（电路与系统专业论文）蓝牙无线用户交换机研究与开发[电路与系统专业优秀论文].pdf

j e 基邮电盔芏亟班究生坐位论窑 ： 蓝牙无线用户交换机研究与开发 摘要 由于蜂窝电话的方便性和较强大的功能，人们正越来越多的使用移动电话 代替固定电话。在移动电话中融入短距离无线技术( 如蓝牙三合一电话) 覆盖 个有限的地理区域来扩充有线本地业务的固定一移动聚合( f m c ) 服务能够 增加固定服务使用率，并使电信业务分配更为合理。因此，本课题的研究具有 一定的实用价值，该课题是国家电子工业发展基金项目“基于蓝牙技术的 移动网络终端”的一个子项目。 本文在分析蓝牙的基带、链路管理和上层协议体系结构的基础上，提出了 种用于实现f m c 服务的无绳电话基站蓝牙无线用户交换机的原理和软硬 件方案，针对其在实际应用中将遇到的网络接口改进、功率控制和链路保持以 及组网协同工作等问题提出了解决方案，并通过软硬件的方法实现了基于蓝牙 技术的无线交换机的功能。 本论文共分为六章，各章的主要内容为： 第一章为绪论，介绍固定一移动聚合( f m c ) 服务与蓝牙技术相结合的蓝 牙p s t n 无线交换机的基本概念及其所具有的特点。 第二章对蓝牙核心技术和协议体系结构进行了简要的分析研究；在此基础 上提出蓝牙p s t n 无线交换机的实现方案，描述蓝牙p s t n 无线交换机与蓝牙语 音终端配合进行语音通信以及实现固定网和移动网之间的自动切换时在各状态 之间转移的过程，提供实现该方案的软硬件方法。 第三章分析了i s d n 的基本原理和分层协议结构，将蓝牙p s t n 无线交换机 的p s t n 接口部分改进为i s d n 接口的原理及其所具有的优势，并对其实现方法 进行研究。 第四章对蓝牙无线用户交换机实现过程中的功率控制和链路保持问题进行 了研究，根据蓝牙协议中提供的h c i 命令及c s r 模组中的控制接口提出解决办 法。 第五章研究蓝牙无线用户交换机组成蓝牙语音网络协同工作的方案。 第六章在总结前面研究工作的基础上展望蓝牙无线用户交换机与智能网， 移动i p 技术融合的前景。 关键宇：固定一移动聚合蓝牙无线用户交换机蓝牙三合一电话蓝牙应用 框架 i i a l 塞龌电态堂亟班豇生堂拉鲶室 ： t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f b l u e t o o t hw i r e l e s sp i u v a t ea u t o m a t i c b r a n c he x c h a n g e r a b s t r a c t d u et ot h ec o n v e n i e n c ea n d g r e a t e rf u n c t i o n a l i t yo f m o b i l e p h o n e s ，p e o p l e a r e i n c r e a s i n g l yu s i n g t h e mt or e p l a c ef i x e dp h o n e s t h ef i x e d m o b i l ec o n v e r g e n c e ( f m c ) w h i c h i n t e g r a t e so n e k i n do f s h o r t r a n g ew i r e l e s st e c h n o l o g y ，c o v e r i n g al i m i t e d g e o g r a p h i c a la r e a , i n t ot h em o b i l ep h o n e s t oe x t e n dw i r e l i n el o c a ls e r v i c e sc a l l i n c r e a s et h eu s a g er a t eo ff i x e ds e r v i c e ，a n dd i s t r i b u t et h et e l e c o m m u n i c a t i o nt r a f f i c r e a s o n a b l y ，t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho f t h i ss u b j e c ti sp r a c t i c a l l y v a l u a b l e i ti so n eo f t h eb r a n c hs u b j e c t so f “m o b i l en e t w o r k st e r m i n a lb a s e d o nb l u e t o o t ht e c h n o l o g y ” t h a ti sap r o j e c tf i n a n c e db yn a t i o n a le l e c t r o n i ci n d u s t r yd e v e l o p m e n tf o u n d a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so fb l u e t o o t hb a s e b a n d ，l i n km a n a g e m e n ta n du p p e rl a y e r p r o t o c o ls t r u c t u r e ，h ep r i n c i p l ea n d t h es c h e m eo fs o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fak i n do f c o r d l e s sp h o n eb a s es t a t i o n - b l u e t o o t hw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e r ，w h i c h i su s e dt or e a l i z ef m c ，a r e p r e s e n t e d i nt h i sp a p e r a n dt h es o l u t i o n sf o rs o m e p r a c t i c a la p p l i c a t i o ns i t u a t i o n s ，s u c ha st h ee n h a n c e m e n t o f n e t w o r k si n t e r f a c e ，p o w e r c o r t t r o la n dl i n km a i n t e n a n c e ，n e t w o r k so r g a n i z a t i o na n dc o o p e r a t i o n ，a r ep r o p o s e d f u r t h e r m o r e ，t h ef u n c t i o n so f w i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e r b a s e do n b l u e t o o t ht e c h n o l o g ya r ei m p l e m e n t e db ys o f t w a r ea n dh a r d w a r em e a n s t h i sp a p e ri sd i v i d e di n t os i xp a r t s t h ec o n t e n to fe a c h c h a p t e r i sa sf o l l o w s i nc h a p t e r1 , t h ei n t r o d u c t i o n ，t h ec o n c e p ta n dc h a r a c t e r i s t i c so f b l u e t o o t hp s t n w i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e rw h i c hc o m b i n e st h ef i x e d - m o b i l ec o n v e r g e n c e ( f m c ) s e r v i c ea n db l u e t o o t ht e c h n o l o g y a r ep r e s e n t e d i nc h a p t e r2 , t h ec o r eo fb l u e t o o t ha n db l u e t o o t h p r o t o c o ls t a c k a r eb r i e f l ya n a l y s e d ； b a s e do nt h a t ，t h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo f b l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t e a u t o m a t i c e x c h a n g e r i se x p l a i n e di nd e t a i l ，t h ed e s c r i p t i o no f t h e c o o p e r a t i o n o f b l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i c e x c h a n g e r a n db l u e t o o t h s p e e c h t e r m i n a lt op e r f o r mv o i c ec o m m u n i c a t i o na n dt h es t a t u st r a n s f e rs c h e m ei nt h e i l l j e 惠鲣盎太堂亟硒豇生堂焦盐塞： h a n d o v e r p r o c e d u r e b e t w e e nf i x e dn e t w o r k sa n dm o b i l en e t w o r k sa r ed e s c r i b e d a s a n i n t e g r a lp a r t ，t h em e t h o d s o f h a r d w a r ea n ds o f t w a r eo f t h i si m p l e m e n t a t i o ns c h e m e a r ea l s oc o v e r e d i nc h a p t e r3 ，t h eb l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e r i si m p r o v e d b yr e p l a c i n g t h ep s t ni n t e r f a c ew i t hi s d ni n t e r f a c e t h ea d v a n t a g e so f t h i s e n h a n c e m e n t ，t h eb a s i c t h e o r i e sa n dt h e l a y e r e dp r o t o c o ls t r u c t u r e o fi s d na r e a n a l y s e d s u b s e q u e n t l y ，t h ei m p l e m e n t a t i o n o f t h i ss y s t e mi sd i s c u s s e d i nc h a p t e r4 ，i na c c o r d a n c ew i t ht h eh c ic o m m a n d d e f i n e di nb l u e t o o t h p r o t o c o la n d c o n t r o li n t e r f a c ep r o v i d e di nt h ec s rm o d u l e ，t h ep o w e rc o n t r o la n dl i n k m a i n t e n a n c e p r o b l e m s i ni m p l e m e n t a t i o no fb l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t e a u t o m a t i c e x c h a n g e r a n dt h es o l u t i o n st ot h e ma r ei n v e s t i g a t e d ， i nc h a p t e r5 ，t h ep a p e ri sc o n c e n t r a t e do nt h ee s t a b l i s h m e n ta n do p e r a t i o no f t h e n e t w o r k so fb l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e r s i nc h a p e r6 ，t h et r e n do fi n t e g r a t i o no f b l u e t o o t hp s t nw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i c e x c h a n g e r w i t hi n t e l l i g e n tn e t w o r k sa n dm o b i l ei pt e c h n o l o g y i se x p e c t e da n d d i s c u s s e db a s e do nt h ec o n c l u s i o no f w o r k sa b o v e k e yw o r d s ：f i x e d - m o b i l ec o n v e r g e n c e ( f m c ) b l u e t o o t hp s t n w i r e l e s s p r i v a t ea u t o m a t i ce x c h a n g e r b l u e t o o t h3 - i n 一1t e l e p h o n eb l u e t o o t hp r o t o c o ls t a c k i v j e 惠邮电太堂硇受荭生堂焦论塞 ： 符号说明 t e t x p 2 w r m a x 蓝牙无线用户交换机 综合业务数字网 公共交换电话网 固定一移动聚合 电话控制指令集 二进制电话控制协议 串口仿真协议 下行链路的接收电平 下行链路的接收质量 邻区下行链路的接收电平 上行链路的接收电平 用于求均值的测量数据的数目 保持的平均结果的数目 接收信号质量 功率预算 小区下行链路允许的最大射频发射功率和实际使 用的下行链路发射功率之差 t e 当前小区信道上允许使用的最大射频发射功 蛊 邻区n 业务信道上允许使用的最大射频发射功 塞 v i e x 一删一眦盯一一一一一一一脚刚 j 壶整皇杰堂亟盟盈生堂位j 垒窑 ： 第一章绪论 今天，由于蜂窝电话的方便性和较强大的功能，人们正越来越多的使用移 动电话代替固定电话。对年轻人群的研究显示在些欧洲国家超过3 0 的用户 在家使用他们的移动电话( 举例来说，在英国是3 7 ，在法国是3 8 ) ”】。而且 通讯市场的竞争正在迅速地加剧。因此，网络运营商和服务供应商必须改革他 们的销售和服务提供策略以具备在宽带服务市场中的竞争力。这些趋势正刺激 着运营商和厂商在固定和移动网络上提供相同的服务，例如：使用无线技术覆 盖一个有限的地理区域来扩充有线本地业务。这种称为固定移动聚合 ( f m c ) 的终端用户服务能够增加服务使用率，并给运营商提供了能够合理分 配并最优化他们已经有的不同网络和系统的解决方案( 例如，使他们的固定和 移动网络能够使用共同的客户服务和计费系统的解决方案) 。它能带给网络运 营商和客户丰厚的利益。 典型的固定和移动聚合终端用户服务如下： 单号码服务，基本的f m c 服务，通常提供给可通过增强的智能网功能访问的 住宅和小型办公室家庭办公室( s o h o ) 客户。单号码服务提供了订价的灵活 性，比如在被叫方和主叫方之间分摊来话话费。此外，它提供了根据用户位置 计费的功能。举例来说，在家庭资费区里面进行的呼叫可以依照比较低的固定 网络收费标准计费，而在此区域外进行的呼叫依照移动网络的收费标准计费。 跨越网络边界计费对于聚合服务是很重要的；因此，运营商之间的协作是必要 的。 统一的信患，不同的终端可用来发送并且接收各种不同类型的信息( 语音信 息，数据，传真，电子邮件，短信息服务s m s ) 。面向所有类型的信息的统一 的多号码和单号码信箱将成为现实。实现这一个服务需要在所涉及的平台之间 进行适当的通信，而非综合那些已存在的信息平台。 虚拟专用网( 、，p n ) 服务已经在固定和移动网络中实现，大多数解决方案都是 基于智能网的。f m c 将会提供一个综合的虚拟专用网络服务集，最终提供在固 定和移动平台之间的智能网互操作性。 通过使用f m c ，运营商可以：形成面向固定和移动系统的单一界面的综 合；保护以前的投资；缩减用户的获取费用和全部的运作费用；扩大市场占有 率；增加收入。网络运营商和服务提供商明白他们只有发展新的市场，扩大服 务范围才能取得成功。同时以更快的速度和更具竞争力的价格提供服务。因 韭鏖蛭电态雯亟受宜垒堂焦论奎 此，他们必须消除被各种技术强加的运营和服务约束。即将出现的解决方案是 通过聚合固定和移动服务消除各种不同网络之间的障碍。使用固定一移动聚合方 式，运营商和服务提供商将能够改善客户服务，并增加自身的竞争力和收入。 这可以通过升级现存的技术和发展面向第三代无线技术的f m c 策略的高成本 效益的方法实现。 而客户能够获得：大范围的价格具有竞争力的而且可靠的f m c 服务和服 务组合，比如朋友和家庭服务，预付费服务，定制服务组合，s o h o 服务组 合，小型中型企业( s m e ) 服务组合，综合、统一的信息；为移动和固定连接提 供的单一号码；所有的服务都使用一个账户；一个服务提供商满足所有的增值 型电信需求，不管是固定的还是移动的：通过核查客户帐户实现透明的通信费 用控制；通过资费捆绑节省费用。而且，客户能够决定他们自己的服务框架以 及使服务个人化。固定移动聚合服务已经在电信市场上出现。它在运营商策略 中的重要性是不容置疑的。一些分析师估计2 0 0 0 年聚合服务占据欧洲全部电信 服务市场的大约1 0 ，并会进一步增加到四百亿美元。 网络运营商和服务提供商明白他们只有发展新的市场，扩大服务范围才能 取得成功。同时以更快的速度和更具竞争力的价格提供服务。因此，他们必须 消除被各种技术强加的运营和服务约束。即将出现的解决方案是通过聚合固定 和移动服务消除各种不同网络之间的障碍。使用固定移动聚合方式，运营商和 服务提供商将能够改善客户服务，并增加自身的竞争力和收入。这可以通过升 级现存的技术和发展面向第三代无线技术的f m c 策略的高成本效益的方法实 现。 固定和移动聚合服务是从技术和市场两种观点演进而来的。从科技的观点 来看，聚合通常可能于三个层次的其中一层上实现：智能网( i n ) 层，交换层或 终端层。 然而，新老运营商发现他们无法轻易地综合目前所有的交换。唯一取得了 重要进展的层是智能网层。基于智能网的解决方案完全满足市场对灵活，新颖 的服务和快速上市的要求。对于增加聚合服务的渗透性和使用率，定价是基本 因素。跨越网络边界试费对于聚合服务的渗透也是很重要的：因此运营商之间 的协作是必要的。目前，主要的客户需求是单个运营商的全部服务的分配，和 单一帐单结算所有固定和移动网络呼叫费用，以及单一号码的分配。因此，综 合的账单和对客户友善的使用方法是必要的。智能网可以较好的解决这些问 题。因此，移动网络运营商采用智能网解决方案和固定网络运营商实现无线接入 解决方案( 有限的移动性) 是目前固定移动聚合( f m c ) 的主要驱动因素。此方法 的本质是灵活的协议支持，同时具有提供快速聚合服务配置的服务创造能力。 2 一一立衄虫太堂亟硒窥生坐焦监童 ： 单一智能网解决方案应该给固定和移动用户提供所有服务的无缝接入。此解决 方案的优势是智能网费用较低。移动运营商( 也就是移动网络的所有者) 可以 采用成本效益最高的f m c 解决方案，它扩充现存的交换和增值服务基础设施 以支持固定- 移动接入。聚合允许以相同的方式按入基于交换的服务和智能网服 务，而对智能网和操作，管理，维护，和供给( o a m & p ) 基础设施的修改却很 有限。对于新网络运营商f m c 应该基于一个单一的提供诸如智能网和o a m & p 解决方案的移动交换平台。 不同类型的运营商能通过不同的方法实现f m c 。欧洲服务提供商正在以 不同的方式接近f m c 。举例来说，赫尔辛基电话公司( 芬兰) 和电信意大利s p a ( 意大利) 属于使用无线技术覆盖一个有限的地理区域来扩充有线本地业务的 f m c 服务提供商。英国电信( 英国) 在他们现存的有线网络之上提供个人移动服 务。些电信公司如e n e r g i sp l c ( 英国) 正在和蜂窝服务提供商结盟以捆绑为公 司客户提供的有线和无线服务。s w i s s c o m ( 瑞士) 已经在一个使用分开的固定和 移动交换系统的共用传输主干网上在运行它的移动和固定服务了。实现f m c 的技术途径的选择包括智能网层聚合以及要求在交换层有相同的接入方式的解 决方案。西班牙运营商a i r t e lm o v i l 正在建设聚合的基于口的固定和移动网 络。它从1 9 9 5 年开始提供g s m 一9 0 0 和g s m 1 8 0 0 服务。在1 9 9 8 年十二月它 被授予固定运营牌照。基于异步传输模式和一个运行数据包和语音服务的i p 层，整个网络最终将会在交换层被综合。未来统一的核心网络可能将使用i p 技 术作为经典的二域方式的替代方式。然而，一些大的网络用户( 举例来说， t e l i ad e n m a r k ) ，建立他们自己的综合固定一移动虚拟专用网络而不等待综合的 固定和移动电信公司服务。最终，趋势是要在固定和移动网络两者之上提供相 同的服务，以不同的方式趋近f m c 。 在单一平台建成之前，重点将会集中在综合g s m 和无绳电话系统( 如： d e c t ) 以提供f m c 服务。用于接入不同的服务功能( 经由不同的网络) 如同 一个单一物理终端的多模终端吸引了许多客户。用这些终端以取决于具体移动 性层次的适当的服务价格在所有的环境一家庭，办公室，和公共场所一中进行 漫游是可能的。一个此种服务的例子是英国的o n e p h o n e ，基于g s m 数字增强 无绳通信( d e c t ) 的双模终端。在此例子中，现存的g s m 和d e c t 技术的互 补功能已经实现聚台以同时提供高层业务和无处不在的无线通信。而且，e t s i 最近采用了g s m - 无绳电话系统( o s m c t s ) 标准，其中g s m 终端同时作为室 内的和移动终端。在此解决方案中必须实现一个新的家庭基站( h b s ) ，但不 需要修改现存的g s m 终端的硬件。 3 j e 塞蛭电友堂亟土班宜生坐垃论塞 目前，国内广泛承认和采用的无绳电话的标准主要有d e c t t ”，p h s 等。 然而在无绳电话基站中使用蓝牙技术有独特的优势：使用2 4 g h z 的i s m ( 工 业、科学和医学) 频段不需要向专门管理机构申请频率的使用权限；采用1 6 0 5 跳秒的快速跳频扩频技术且传输距离短，这使得蓝牙的无线链路具备了更高的 安全性和抗干扰能力；采用时分复用多路访问技术，每时隙6 2 5 u s ，每个语音 信道支持6 4 k b p s 的同步话音，因此使用蓝牙技术可以获得比d e c t 等无绳技术 要高的语音质量。 本论文的目标就是研究一种采用蓝牙技术的无绳电话基站( 蓝牙无线用户 交换机- - b l u e t o o t hw i r e l e s sp r i v a t ea u t o m a t i cb r a n c he x c h a n g e r ) 的实现 方案，它能够在蓝牙三合一电话( 一种多模终端，在家里或办公室是无绳电 话，计固定电话费。外出时是移动电话) 的空闲状态下完成固定网一蜂窝网之间 的自动切换，从而使用户能够通过固定网和移动网络享受相同的语音服务a 4 j 塞噬垫鑫堂邀土虹塑生堂焦迨塞 第二章蓝牙p s t n 无线交换机的原理和实现研究 2 1概述 目前广泛使用的各类蜂窝移动电话除了具有丰富的基本业务，还增加了许 多功能强大的附加业务。这些功能不是无线蜂窝网( 如g s m ) 纠所特有的，绝 大部分是直接继承固定网络的，只有少部分为了适应移动性的需要做了修改。 在本论文中涉及到其中的“无应答呼叫前转”。在蜂窝移动网中，被叫终端可 以主动拒接呼叫。同时无论是超时( 被叫方不回应) ，还是主动拒接，只要被 叫方使用了无应答呼叫前转，一个被拒绝的呼叫都可以转发到被叫事先选定的 第三方。虽然，为了防止呼叫的无限循环，连续转发的次数是有限的，但是， 已经能够满足实现论文中方案的要求，并且在其中发挥了很重要的作用。 蓝牙p s t n 无线交换机是一个嵌入式系统，应用程序和蓝牙协议栈合并为一 个应用程序映像，在蓝牙模组中运行。因此，可以把这一部分统称为蓝牙p s t n 无线交换机的软件部分。而用于与p s t n 接口的可编程电路则是蓝牙p s t n 无线 交换机的硬件部分。嵌入式蓝牙模组通过标准串口与可编程p s t n 接口电路进行 通信，共同组成可进行固定网一移动网间自动切换的p s t n 无绳电话基站。 2 2 蓝牙p s t n 交换机的硬件 2 2 1 可编程p s t n 接口电路的原理及实现 蓝牙p s t n 无线交换机系统框图如图2 - 1 所示： 5 j e 基哑皇杰堂塑主班基生堂焦迨塞 各单元的功能如下 i 通信变压器 图2 - i 蓝牙p s t n 无线交换机系统框图 其每个绕组线路阻抗均为6 0 0 欧姆，其作用是隔离电话线上的直流电，并 组成二线到四线的话路转换电路。 2 d t m f 解码模块 6 韭立鲤电盔生亟班塞生堂焦监奎 ： c r 6 2 6 1 模块用于自动监测电话打入振铃信号，双音频d t m f 信号接收。内 部使用的m t 8 8 7 0 兼容方式的d t m f 接收器。 3 d t m f 发号器，及信号音检测模块 c r 6 2 6 2 模块包含了完整的继电器摘机环路保持电路，可由控制信号控制其 自动摘机；专用匹配电路使语音输入端可以和l m 3 8 6 功放电路直接连接；完整 的c r 6 2 3 0 电话信号音识别单元的嵌入，准确识别输出拨号音、回铃音、忙音和 催挂音的判别结果；由t p 5 0 8 8 构成的双音频d t m f 信号发送单元，采用四位数 据和一位控制端，可以非常方便的由外部单片机控制，输出的d t m f 信号在内部 已和变压器良好匹配，输出信号兼容性好。 4 语音接口单元 由匹配电路和l m 3 8 6 功放电路组成。在语音输入通道用于使通信变压器输 出与c s r 开发板的模拟语音输入口相匹配：在语音输出通道，由l m 3 8 6 组成的 功放电路可以对输出语音进行放大，并匹配输出到通信变压器的端口。另外语 音接口单元中包含了可控模拟开关m a x 4 5 2 5 ，用于拨号时的静音操作。语音接 口单元可对输入输出音量进行调节。 5 控制信号接口单元 主控制器通过控制信号接口单元与c s r 开发板的串口进行通信。控制信号 接口单元主要由串口接口芯片m a x 2 0 2 构成，主控制器通过其接收蓝牙设备发 来的指令与电话号码等信息，并反馈状态信息，如电话振铃等。 6 主控制器 主控制器主要由单片机w 7 7 e 5 8 和缓存芯片7 4 l s 3 7 3 构成，用于对整个系 统的运行进行控制。电话拨号以及与c s r 开发板的通信过程都由w 7 7 e 5 8 内的 程序实现。缓存芯片7 4 l s 3 7 3 的作用是扩展w 7 7 e 5 8 的1 0 端口。 7 e e p r o m 7 j e 立邮电太堂熊噩究生坐位盐塞! e e p r o m 采用的是1 2 c 接口的2 4 l c 2 5 6 。主控制器用两个普通i o 端口模 拟1 2 c 接口读写2 4 l c 2 5 6 。2 4 l c 2 5 6 是2 5 6 k b i t 的串行电可擦除p r o m 。它可 以一次按页写6 4 个字节。主控制器可以通过标准的1 2 c 读写程序很方便的访问 2 4 l c 2 5 6 。 8 拨号键盘与编码器 拨号键盘采用1 6 键的普通小键盘，由于小键盘内部只是开关阵列而不带消 抖和编码电路，所以需要外接编码器。电路中采用的是内含去抖动电路的键盘 编码芯片s k 5 2 7 8 。s k 5 2 7 8 采用串行方式与主控制器通信。 9 液晶显示模块 液晶显示模块为l c m l 6 2 ( l ) 1 6 位7 段液晶显示模块。它可以显示0 - 9 及部 分字符( a ，b ，c y ) ，2 - 3 线串行接口可直接与单片机连接，同时由于其要求 输入的是b c d 码，编程相对简单。l c m l 6 2 的功耗极低，在数据显示模式下， 电流小于2 5 u a ，工作电压为1 2 1 7 伏。它还自带时钟发生器，稳定可靠，显 示比较清晰。 1 0 来电显示单元 来电显示单元主要由h t 9 0 3 2 及其外围电路构成。h t 9 0 3 2 主要用于接收符 合t r n w t 0 0 0 0 3 0 和i t u tv 2 3 规范的物理层数字信令，包括接收和显示来 电号码、消息等。此芯片还带有载波检测和振铃检测功能，并且可通过通用串 口与主控制器直接连接，只需要将w 7 7 e 5 8 的串口波特率设为1 2 0 0 。 此外，电源主要由7 8 0 5 和m a x 6 6 0 构成，它提供各单元所需的+ 5 v 和- 5 v 电压。 2 3 蓝牙p s t n 交换机的软件 2 3 1 蓝牙p s t n 交换机的协议结构 8 韭京邮电盔坐亟班容生堂僮j 佥塞 ： 蓝牙无线用户交换机的协议结构1 4 1 参见图2 - 2 所示： 图2 2 蓝牙无线用户交换机的内部通信协议栈 各层协议的功能如下 1 链路管理器协议l m p 和基带协议【5 】 链路管理器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( 如加密和鉴权) 。蓝牙设备用户通过链 路管理器可以对本地或远端蓝牙设备进行设置和控制从而实现链路管理。而 基带协议的作用是在蓝牙设备发送数据时将来自高层协议的数据( 包括语 音) 进行信道编码，然后传递给射频部分进行发送；接收数据时则是对射频 部分解调恢复的空中数据进行信道解码并向高层传输。这部分协议属于蓝牙 的底层协议，通常集成在蓝牙模组中由硬件实现。在实际应用开发中，面向 高层协议的开发人员不必关心这些底层协议的细节。 2 逻辑链路控制与适配协议l 2 c a p 9 一 一 一 一拙瘟哩由去堂亟班窥生堂位论毫 = 逻辑链路控制与适配协议在高层协议与底层协议不同长度的协议数据单 元( p d u ) 之间建立了一座桥梁，并且为较高层的协议屏蔽低层协议的特 性，例如对于l 2 c a p 层主设备和从设备的通信是完全对等的。l 2 c a p 的主 要功能是：高层协议的多路复用，数据分组的分段和重组，服务质量信息的 交换以及组抽象。如图5 所示，在典型的蓝牙模组中l 2 c a p 位于基带层以 及主机控制器接口( h c i ) 层之上，然而h c i 层也可以在l 2 c a p 之上。有 些蓝牙设备甚至不包含h c i 层。l 2 c a p 层只能传输异步无连接( a c l ) 数 据而不支持同步面向连接( s c o ) 数据的传输，其和高层协议之间可传输的 最大数据分组( l 2 c a pp d u ) 可达6 4 k b 。而且l 2 c a p 层不支持可靠的多 点传输信道。 在b w p a b x 应用中，l 2 c a p 层所提供的服务接口主要用于支持上层协 议。协议复用功能使l 2 c a p 层可以区分其上的s d p 、r f c o m m 、t c s 协 议。虽然具体的分段和重组由底层和高层协议完成，但是l 2 c a p 在 l 2 c a pp d u 中提供的长度信息对于实现基带的短p d u 和高层的长p d u 之 间双向转换是很重要的。另外，在t c s 协议中包含地址组的概念，这就需 要l 2 c a p 层提供相应的组抽象功能，它可以将高层协议有效的映射到微微 网上，而高层协议不必直接与基带和链路管理器这些底层协议交互。 3 服务发现协议s d p 服务发现协议提供了一种注册服务和访问服务发现数据库的途径。本地 蓝牙设备可以通过服务发现协议发现并利用远端设备提供的服务，同时向其 他蓝牙提供服务，从而实现网络资源共享。s d p 定义了两种服务发现模式一 一服务搜索和服务浏览，以及两种设备客户端和服务器端。服务搜索是 指查询具有特定服务属性的服务，而服务浏览则是测览全部可用服务；客户 端是查找服务的实体，与此对应服务器是提供服务的实体。然而s d p 只是 提供了一种发现服务和服务属性的方法，它本身并不提供访问这些服务的手 段。图2 - 3 是服务发现过程的简单示意图。 曼p 雾? 嗨廖 囝2 - 3 服务发现机书j 示意图 1 0 韭壶邮电盔堂硒班究生拦僮j 佥童 在服务器端保存有一份服务纪录列表，其中包含了相关的服务及其特 征。客户端发送s d p 请求从服务纪录列表中获得服务纪录信息。如果客户端要 访问其中的某项服务则必须与该服务的提供者建立连接。在b w p a b x 应用框 架中，b w p a b x 包含一个s d p 服务器，而蓝牙三合一电话或蓝牙语音终端设 备都具有s d p 客户端的功能。一台蓝牙三合一电话进入b w p a b x 的覆盖范围 后，将进行服务搜索以确定所发现的蓝牙设备为b w p a b x 。发现b w p a b x 服 务后，可进行主从切换以保证b w p a b x 总是主设备。 4 串口仿真协议r f c o m m r f c o m m 实际上是对e t s i 的t s0 7 1 0 标准的一个子集进行了修改。 此协议支持串行通信中的数据终端设备( d t e ) 和数据通信设备( d c e ) ，但 在实际应用中并不区分这两种设备。r f c o m m 不仅支持空调制解调器仿真，而 且支持多路串口仿真。两个蓝牙设备之间可支持的数据链路连接( d l c ) 或仿 真串口多达6 0 路。每一条d l c 由数据链路连接标识符( d l c i ) 唯一标识。通 过不同的控制命令，r f c o m m 提供了两种流控机制：针对所有d l c 的流控和 针对单独d l c 的流控，另外还有一种在蓝牙规范1 1 版中新增的基于信誉的流 控。信誉量表示d l c 的缓存所允许接收的帧数目，它一般被插入相应的帧中。 在b w p a b x 应用框架中，b w p a b x 与每台蓝牙三合一电话之间建立 一个多路仿真串口用以传递a t 指令，因此b w p a b x 上的r f c o m m 实体必须 运行多个多路复用器会话，每个多路复用器会话使用自己的l 2 c a p 信道号 ( c i d ) 。由于a t 指令的数据量并不大，b w p a b x 应用对r f c o m m 流控没 有什么特殊要求。 5 音频与电话控髑协议a u d i o ，t c s b i n ，a t 这部分协议在b w p a b x 应用中具有很重要的作用。蓝牙音频 ( a u d i o ) 实际上是通过同步面向连接( s c o ) 分组传输的，此过程由基带协议 负责。电话控制协议( t c s b i n ) 是b w p a b x 应用模型的基础。t c s b i n 位 于l 2 c a p 层之上。是基于分组的电话控制二进制编码指令集。它和a t 电话控 制指令集都可实现电话控制功能，但应用方式各不相同。 t c s 用于实现电话的呼叫控制及其他控制功能，包括呼h q 建立和终止。 此外，t c s 还提供用户组管理和无连接通话控制功能。用户组管理功能对于实 现三合一电话以及b w p a b x 都是十分重要的。所谓无线用户组( w u g ) 是指 一组都支持t c s ，b i n 协议的蓝牙设备。无线用户组内的设备可以使用t c s 的 j e 基眺曳盔生鲍土班冠生堂位盗塞 ： 一些特殊功能，例如分布式配置管理组成员、成员间共享电话、快速内部成员 访问( 即允许两个内部成员间快速建立连接) 。因此加入无线用户组的蓝牙设 备( 如蓝牙三合一电话) 可以对组内多个成员同时发起呼叫，组内某成员可以 将电话呼叫转移给另一成员。无连接通话控制使用户设备不必建立真正的t c s 呼叫连接就可以交换信令。无连接t c s 定义了种c li n f o 消息，它包括音频 控制和伴随信息。音频控制用于设置麦克风增益和扬声器音量；伴随信息用于 交换非标准t c s 信息。音频控制使b w p a b x 可以通过无连接t c s 管理无线用 户组内所有成员的音频设置，而伴随信息则在蓝牙三合一电话和基站间有非常 规服务时，允许无线用户组内部使用无连接t c s 交换这些先进技术服务特性。 a t 指令集面向的电话控制应用与t c s 不同。a t 指令集是由一组控制 调制解调器的指令构成的，它主要用于控制通过串口通信的调制解调器，因而 a t 指令层必须在串口仿真协议r f c o m m 层之上。在b w p a b x 应用模型中， b w p a b x 使用a t 指令与蓝牙三合一电话通信，读取手机以及移动网的状态参 数，并发出相应的控制指令完成跨网切换操作。a t 指令层负责a t 指令的解 析，完成与应用层的通信。a t 指令层将来自蓝牙三合一电话的a t 指令映射为 应用层的相应功能函数，同时把来自应用层的命令翻译成a t 指令发给蓝牙三 合一电话。本章的后半部分详细介绍b w p a b x 中a t 指令的交互过程和a t 指 令层的实现方法。 6 应用层 在b w p a b x 应用中，应用层主要完成蓝牙无绳电话模式下的控制、蓝 牙三合一电话跨网切换控制，整个无线用户组的功率控制以及用户和资源管理 等功能。 2 3 2 蓝牙p s t n 交换机的协议栈在b iu e s t a o k 中的具体实现 在蓝牙p s t n 交换机应用中，服务发现协议s d p 、串口仿真协议 r f c o m m 、t c s b i n 电话控制协议担负着很重要的责任。下面针对 b l u e s t a c k ! e l 上层协议栈和蓝牙p s t n 交换机应用，具体介绍这几个上层协议的 实现和应用方法。 2 3 2 1 服务发现协议, s o p 的应用 1 2 | 巫塑里古堂强班究生兰位：l 垒室 ： 在蓝牙p s t n 无线交换机的服务记录中最重要的属性是r f c o m m 服务信道 号。因为在建立r f c o m m 信道连接时，需要事先知道对方设备上所提供服务的服 务信道号。 使用s d c o p e n _ s e a r c h r e q 请求为后面的搜索会话打开一条l 2 c a p 连接。 使用s d c s e r v i c e _ s e a r c h r e q 搜索符合由s r c h _ p t t r n 指定的搜索模式的 服务记录。s d c s e r v i c e s e a r c h c f m 返回搜索的结果，如果搜索成功，此事件 包括符合条件的服务记录个数、服务记录旬柄个数及服务记录句柄列表。在返 回事件s d c s e r v i c e s e a r c h _ c f m 中得到串口服务记录的服务句柄( 在实际实现 中可以是o x 0 0 0 1 ，因为只注册了蓝牙p s t n 交换机这一个服务) 。 使用s d c _ s e r v i c e _ a t t r i b u t 、e _ r e q 搜索蓝牙p s t n 交换机服务的服务信道 号，其参数主要包括前面得到的串口服务的服务旬柄和包含 p r o t o c 0 1 d e s c r i p t o r l i s t 属性i d 的搜索模式。返回事件 s d c s e r v i c e _ a t t r i b u t e _ c f m 中包含p r o t o c 0 1 d e s c r i p t o r l i s t 属性值的指针， 并由此得到其属性值。这个属性值包括l 2 c a p 、r f c o m m 和t c s b i n 的u u i d 以及 想要得到的服务信道号和p s m 值。 使用s d c c l o s e _ s e a r c h r e q 申请关闭s d co p e n _ s e a r c h r e q 打开的l 2 c a