（计算机系统结构专业论文）基于蓝牙系统上的文件传输技术研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 攘要 ， i 随着现代通信技术和家用电子电器的发展，蓝牙( b l u e t o o t h ) 以其短距离的无线传 输的特点得到人们的重视。基于蓝牙系统上的文件传输技术就是蓝牙的一个典型应用， 它的开发为后期的蓝牙应用研究奠定了基础。、 基于蓝牙系统上的文件传输技术是在其文件传输协议栈的基础上实现的，其软件 部分主要由电缆替代协议层( r f c o ) 、逻辑链路控制与适配协议层( l 2 c a p ) 、服务发 现协议层( s d p ) 、对象交换协议层( o b e x ) 和基带层( b a s e b a n d ) 组成。悃擀部分由 u s bd o n g l e 和b l u e c o r e o l 芯片组成。研究分析了o b e x 会话层的应用接口模型：r f c o m m 协议层的帧类型和帧结构；l 2 c a p 层的协议复用、分段和重组、组管理等功能以及其 状态转移机制：s d p 层的服务发现与搜索。实现了r f c o 删层的服务注册与撤消、连接 的建立与断开以及发送数据等功能；l 2 c a p 层的注册、建立连接以及发送数据等，并 给出了部分功能环节的实现流程和设计步骤。在分析基带层的分组格式与包结构的基 础上提出了文件传输信息包格式和差错控制编码算法。、j 构建了基于蓝牙系统上的无线传输硬件平台u s bd o n g l e ，为蓝牙设备间数据传输 建立快速连接o 它的文件传输范围最远可达1 0 米，而且不受直线约束。其单向数据的 传输速率达到7 2 、1 k b i t s 。同时它也支持两台p c 机间的双向传输，其数据传输速率最 高可达到4 3 2 k b i t s 。u s bd o n g l e 提供了热插拔和“即插即用”功能。u s bd o n g l e 体 积小，功耗低。它直接利用p c 机u s b 接口的电源，而无需外加电源。同时，u s bd o n g l e 也支持两台p c 机之间视频会议的传输。太 关键词：蓝牙；核心协议；文件传输；u s bd o n g l e 一 i 华中科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! 竺! = ! 曼鼍= ! 皇詈! = = = = 竺皇= ! 竺皇= = ! ! ! = = = = = 竺= ! = = ! = 皇= = ! ! ! ! = = = ! ! ! ! = 皇= ! = 竺= 竺 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , b l u e t o o t hw i l lb e t a k e ni n t oa c c o u n t b yp e o p l e b e c a u s eo fi t ss h o r tt r a n s m i s s i o nl i t t l e b y l i t t l e f i l e t r ；m s m i s s i o nt e c h n o l o g yb a s e do nt h eb l u e t o o t hs y s t e mi sat y p i ca p p l i c a t i o n ，i tb u i l d u pt h e b a s ef o rt h eb l u e t o o t ha p p l i c a t i o nr e s e a r c hi nf u t u r e f i l et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yb a s e do nt h eb l u e t o o t hs y s t e mi si m p l e m e n t e do nt h eb a s i s o ft h e p r o t o c o l s t a c k i t ss o f t w a r es e c t i o nc o n s i s t so fr f c o m m 、l 2 c a p 、s d p 、 o b e x ( o b j e c te x c h a n g e ) a n db a s e b a n dp r o t o c o l ，a n di t sh a r d w a r es e c t i o nc o n s i s t so ft h e u s bd o n g l ea n db l u e c o r e 0 1 c h i p t 1 1 i s d i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ea p p l i c a t i o ni n t e r f a c e m o d e lo fo b e x ：t h ef r a n l e t y p ea n df r a m es t r u c t u r eo fr f c o m mp r o t o c o l ； a n d p r o t o c o lm u l t i p l e x i n g ，p a c k e ts e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y , t h ec o n v e y i n go fq u a l i t yo f s e r v i c ei n f o r m a t i o no f l 2 c a p p r o t o c 0 1 a n a l y s i st h es t a t em a c h i n e o f l 2 c a p p r o t o c o l ；s d p p r o v i d e sam e a n sf o ra p p l i c a t i o nt od i s c o v e rw h i c hs e r v i c e sa r ea v a i l a b l e r f c o m ma n d l 2 c a p p r o t o c o l sa r ed e s i g n e do f t h es e r v i c er e g i s t r a t i o na n dd e l e g i s t r a t i o n c o n n e c t i o na n d d i s c o n n e c t i o n s e n d i n gd a t aa n ds oo n ，a n d t h ep a r tf l o w c h a r t sa n ds t e p sa r eg i v e n t h e p a c k e tf o r m a t o ff i l et r a n s m i s s i o na n dt h ec o d i n g t e c h n i q u e so f e r r o rc o r r e c t i o na r ed e s i g n e d b a s e do nt h ea n a l y s i so f t h e p a c k e t f o r m a ta n ds t r u c t u r eo f b a s e b a n d u s b d o n g l ew h i c hb a s e db l u e t o o t hs y s t e mi sb u i l t i ts u p p o r t st oe s t a b l i s hc o n n e c t i o n a n l o n gt h e b l u e t o o t hd e v i c e sq u i c k l y , a n dt h ed i s t a n c eo fi t st r a n s m i s s i o nc a ns u p p o r t s m a x i m a ln u m b e ro f1 0 m n o tr e s t r i c t e db yt h eb e e l i n e 1 1 1 ea s y n c h r o n o u sc h a n n e lc a n s u p p o r t sm a x i m a ln u m b e ro f7 2 1 k b sa s y m m e t r i c i ts u p p o r t st h es y m m e t r i ct r a n s m i s s i o n b e t w e e nt w op c ，a n dt h ec h a n n e ls u p p o r t st h e4 3 2 k b sa tb i d i r e c t i o n u s bd o n s l e s u p p o r t s p l u g a n dp l a y ”，a n di th o l d ss m a l ls p a c ea n dn e e d sl i t t l ep o w e r u s bd o n g l eu s e st h e p o w e ro f t h ep cu s bi n t e r f a c ed i r e c t l y i ts u p p o r t st h et r a n s m i s s i o no fv i d e oc o n f e r e n c e b e t w e e nt w op c k - e y w o r d s ：b l u e t o o t h ；b l u e t o o t h c o l ep r o t o c o l ；f i l et r a n s m i s s i o n ；u s bd o n g l e 一_ _ _ 一 i l 华中科技大学硕士学位论文 ! = = ! = = = = ! = = = = = ! = = = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = ! ! = = = = = ! = = = = = = = = ：= ： 1 绪论 1 1 课厦研究的背景、目的及意义 早在1 9 9 4 年，瑞典的爱立信公司便已经着手构想以无线电波来连接计算机与电话 等各种周边装置，决定建立一套短距离无线通信的开放标准，并以中世纪丹麦国王 h a r o l d 的外号为其命名“1 。 2 0 世纪对人类贡献最大的技术有2 0 项，其中有8 项是电子信息技术。在没有建立 i n t e r n e t 以前，有一句口号是让全世界计算机联接起来，事实上i n t e r n e t 已使5 0 0 0 万以上的计算机联接起来。数字技术使电信网、广电网、计算机网实现了部分融合。 而蓝牙技术能够将全部信息家电联接起来。到2 0 0 4 年，i n t e r n e t 将有1 0 亿网民，全 球有l o 亿移动电话用户，因此通过手机上网的人数将非常大，移动手持终端的市场 将非常广阔，这点很令人振奋。 面对如此诱人的市场，各个公司应在竞争前充分合作，共同培育市场，了解和建 立统一的技术标准，以免重复研究和贻误商机。自从爱立信提出蓝牙技术这个构想以 后，由于蓝牙技术许多优异的特征，因此立刻获得许多厂商的支持。所以在1 9 9 8 年2 月，爱立信、诺基亚、英特尔、东芝和i b m 公司共同发表声明将组成一个s i g ( s p e c i a l i n t e r e s tg r o u p ，特别兴趣组) 小组，共同推动蓝牙s i g 协会的成立。这5 家公司来 自不同的商业领域，其中爱立信与诺基亚为移动电话的市场领导者，i b m 与东芝为笔 记本电脑的领导厂商，英特尔则为数字信号处理( d s p ) 技术的佼佼者。不同商业领 域的厂商相互结合，也可以代表蓝牙技术的应用广泛。1 9 9 8 年5 月蓝牙s i g 协会分别 在英国伦敦、加州圣荷西及日本东京公开宣布该协会正式成立，并欢迎全世界的相关 - 厂商加入该协会，而蓝牙技术确实也获得了广大的回应，各厂商纷纷加入该协会并投 入蓝牙技术的开发行列。蓝牙技术所采用的就是一项公开技术标准，它经推出就获 ； 得了广泛的认同，现已出现了基于此标准的产品。未来的信息家电将是以i n t e r n e t 和家庭网络为基础，能以无线连接实现双向传输，蓝牙技术是符合信息家电需求的优。 选技术。 在室内的短距离无线通信方面，还有许多不同的无线标准，如无线局域网8 0 2 1 l b ( w i r e l e s sl a n ) 以及h o m e r f 等。但由于众多厂商都支持蓝牙技术标准，蓝牙技术 标准在这场竞争中取得了领先的地位。 l 华中科技大学硕士学位论文 皇竺竺竺! = ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺= ! 竺竺! ! ! ! ! 皇烹= = = ! = ! = 竺竺! ! ! 竺= = = = ! = ! ! ! ! 竺! = = = = = 基于蓝牙系统上的文件传输技术就是蓝牙技术的一个典型应用。它解决了居室到 处都充满的各种各样的电缆的苦恼。为解决有线电缆固有缺点：如使用不便、连线频 出故障、各种电缆之间不通用等诸多因素的问题。实现了两台p c 机之间的无线传输。 同时也为后期的其它数字设备与计算机之间的无线连接奠定了基础。 1 2 国内外研究概况 蓝牙技术经过酝酿、准备，其多种产品已经问世，有的开始走向市场。 1 2 i 蓝牙技术的现状 1 蓝牙芯片 蓝牙芯片是蓝牙系统的关键技术。1 9 9 9 年底，朗讯公司宣布了它的第一个蓝牙集 成芯片w 7 0 2 0 ，该产品由一个单芯片无线发送子系统、一个基带控制器和蓝牙协议软 件组成。2 0 0 0 年6 月m i t e l 宣布推出m t l 0 2 0 ，称是世界上第一种蓝牙基频宽控制器， 可进行语音和数据处理。2 0 0 0 年6 月下旬，英国初创公司( c s r ) 宣布推出第一个支 持短距离射频( r f ) 技术的单芯片r f 及基频i c ，该芯片采用低价策略，每颗售价8 美元，并于2 0 0 1 年底降到了5 美元。c s r 芯片组可支持的蓝牙操作频宽达2 4 g h z ， 并支持蓝牙软件层的快速闪存，能传输语音、数据等多种数据。2 0 0 0 年7 月，日本冲 嬲电气公司开始出厂了蓝牙芯片组及中间软件的工业样品“1 。 2 无线耳机 1 9 9 9 年1 1 月，爱立信公司展示了采用蓝牙技术的实用电话耳机，这是第一个采 用蓝牙技术使手得以解放的产品。蓝牙耳机轻巧、无线，通过内建蓝牙无线发送芯片 同插入移动电话上的蓝牙相连，与人通话十分方便。 3 手机 在2 0 0 0 年6 月新加坡举办的“通信技术亚洲展览会”上，爱立信公司展示了内 置蓝牙芯片的g p r s 手机r 5 2 0 m 和t 3 6 。 4 笔记本电脑 作为蓝牙技术的倡导者，i b m 宣布出台了一系列新的无线增强技术，以与i b m 成 功的t h i n k p a d 笔记本电脑的线路设计相配套，同时推出应用蓝牙技术的全新的 t h i n k p a d 笔记本电脑，该电脑带有p o r t o f i n o 端口，能方便的连接到无线调制解调器、 照相机和其它设备上，通过蓝牙技术，笔记本电脑将不再需要无线调制解调器或单独 _ - p 一 2 华中科技大学硕士学位论文 ：= ! = = = = = = = = = = = = = = = = = ! ! = ! ! ! = = ! ! = 詈! 竺= 皇竺! ! = 苎鼍! ! ! = ! ! ! ! ! 竺! 詈! ! 竺! 苎! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! 苎! ! ：= 的i s p 帐号，而是将来自笔记本电脑的数据通过无线电设备发送到蜂窝电话，然后再 由蜂窝电话进行传输。 5 无线操作的便携式硬盘 它可利用蓝牙技术无线接收数据，加以存储( 总容量可达2 0 0 兆) ，有了这种设 备之后，用户可在电脑主机与硬盘之间可进行无线操作。当他离开时可将硬盘带走， 防止他人非法操作。 6 个人电脑附件 东芝于2 0 0 0 年8 月推出了具备蓝牙通信功能的p c 卡“p a b t c 0 0 1 ”和可以安装 该p c 卡的模拟m o d e m “p a b t s 0 0 】”。使用p c 卡“p a b t c 0 0 l ”可以在笔记本电脑之间通 过无线方式传输文件。摩托罗拉公司也于同年公布了其第一批蓝牙产品，包括一个 p c m c i a 卡，一个u s b 附件。p c m c i a 卡和u s 8 附件都是个人电脑的附加设备，可以允 许个人电脑用无线方式交换信息和整理数据。 总之“，在蓝牙s i g 长长的成员名单中，国内企业寥寥无几。在国内除了少数几 家公司在蓝牙方面有所投入外，大多数企业还只是在观望，并没有真正行动起来。原 因在于：一方面，是由于蓝牙尚处于技术开发阶段，商用市场还没有形成，所以蓝牙 技术的前期投入相当巨大，这不是国内般企业所能承受的；另一方面，由于蓝牙运 行的2 4 g h z 的频带在我国还没有完全开放，致使厂商们对蓝牙在中国的未来趋势还 拿不准。同时，芯片生产和设计能力的落后也是影响国内蓝牙发展的重要原因之一。 由于目前蓝牙的技术开发主要集中在芯片的开发上，而我国在芯片生产和设计能力上 与国外的差距甚远，所以国内的应用开发厂商，只有耐心等待国外芯片技术的进展。 而且芯片产品化的时间、价格和供应量都难以保证，这些都增加了投入蓝牙技术的风 险。虽然国内的研究起步相对晚一点，但近几年来也吸引了政府部门和很多高校、 公司的大力投入。相继推出了自己的应用样品。 2 0 0 0 年9 月，长虹在国内第一个推出家用电器无线互联蓝牙技术产品“a v 无线 通”和“无线保姆”。l o 月，长虹成为中国家庭信息化网络技术体系标准制订委员会 会长单位。1 1 月，由国家组织的“家庭信息化网络技术体系研究及产品开发重点工 程”也在长虹启动。 目前中国已拥有大约4 亿多台电视机、约4 0 0 0 万台v c d 、近2 0 0 0 万台学习机， 大城市的电话普及率超过5 0 。面对中国家电市场日渐成熟的“金苹果”，蓝牙特别 兴趣小组( s i g ) 力倡中国家电业采用这一新的国际标准，以推动中国普及蓝牙技术， 促进我国信息产业的发展。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = ! 竺! ! = = = 竺! ! 竺= = = ! = 竺= ! 竺= = = = ! = ! ! ! ! ! = = = = ! = = = 皇= = = ! 竺= = = = 竺竺! 竺竺竺芒竺! ! ! 竺! 竺竺 信息家电的大浪正席卷而来，“信息产品家电化”与“家电产品信息化”将是大 势所趋。未来的家电产品将越来越趋于网络化、智能化、个性化，成为信息终端，提 供网络服务；未来的信息产品也将不断降低应用门槛，成为方便、易用、人人都离不 开的家庭消费品；而无线通讯和i p 宽带网的发展将使先进的网络终端大显身手，加 速信息产品和家电产品的融合。因此，一体化家电将成为各大家电巨头争夺的焦点。 1 ：2 蓝牙技术发展动向 1 向广度发展 蓝牙技术可以支持很多应用，而支持手机、电脑笔记本和p d a 仅仅是蓝牙应用的 第一阶段，而后蓝牙的应用将由手持终端扩展到各行各业，如汽车、航空、消费类电 子、信息家电等“”。如( 1 ) 蓝牙支持的车载电话：汽车制造商计划在车上安装车载免 提电话系统，与蓝牙相顺从的移动电话一同工作，它可保持移动电话和个人电脑的无 绳连接。( 2 ) 构造家庭网络：家庭内部所有信息设备相互之间连成网络，是未来信息 社会发展的必然趋势“。( 3 ) 信息同步：这是蓝牙产品的核心应用方案。个人信息管 理的同步、在掌上电脑之间或掌上电脑与移动电话之间交换名片，或办公室电脑与家 用电脑之间交换数据，对某些用户来说变得越来越重要1 1 1 - 1 3 | 。 2 向系统发展 爱立信与瑞典铁路公司从2 0 0 0 年4 月1 1 日持续到5 月1 9 日，进行了世界上首次 蓝牙技术应用公共环境中的实验。他们在斯德哥尔摩的中央车站和x 2 0 0 0 干线快车上 提供蓝牙接入服务。这样，客户在广域网范围内可以通过g s m ，而在车站和火车上可 以通过蓝牙无线技术接收瑞典铁路公司提供的无缝连接服务。这次实验集成了蓝牙无 线技术、g s m 、w a p 和英特网技术。证实这项技术可以并用而且可以在公共交通中提供 开放的技术环境。 3 向军用发展 美国国防部正在开发蓝牙技术，旨在满足美国各军种各系统日益增长的互联性要 求。这种技术称为“革命性的技术”，在这种无线环境中，无须再依赖什么电缆、插 头，而能够同其它系统和其他人构成网络，并可靠地发挥作用。 据预测1 1 4 - 1 6 , 到2 0 0 3 年，全球蓝牙相关产品的市场销售额将在7 - 1 5 亿美元左右， 2 0 0 5 年采用蓝牙技术的设备将达7 亿个，蓝牙芯片的总销售量将超过3 0 亿美元。相 关市场商机超千亿美元。蓝牙将在人们的日常生活和工作中扮演重要角色，成为2 l 一_ 一 4 华中科技大学硕士学位论文 世纪的投资热点。 1 3 课曩主要研究内容 本课题系国际合作项目，在研究过程中提出了文件传输协议栈模型，分析了o b e x 会话层模型；r f c o m m 协议层所提供的服务功能；l 2 c a p 协议层的协议复用、分段与重 组以及状态转移机制和信号处理过程：s d p 层的服务搜索与发现。实现了r f c o m b l 层和 l 2 c a p 的服务注册与撤消、链路的建立与断开及发送数据等功能并给出了其设计步骤。 在研究基带层的射频系统和包的类型和格式的基础上提出了文件传输差错控制编码 算法。开发了u s bd o n g l e 硬件平台，其与b l u e c o r e o l 一同构成了文件传输系统的硬 件部分，实现了文件的无线传输。 一。一 5 华中科技大学硕士学位论文 ：! ! ! 苎! ! ! ! ! = ! 竺! = 皇= ! = = 烹= = = = = = 竺= = 皇! = = = ! = ! 竺竺! = ! 皇! ! 竺! ! = ! = ! = ! ! 竺皇= = = = = ! 竺 2 蓝牙协议与o b e x 模型 2 1 引言 文件传输就是基于蓝牙协议栈的基础上的一种应用，它提供两个终端之间的数据 通信功能。涉及到的蓝牙协议包括，基带协议( b a s e b a n d ) 、逻辑连路控制和适配协 议( l 2 c a p ) 、电缆替代协议( r f c o m 4 ) 、对象交换协议( o b e x ) 以及服务搜索协议( s d p ) 。 2 2 蓝牙协议层分析 蓝牙协议按s i g 的需要分为四层1 1 7 1 核心协议，b a s e b a n d 、l m p 、l 2 c a p 、s d p ； 电缆替代协议，r f c o 删：电话传送控制协议，t c sb i n a r y 、a t 命令集：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 m c 、w a e 。图2 1 简单展示了蓝牙的 协议栈“”1 。除上述协议层外，规范还定义了主控制器接口( h c i ) ，它为基带控制器、 连接管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。h c i 位于l 2 c a p 的下层，但h c i 也可位于l 2 c a p 上层。蓝牙核心协议由s i g 制定的蓝牙专利协议组成，绝大部分蓝牙 设备都需要核心协议( 加上无线部分) ，而其它协议根据应用的需要而定。较典型的 应用有拨号网络、无线耳机、局域网访问、文件传输等。总之，电缆替代协议、电话 控制协议和被采用的协议在核心协议基础上构成了面向应用的协议1 m - 2 5 1 。 2 2 1 核心协议分析 1 基带协议 基带和链路控制层确保微微网( p i c o n e t ) 内各蓝牙设备单元之间由射频构成的 物理连接。蓝牙的射频系统是一个跳频系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发 送，它使用查询和寻呼进程同步不同设备间的发送频率和时钟，可为基带数据分组提 供两种物理连接方式：面向连接( s c o ) 和无连接( a c l ) ，而且在同一射频上可实现 多路数据传送。a c l 适用于数据分组，s c o 适用于话音及话音与数据的组合，所有话 音与数据分组都附有不同级别的正向纠错( f e c ) 或循环冗余校验( c r c ) ，而且可迸 爷二加密。 一_ _ _ 一 6 华中科技大学硕士学位论文 可f 图2 1 蓝牙协议栈 2 连接管理协议( l m p ) 连接管理协议( l m p ) 负责蓝牙各设备间连接的建立。它通过连接的发起、交换、 核实，进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；它还控制无线设备的 电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态。 3 逻辑链路控制和适配协议 逻辑链路控制和适配协议( l 2 c a p ) 是基带的上层协议，可以认为它与l m p 并行 工怍，它们的区别在于当业务数据不经过l m p 时，l 2 c a p 为上层提供服务。l 2 c a p 向 上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、群 提取技术。l 2 c a p 允许高层协议以6 4 k 字节收发数据分组。虽然基带协议提供了s c o - 和a c l 两种连接类型，但l 2 c a p 只支持a c l 。 4 服务发现协议 、 发现服务在蓝牙技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模式的基础。使 用s d p ，可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝牙设备间建立相应的连接。 一_ 一 7 华中科技大学硕士学位论文 = = 篁：竺竺竺! = = = ! = ! ! = ! ! ! = ! = ! ! ! ! ! = 皇= = = ! ! ! 竺詈= ! ! ! 烹= = ! 竺鲁= = ! ! 毫! ! 竺皇! ! = = = ! = = = = ! = 2 3 蓝牙与其它无线通信的区别 红外技术结构简单、技术成熟、成本低廉，但不能有障碍物阻挡，无法用于家庭信息 网络。 e e e8 0 2 1 1 属于i e e e8 0 2 协议体系，规定了无线局域网m a c 协议及其物理层规范， 它与i e e e8 0 2 其它协议一起，组成一个完整的计算机局域网协议体系，但用于家庭信息 网络又太复杂。d e c t 是一种移动通信标准，并非为家庭应用而设计。 s w a p 是h o m e r f 工作组提出的一个开放的家庭信息平台，各种可互操作的消费电子设 备可通过它进行无线音频和数据通信，由此构建一个家庭无线网络。s w a p 主要利用p c 在 家庭中的主导作用，分配和发布t c p i p 协议信息，解决家庭信息网络问题。客观地说， s w a f 是适合于家庭信息网络的一种协议。但自从1 9 9 8 年提出蓝牙技术以后，s w a p 的地位 逐渐被蓝牙所取代。 蓝牙技术采用的是2 4 g 的i s m 频段，可免受各个国家频率分配不一的影响。蓝牙技术 中的跳频比s w a p 更快，因而抗干扰能力更强。同时它还具有低功耗、低代价和较灵活的 特点。蓝牙技术与其它无线通信的区别如表2 1 所示”。 表2 1 几种无线连接标准的比较 标准名称标准制定者通信速率通信范围 频率扩频方式最大射频率 ( m b s ) ( m )( g h z )( d b m ) i n f r a r e di r d a1 6l 8 0 2 1 1i e e e i 2 1 0 0各国不一f h 或d s2 0 ，d e c t e t s i1 1 55 01 9 1 0 is w a p趼w gi 21 0 02 4f h5 0 h o p s2 0 i 蓝牙蓝牙s i g li 0 1 0 02 4f h1 6 0 0 或2 0 3 2 0 0 h o p s 2 4o b e x 模型 对象交换协议o b e x ( o b j e c te x c h a n g e ) 最早是由红外线信息协会( i r d a ) 在红外 线协议体系内的会话层( s e s s i o n ) 所制定出的协议，也称i r o b e x ，后来蓝牙s i g 协 会考虑到红外线的许多应用场合与蓝牙技术的应用场合相似，于是也将o b e x 协议制 定成蓝牙技术会话层内的一个协议，使得原先利用红外线o b e x 协议的应用程序，能 够方便快速地移植到蓝牙技术通信协议上。 华中科技大学硕士学位论文 2 4 1 文件传输协议栈分析 在蓝牙系统中，o b e x 协议的目的是在于实现数据对象的交换。o b e x 是蓝牙系统的一 种可选协议，它属于会话层协议，采用简单的自发的方式交换对象。它类似于h t t p 协 议，执行过程为客户机与服务器彼此间以请求一回应的交谈方式来发送对象。虽然i r d a 定义o b e x 在红外线协议中同时支持连接导向与非连接导向，但是在蓝牙技术协议中的 o b e x 只支持连接导向的连接。o b e x 主要运用于文件传输，通过o b e x 协议，应用程序就 可以和r f c o m m 协议层实现通信。1 。 文件传输模式提供两个终端之间的数据通信功能，可传输x l s 、p p t 、w a v 、j p g 和d o c 文件( 及其它文件) 。文件传输协议栈如图2 2 所示。由此可看出各协议层之 间的层次关系“，。 2 4 2 o b e x 的对象模型 图2 2 文件传输协议栈 o b e x 对象模型对o b e x 对象做出了描述。o b e x 协议能够通过“推”、“拉”操作传 输对象。一个对象可以通过多个“推”请求和“拉”应答进行交换。该模型处理对象 及其有关信息。对象由对象头组成，对象头由若干个头i d 和包含的值组成a 头i d 措 述了对象头的组成及其格式，以及头i d 所定义的各位值的格式和含义。 头一般包括计数器、名字、类型、长度、时间、描述、目的地址、h 玎p 协议、主 体、主体结束标志、宿主标识、连接i d 、应用参数、认证字、认证应答字、对象类 型以及用户自定义头。o b e x 的应用接口模型如图2 3 所示。 9 华中科技大学硕士学位论文 图2 3o b e x 应用接口 e o m ：通过r f c o i 删协议提供一个到蓝牙基带层的数据传输服务。 v o s ：提供一个独立的实时操作系统。 t i m ：提供一个时钟服务。 d b m ：提供一个存取o b e x 数据的s d p 数据库接口 2 4 3 会话层分析 o b e x 的操作采用应答请求模式。请求由客户端发出，由服务器端应答。在发出请 求之后和发出下一个新的请求之前，客户端将等待服务器的应答。其中的操作有： 1 连接操作 当应用第一次请求发送o b e x 对象时，则启动一次o b e x 会话。一个o b e x 客户启 动一次o b e x 会话建立过程。该会话自连接请求发出开始，请求格式如表2 2 所示。 表2 2o b e x 连接请求格式 l0l234567t on io x 8 0连接请求分组o b e x 版本号标志o b e ) ( 分组最可选头 i 位置码长度 小长度 连接请求由在远程主机的o b e x 服务器接收。服务器通过向客户端发出成功应答 确认连接，通过发送其他应答信息到客户端表示建立连接失败。其应答格式如表2 3 所示。 一，- _ _ l 一 1 0 华中科技大学硕士学位论文 表2 3o b e x 连接应答格式 l 0l234567t on l应答码连接请求分o b e x 版本号标志o b e x 分组最可选头 组长度大长度 连接一旦建立便始终保持激活状态，只能通过由请求应答或失败断开，也就是 说，在所有o b e x 对象完全传输后连接也不会自动断开。 2 连接断开操作 当o b e x 连接所需应用被关闭，或应用要改变目的主机的时候，o b e x 会话将断开。 客户端将连接断开请求发往服务器。该请求格式如表2 4 所示。 表2 4o b e x 断开连接请求格式 0l 至2 字节3 字节 o x 8 1分组长分组头( 可选) 服务器不能拒绝该请求，而且它还要发回应答，其格式如表2 5 所示。 表2 5o b e x 断开连接请求格式 0i 至2 字节3 字节 l 。x a 。应答分组长度应答分组头( 可选)i 3 p u t 操作 当服务器和客户端间的连接建立之后，客户端就可以向服务器“推”对象，“推” 请求用于推一个o b e x 对象。该请求格式如表2 6 所示。 表2 6o b 默“推”请求格式 l 01 至2 字节3 字节1 lo x 0 2分组长度分组序列l 一个“请求”可由一个或多个请求分组组成，这取决于传递对象的大小和分组尺 寸。每一个“推”请求分组都需要一个发自服务器的应答分组。组成一个o b e x 对象 的多个请求分组不能只有一个应答分组。其应答格式如表2 7 所示。 表2 7o b e x “推”应答格式 、 - 一 1 l 华中科技大学硕士学位论文 连接在服务器和客户端间建立起来之后，客户端也可以从服务器“拉”对象。g e t 操作就是用于“拉”o b e x 对象。该请求格式如表2 8 所示。 表2 8o b e x “拉”请求格式 0l 至2 字节3 字节 0 x 0 3应答分组长度以名字起始的应答分组头( 可选) 对象以分组头序列返回，而客户端必须为每一个应答分组发送请求分组，其应答 格式如表2 9 所示。 表2 9o b e x 应答请求分组格式 0l 至2 字节3 字节 应答码应答分组长度应答头( 可选) 5 其他操作 其它o b e x 操作包括设置路径和放弃等。客户端可以在每一次应答后，甚至在请 求应答操作过程中发出放弃请求。而且，在发出放弃请求之前不必接收整个o b e x 对 象。 2 4 4 基于r f c o i v l m 上的o b e x o b e x 在r f c o 删上的映射关系，基于e t s it s 0 7 i 0 的多路复用和传输层，而且它 提供了对串行电缆仿真的支持。支持o b e x 协议的蓝牙设备需满足以下条件。 支持o b e x 的设备可以单独作为服务器、客户端或同时作为两者。 所有同时运行在一个设备上的服务器应用应各自使用其r f c o 删服务器通道。 使用o b e x 的应用能够将信息在服务搜索库中注册，不同的应用框架是在框架规 范文件中定义的。 1 r f c o 删上的o b e x 服务器设置 当客户端发出一个连接请求时，服务器假定已经准备好接收请求。但是，在服务 器准备接收和进入侦听状态之前，应满足以下条件： ( 1 ) 服务器应打开一个r f c o 删服务器通道。 ( 2 ) 服务器必须将其容量注册到服务搜索库中。 在此之后，主机才能找到所需的服务器，服务器才能对客户端请求进行侦听。 2 从串口接收o b e x 分组 1 2 华中科技大学硕士学位论文 l 1 1 一个对象可通过一个或多个p u t 请求和g e t 应答进行交换，也就是说，一个对象 可以由一个或多个数据分组进行传输。然而，如果o b e x 可以直接在串口运行，它就 不会从r f c o m i 数据分组。一个比特流则可以通过o b e x 从r f c o m m 仿真串口接收。 3 连接建立 由客户端初始化一个连接。但是，在客户端能够发出第一个数据请求前，需执行 下列任务： ( 1 ) 通过使用s d p 规定中的服务发现协议，客户端必须搜索到与要建立连接服务 器相关的明确信息。 ( 2 ) 客户端利用搜索到的r f c o k 脯信道，建立r f c o y 蹦连接。 ( 3 ) 客户端向服务器发出连接请求，以建立一个o b e x 会话。客户端如接收到服 务器发出的一个成功应答。会话就可以直接建立起来。 4 断开连接 一个基于r f c o m i 的o b e x 会话可以直接通过连接断开请求断开。当客户端收到应 答后，便关闭指定给o b e x 客户的r f c o 删信道。 5 在r f c o 删推、拉o b e x 分组 通过p u t 请求在r f c o m m 上利用o b e x 数据分组传输数据。应答必须在每一次请求 后和下一次请求之前发出。 通过发出g e t 请求从远程主机“拉”数据。数据分组含于o b e x 应答数据分组。 每次应答后，可以发出新的“拉”数据请求。 文件传输标准用于向蓝牙设备发送和从蓝牙设备接收通用类型文件。文件传输服 务也可以支持浏览远程蓝牙设备文件夹。o b e x 初始化和实现流程分别如图2 4 、图 2 5 所示，本层实现的一些函数也列举在下面。 建x z o b e x 头的缓冲区 确认传输层的协议 + 产生相应事件 + 通过回调函数通知应用程序 图2 4o b e x 初始化过程 华中科技大学硕士学位论文 = ! = ! = = = ! = ! = 1 2 = ! ! = = ! = = ! ! = ! ! ! ! = ! ! ! ! ! = ! = = ! ! ! ! = ! ! = ! = ! 图2 5o b e x 实现流程 b o o lo b s t a c kc 1 i e n t i n i t ( u sp r o t o c 0 1 ) ： b o o l0 b s t a c kc 1i e n t d e i n i t ( u 8p r o t o c 0 1 ) ： b o o lo b s t a c ks e r v e r i n i t ( u 8p r o t o c 0 1 ) ： b o o lo b s t a c ks e r v e r d e l n i t ( u 8p r o t o c 0 1 ) ： u 8 * o b s t a c kg e t t x b u f f e r ( v o i d ) ： u 8 * o b s t a c kt x d o n e ( o b e x p a c k e t * p a c k e t ，b o o li s s e r v e r ) ： o b s t a t u so b s t a c ks e n d t x b u f f e r ( o b e x s t a c k i f * s i f 。u 8 * b u f f 。u 1 6l e n ) b o o lo b s t a c ki s c o n n e c t i o n u p ( o b e x s t a c k i f * s i f ) ： o b s t a t u so b s t a c kd i s c o o n e c t ( o b e x s t a c k i f * s i f ) ： u 1 6o b s t a c km a x t x s i z e ( o h e x s t a c k i f * s i f ) ： v o i do b s t a c kr e t u r n t x b u f f e r ( u 8 * b u f f ) ： 2 5 小结 本章分析了蓝牙协议栈各层次之间的层次关系，对比了蓝牙与其它无线传输的区 别，提出了文件传输协议栈模型及o b e x 实现流程，分析了o b e x 协议层的功能和 作用。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 3 r f c o m m 层设计与实现 3 1 引言 r f c o m m 协议层是位于l 2 c a p 协议上的传输层。它主要是模拟传统的r s 2 3 2 串口内 的控制和数据信号，为两个蓝牙设备间点到点的通信，如同计算机以串行端口连接调 制解调器。 3 2r f g o m m 层研究 r f c o m m 协议是一个简单的传输协议川，提供了在l 2 c a p 协议之上的串口模拟。 该协议是基于e t s i 标准的t s0 7 1 0 。r f c o m m 协议提供基于l 2 c a p 协议的串口仿真， 该协议并不详细描述完整的t s 0 7 1 0 规范，而只利用t s 0 7 1 0 标准一个子集，并根据蓝 牙技术作出了适当的修正。一条r f c o m m 会话( s e s s i o n ) 最多可同时支持两个b t ( 蓝 牙) 设备之间的6 0 个连接。蓝牙特别兴趣小组提出r f c o m