d p ，可以查询到设备信息，服务类型和服务特征。用户可以从邻近的 服务中选一个可用的，然后就可以在两个或多个蓝牙设备间建立连接。 2 4 2 电缆替代协议 蓝牙技术标准中包括在无线链路中传送控制信令的两个协议，它们仿真了通 常用于有线链路的信令。 r f c o m m r f c o m m 是基于e t s l0 7 1 0 规范的串行线仿真协议。r f c 伪皿4 在l 2 c a p 上仿真r s 2 3 2 控制信号和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议( 如 o b e x 、拨号上网、f a x ) 提供服务。r f c o m m 允许在两个设备间的一条物理 链路上提供多个“口”进行传输。它支持模拟串口和远端串口控制。r f c o m m 是基于l 2 c a p 层和基带来完成其基本功能的，它提供可靠数据传输、多路同时 连接、流量控制和模拟串行电缆线的设置与状态管理等功能。 电话控制协议 电话控制协议( t c s ) 是面向比特的协议，它定义了蓝牙设备间建立语音和 数据呼叫的控制信令以及处理蓝牙t c s 设备群的信令。基于i t u tq 9 3 1 建议 的t c s 被指定为蓝牙的电话控制协议规范。它主要提供呼叫控制和组管理功能。 第9 页 河海大学硕士学位论文 以无绳电话为例，t c s 支持移动性、通话链路可进入节电状态、可把呼入电话 广播式发往所有电话、建立s c o 话音链路。它也支持内部电话的直接通话。 2 4 3 选用的协议 p p p 蓝牙技术标准采用了i e t f ( i n t e m e t 工程任务组) 开发的点到点协议( p p p ) 。它 定义了如何在串行点到点链路上传输口数据报。数据报就是在链路上基于尽力 而为的原则传送的数据单元。当利用调制解调器通过拨号或路由器上网的时候， 会用到p p p 协议。 t c p t c p 是一个面向连接的、端到端的可靠传输协议，适用于支持多网络应用的 协议层次结构。t c p 以口数据报或分组的形式向接收主机的相应进程传送数据。 t c p 定义了将数据流分成分组发送，并在接收端将分组按顺序重组成数据流以及 通过重传来代替丢失或误码的分组的过程。 对象交换( o b e x ) 协议 o b e x 本来是由红外数据协会( i r d a ) 开发的会话层协议，即i r o b e x ( 红 外对象交换) 协议。它支持以简单和自发的方式交换对象。例如，o b e x 定义了 一个文件夹列表对象，用于浏览远端设备上的文件夹目录。o b e x 的基本功能和 超文本传输协议( h t t p ) 相同，不过它更简便。和h r r p 一样，o b e x 基于客 户机- h i 务器模式，与实际传输机制无关。 2 5 蓝牙应用模型 应用模型( p r o f i l e ) 是为蓝牙核心协议的各种应用提供解决：疗案，是不同厂 商生产的蓝牙设备之间能够互通的基础。每个应用模型都要通过相应协议层的组 合才能完成其功能，每个蓝牙设备都支持一种或多种应用模型 5 1 。 任何一种蓝牙应用必须符合应用模型的规定，以实现与不同厂商生产的蓝牙 设备之间的互通性。本论文的课题便是蓝牙应用模型的研究及免提应用模型的实 现。后面的章节将详细的分析研究了蓝牙的应用模型及其体系。 2 6 蓝牙与其它短距离无线传输技术的比较 同样作为短距离无线传输技术的还有i r d a ( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ) 、 h o m e r f 、i e e e 8 0 2 1 1 系列以及新的w p a n 8 0 2 1 5 系列【“l 。它们：昏有特点和应用 空间。 i r d a 是红外线传输标准，其特点为传输速率每秒1 1 5 k b ，传输角度为3 0 度， 点对点半双工传输，最大传输距离1 米。其窄角度传输的特性使用户无需介入操 作，同时也提供了很多的安全性和易操作性。而蓝牙传输的全方向性使所有的周 围设备都可以作为交互的设备，必须执行一套耗时的设备发现操作，并通过服务 第1 0 页 第二章蓝牙技术概述 发现等操作选择合适的设备交互。但这种特点，在蓝牙自组织网络的时候就显现 出优势了，蓝牙设备很容易和周围设备组织成网络进行交互，只要在一定的范围 内，而不需要在特定的方向内。 h o m e r f 技术建立在共享无线访问协议( s h a r e dw i t l e s sa c c c s sp r o t o c o l ， s w a p ) 之上。该协议主要针对家庭无线局域网，同时支持数据和语音通信。其 数据通信采用简化的e e 8 0 2 1 l 协议标准；语音通信部分采用数字增强型无绳 电话( d 培t a l e n h a n c e dc o r d l e s s t e l 印h o n y ，d e c t ) 标准，使用时分多址( t i m e d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ，t d m a ) 技术。h o m e r f 同样工作在2 4 g h z 频段，采 用跳频技术，每秒跳频5 0 次，最大功率为1 0 0 m w ，有效范围为5 0 m 。h o m e r f 的传输速率为1 m b p s 或2 m b p s ，最多可支持6 个全双工的语音信道【1 2 】。 i e e e 8 0 2 1 l 是无线局域网标准，它主要定义了物理层和m a c ( m e u r n a c c e s sc o n t r 0 1 ) 层的规范。在物理层，支持红外线、f h s s 跳频扩谱以及d s s s 直扩方式i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 。其m a c 层采用了c s m a c a 载波 监听多重访问冲突避免( c a r r i e rs e n s em u l 邱l e a c c e s sw i t l lc o l l i s i o n a v o i d a n c e ) 协议。8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 1 a 是两个扩展的标准，8 0 2 i l a 工作在5 g h z 频段，传输 速率高达5 4 m b s ，而工作在2 4 g h z 频段的8 0 2 1 1 b 则适合于家居环境，最高速率 可达1 1 m b s ，不过成本较高价格较贵【6 】。 从现在来看，以上三种技术都有各自的优势和应用领域，并且在很大程度上 与蓝牙技术相互补充。蓝牙技术的优势是显而易见的，在今后的发展中，不敢说 它可以取代其他的无线技术但无疑拥有更加广泛的应用前景。 2 7 蓝牙技术的应用 蓝牙技术使各种移动设备、计算机外设等数字设备之间的无线廉价连接成为 可能，它不仅取代了这些设备之间的电缆连接，而且还使得许多数字设备的功能 得到了扩充，让原来独立的数字设备可以与其他设备连网交换信息。s i g 也无法 预测到蓝牙技术会带来多少新的应用，在这种可以被集成到几乎任何数字设备的 技术提出以后，人们充分展开想象，提出了许多的应用设想，有些已经有产品问 世。下面简要介绍一些s i g 所支持的应用及相关产品。 蓝牙技术在计算机及外设中的应用包括：计算机与键盘和鼠标等计算机外设 的无线连接：多台计算机共享一台打印机等设备资源；数码相：饥、p d a 和移动 电话等与计算机进行数据通信；多台计算机组成无线局域网等。 蓝牙无线语音通信的应用：如无线耳机和车内的免提电话系统等。 无线网络的实现：包括拨号上网和网络接入点两种“互联网桥”的实现方法。 拨号上网可以使得笔记本电脑等移动设备通过移动电话接入n e m e t ；蓝牙无线 网络接入不仅可以让数字设备访问1 1 1 t e m e t 和接入本地局域网，还可以作为p s t n 的接入使用。 基于o b e x 替代红外技术的蓝牙技术应用：包括p d a 和笔记本电脑等设各 间交换电子名片，不同设备上的日程表和资料等实现同步，不同的设备之问传递 文件等功能。 第1 1 页 河海大学硕士学位论文 家用电器的蓝牙无线组网和遥控：让家用电器上网，可以在回家之前就打开 空调和热水器，使各种智能家电和信息网络相连。 实现“三合一”电话功能：将移动电话、无绳电话和对讲机三种功能集中在 一部电话中。 其他的应用，包括u s b 适配器、车锁，甚至还有蓝牙手表和钢笔等等。 2 8 本章小结 本章主要从蓝牙系统的角度上介绍了蓝牙技术的概念及蓝牙系统功能模块、 网络拓扑结构和协议结构，并对蓝牙与其它短距离无线传输技术进行了一下比 较，最后介绍了蓝牙技术的应用范围。 第1 2 页 第三章蓝牙免提系统开技硬件平台简介 第三章蓝牙免提系统开发硬件平台简介 本论文主要研究蓝牙免提系统，其包括车载免提系统与无线耳机。系统的研 究与实现主要用到三个开发平台：摩托罗拉g 1 8 模块、c s rb l u e l a b 和华恒 i - i h c f 5 2 7 2 l c d d e r 1 开发套件。 3 1g 1 8 模块 g 1 8 是m o t o r o l a 公司生产的g s mp h a s e i i + + g p r s 模块，工作于g s m 9 0 0 、 g s m l 8 0 0 和p c s l 9 0 0 三个频段，支持两种操作模式【9 】： g s mp h a s e + c 1 蠲s 4 ，支持语音、数据、传真和短消息。 g p r s c l a s s b ，多时隙( 1 ，2 ，4 ) ，支持c s l - c s 4 编码。 g 1 8 模块向外提供了几个接口： 夺电源接口。 夺r s 2 3 2 接口：t x d 、d t r 、r t s 、t x d 、d s r 、c t s 、d c d 和r j ，提供全流 控制。 夺s i m 卡接口：r e s e t 、c l o c k 、d a t a 、v c c 和d e t 。 夺d s c 总线：d s c e n 、u p l i n k 和d o w n l i n k ，支持数字音频和控制。 夺模拟音频：a u d i oi n 、a u d i oo u t 和a u d i og n d 。 夺控制信号：t s 、t e s t 和t xe n 。 g 1 8 模块提供的各种接口使得用户可以很方便地设计和实现g s m 终端，图 3 ，1 是g 1 8 模块典型应用的框图。c p u 通过r s 2 3 2 串行接口发送接收a t 命令来 实现对g 1 8 模块的控制和数据收发。 告粤r s 2 3 2 l 键盘 c p u e g 1 8 l c d 显示屏 模块 扬声器 一l 音频放大、滤波芦频输出 v lln 麦克风i ：4 音频放大、滤波l i 音频输冬, 图3 1 g 1 8 模块的典型应用 第1 3 页 河海大学硕士学位论文 3 。2c s rb l u e l a b 介绍 b l u e c o r e 2 一e x t e r n a l 是c a m b r i d g es i l i c o nr a d i o ( c s r ) 公司生产的单芯片蓝 牙系统1 7 1 。在一个6 * 6 m m 芯片上集成了处理器、d s p 、3 2 k b i t r a m 、蓝牙通信接 i z l 以及其它输入输出接口，用户可以在上面开发应用程序，如图3 2 所示。 l r a m l 1一 2 4 g h 2厂盂 r a d i o i一 i o r f i一 图3 2 b l u e c o r e 2 e x t e r n a l 系统结构 c s r 提供了开发套件b l u es u i t ，用户可以在上面开发自己的程序，包括嵌 入式程序的编译、烧写工具、驱动程序、软件开发包等8 1 。软件：f f 发包b l u e l a b 可以单独安装，其包括文件库、a p i 和开发调试工具。下面具体介绍一下常用文 件库及其函数接口。 夺m e s s a g e 库 m e s s a g e 库式消息管理模块，负责消息的动态分配、消息队列的管理、消息 的提取和分析处理等，对应的实现函数为m e s s a g e s c h e d ( ) 。所有的消息可以划 分为多个消息队列，每个消息队列称为一个任务。对每个任务的处理是在 d e c l a r e t a s k ( n u m b e r ) 中说明的，参数n u m b e r 是任务的标志符，取值范 围为整数o 1 5 ，其中0 和1 作为保留值代表c m 库和应用程序。 夺t i m e r 库 应用程序可能会周期性地执行某些代码，这便需要定时器，b l u e l a b 中提供 了时间库t i m e r 。t i m e r 库规定在同一时间最多可以使用3 0 个定时器，定时长度 最大为4 小时。t i m e r 库中定义的常用用户接口函数有启动定时器、关闭定时器、 重新设置定时长度等。 夺e v e n t 库 e v e n t 是应用程序获知系统发生某种变化的途径，不同的变化对应着不同的 事件( e v e n t ) 。系统将这些事件分为三个等级：m a j o re v e n t s 、l v l i n o re v e n t s 和 d e t a i le v e n t s 。m a j o r e v e n t s 是直接面向v m 的功能模块，其优先级最高；m i n o r e v e n t s 主要是与射频相关的事件，另外还包括p i o 中断和a d c 转换结束事件； d e t a i le v e n t s 是在h c i 之上的事件，属于应用程序的范畴。 夺s c h e d u l e r 痊 s c h e d u l e r 负责协调管理m e s s a g e 、e v e n t 和t i m e r 库，对应的实现函数s c h e d 构成应用程序的主要的框架。s c h e d 函数负责以循环的