（计算机科学与技术专业论文）基于蓝牙无线通信的pc遥控解决方案的设计与实现.pdf

北京邮电犬学硕十研究生学位论文 基于蓝牙无线通信的p c 遥控解决方案的设计与实现 摘要 蓝牙遥控解决方案，是随着智能手机的大范围普及所带来的需求 而产生的。在个人智能移动设备和智能家居越来越广的和p c 应用程 序相结合的同时，蓝牙遥控解决方案的产生可以大幅度提高p c 机使 用效率，减少有线外部输入设备对用户的束缚。通过蓝牙解决方案， 用户可以通过智能手机对附近的个人电脑进行一定的控制，而且不受 角度的制约。 在对多种无线通信方式进行比较后，确定了使用蓝牙作为通信基 础方式，并据此选定使用b r o a d c o m 公司的s d k 中w i d c o m m 协议栈， 及使用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 为开发工具。在分析了需求后，进行 了蓝牙遥控解决方案的总体功能设计。基于c s 的系统结构，将系统 分为控制端和受控端进行设计，并依功能分为蓝牙通信模块、控制模 块、文件传输模块和数据管理模块四个部分，明确了服务端数据故管 理部分的设计思路。 在此基础上，对各模块进行了功能设计，给出了每个模块中控制 端和受控端的功能流程图，并进行了系统的实现。对于系统的主要数 据结构和蓝牙通信建立及模拟鼠标和键盘灯关键的处理流程进行了 详细的说明，并给出了主要函数的实现。 目前系统已经完成了遥控和文件传输等主要功能，为在解决方案 的系统构架之上支持更多的应用和功能扩展打下了良好的基础。 关键字：蓝牙w i n d o w sm o b i l e遥控文件传输 北京邮电大学硕十研究生学位论文 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t 伽o n o ft h ep cr e m o t ec o n t r o ls o l u t l 0 n b a s e d0 nb l u e t 0 0 t h a b s t r a c t t h ep cr e m o t ec o n t r o ls o l u t i o nb a s e do nb l u e t o o t hc o m e so f fw i t h t h ep o p u l a r i z a t i o no fs m a r tm o b i l ep h o n e s p e r s o n a ls m a r tm o b i l ed e v i c e s a n ds m a r th o u s es e t sb e c o m ec o n n e c t e dw i t hp cs o f t w a r ea p p l i c a t i o n s t h r o u g hw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s b l u e t o o t hi so n ec h o i c ef o rr e m o t e c o n t r o ls y s t e mo nm o b i l ed e v i c e st ou s ec o m p u t e r s c o m p u t e ru s e r sw i l l b em o r ec o n v e n i e n tf r o mb e i n gl i m i t e db yw i r ei n p u td e v i c e s ，w h i c hh e l p u s e rc o n t r o ls o m ep ca p p l i c a t i o n so nas m a r tm o b i l ed e v i c e t h es y s t e mi s d e v e l o p e db a s e do nc ss t r u c t u r e ，w h i c h h a sa c o n t r 0 1 s i d ec l i e n ta n dac o n t r o l l e d s i d es e r v e r c o m p a r e dw i t ho t h e r k i n d so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm e t h o d s ，b l u e t o o t hi sm o r es u i t a b l ef o r t h ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t a n ds e l e c t e dt o s u p p o r t t h e c o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n s t h eb l u e t o o t hc o m m u n i c a t i o np a r t i s d e v e l o p e du s i n gas d kb a s e do nw i d c o m mb l u e t o o t hs t a c k ，w h i c h c o n t a i n st w om o d u l e s ，o n ef o rd a t ac o m m u n i c a t i o na n dt h eo t h e rf o rf i l e s e x c h a n g e k e yf u n c t i o n sp a c k a g e di nb l u e t o o t hc o m m u n i c a t i o nm o d u l e s c a nb eu s e db yt h ec o n t r o lm o d u l eb yp i n v o k em e t h o d a ne x t e n d e d m o d u l en a m e d ”d a t am a n a g e m e n t i su s e dt om a n a g ea l lt h ed a t aw h i l e t h es y s t e mi sr u n n i n g i m p o r t a n td a t as t r u c t u r e sa n dp r o c e s sd i a g r a m s h a v eb e e np r e s e n t e di nd e t a i l t h ek e yf u n c t i o n so fr e m o t ec o n t r o la n df i l e se x c h a n g eh a v eb e e n d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d m o r ee x t e n d e df u n c t i o n sc a nb ea d d e di n t o t h es y s t e mf o rn e wa p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：b l u e t o o t h w i n d o w sm o b i l er e m o t e c o n t r o l f i l e t r a n s m i s s i o n 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：刮毡并幻日期：冷8 卸迅3 ，讧 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论塞不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：司色署菱日期：讼毒辛；商3 穗 导师签名： 嗡士售日期：知坷分? 北京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章引言弟一早 ji 百 1 1 蓝牙技术的产生和发展 1 1 1 蓝牙技术的起源 蓝牙的创始者是瑞典爱立信公司，爱立信早在1 9 9 4 年就已进行研发。1 9 9 7 年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1 9 9 8 年2 月，5 个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、m m 、东芝及i n t e l 组成了一个 特殊兴趣小组( s i g ) ，他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技 术，即现在的蓝牙。 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它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。在制定蓝牙规范之初，就建立 了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2 4 g h z 工业、 科学和医学( i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ，i s m ) 频段。这个技术的名字来源 于1 0 世纪丹麦国王h a r a l db l a t a n d - - 英译为h a r o l db l u e t o o t h ( 因为他十分喜欢吃 蓝梅，所以牙齿每天都带着蓝色) 。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低， 其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那 些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙工作在2 4 g h z 的i s m 频段，全球大多数国家i s m 频段的范围是2 4 2 4 8 3 5 g h z ，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。蓝牙可以用以同时传输语音和数据：蓝 牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数 据与同步语音同时传输的信道。 现在，b l u e t o o t hs i g 由发起公司a g e r e 、爱立信、i b m 、英特尔、微软、摩 托罗拉、诺基亚和东芝，以及数千家作为协助与应用( a s s o c i a t ea n da d o p t e r ) 成 员的公司组成。 1 1 2 蓝牙技术的发展 目前，蓝牙技术已获得了全球认可，世界各地的蓝牙设备都可以与其邻近的 蓝牙设备连接。蓝牙电子设备可以通过短距离的即时网络( 称为微微网) 进行无 线连接和通信。每个设备最多可以在微微网中同时与七个其它设备进行通信。每 北京邮电大学硕上研究生学位论文 个设备还可以同时属于多个微微网。当蓝牙设备进入然后离开无线电邻近区域 时，微微网可在此期问自动动态建立。就目前的发展情况来看，蓝牙技术在手机、 耳机、p d a 、数码相机和数码摄像机等设备上都有应用，同时又由于手机的普及 率较高，因此蓝牙手机成为目前蓝牙技术的主要应用，而与之相匹配的蓝牙耳机 也正在逐渐进入消费者的视线。 1 2 蓝牙遥控解决方案的设计思路 蓝牙遥控系统旨在设计一种可以通过智能移动设备对p c 机进行移动遥控操 作的解决方案。要实现这个方案，就必须满足这样几个限制条件：首先必须移动 性好，不能受控制的方向性和控制设备的体积的限制；另外要求有一定的数据通 信功能，因为在目前智能设备已经具有了很大范围的数据处理功能；最后还要成 本低廉便于实施。就这些问题加以判断后发现，选择一个合适的通信方法是设计 中的关键第一步。 1 2 1 中短距离通信所面临的问题 在中短距离范围内的数据通信和设备控制应用方向，有很多场合需要一种合 适的解决方案来摆脱传统的有线通信方式。在传统上，0 到2 0 米的范围之内， 往往采取的就是有线通信方式，不论是数据传输的双方还是设备控制的双方，往 往会因为线缆长度、布局等等问题大大影响了使用的移动性和便捷性。在此问题 上，人们已经找到了很多解决的方法l 。 比方说在中短距离无线通信方向上有着各种各样的通信协议，例如w i f i 、 红外、蓝牙以及无线电调频( 这个可以做长距离的通信) 等等。最早得到普及的 就是f m 无线电调频，在话务对讲、收音等方向上应用最广，但是此方法有一个 在现代应用时将遇到的致命的问题，那就是难以实现实时而不受干扰的双工通 信。另外一个普及很广的协议就是红外通信协议，这个协议在民用范围内得到了 很好的推广，在全球范围的电子产品遥控器上装有上亿个这样的应用单元，但是 这个协议还是有着很多的问题，比如通信带宽较低导致不能用作数据通信和光线 不能弯折带来的控制角度问题。另外随着局域网和互联网的迅速发展，无线局域 网方向上的w i f i 无线通信也得到了非常大的发展，近5 年来基本所有的笔记本 式电脑都装备了无线网卡，各种公共场所，如学校、机场、快餐厅、图书馆等等 也将提供无线上网信号作为了建设实施的一个重要考虑因素。w i f i 以其带宽高， 方便互联的优点占据了中短距离大量数据通信的市场，但是其本身也有很多缺 北京邮电大学硕士研究生学位论文 点，例如使用成本较高、终端要求过于复杂等；另外在中国市场，还有一个问题 导致它不能得到很好的移动应用，那就是中国有关部门规定w i f i 不得装备在任 何在中国大陆范围内销售的手机之上【1 1 。 表1 - 1 主要无线通信方式特性比较 蓝牙红外 w i h 传播介质2 4 g h z 无线电红外线2 4 g h z 无线电 传播角度 全向3 0 。全向 双工方式全双工半双工全双工 发射功率1 毫瓦可变6 0 。7 0 毫瓦 成本1 美元以下1 美元以下8 美元 应用范围语音、数据传输监控、遥控局域网 那么蓝牙遥控解决方案寻找的就是一种价格低廉、具有一定数据带宽、不受 方向限制，可以实时双工通信而且体积小巧的无线通信方法，那就是蓝牙。蓝牙 芯片的价格随着近些年应用的逐渐增多已经出现了大幅下滑，目前一个芯片的成 本价格大概2 3 美元之间；蓝牙具有一定的通信带宽，在1 0 米范围内理论值是 非对称是7 2 1k t 5 7 6k b ，对称传输是4 3 2k b ，可以满足正常的遥控通信和少量 的数据传输；蓝牙的使用不受方向性限制而且蓝牙芯片体积非常小可以嵌入到绝 大部分设备，包括移动设备之中1 2 j 。 1 2 2 解决方案的应用价值和前景 蓝牙遥控系统完成的功能主要分为三个部分，都需要通过蓝牙作为信息载 体。其中第一部分是本解决方案的核心功能，也就是通过移动智能设备对个人电 脑进行遥控；第二部分主要关注数据传输，也就是通过蓝牙实现移动智能设备和 个人电脑之间的文件交互工作；第三部分是一个辅助的功能，主要用来统计系统 核心功能的使用情况，并在c s 结构的两端对统计数据进行一定的分析和整理。 目前看来，在很多场合下可以使用到蓝牙遥控系统的功能。比如在用户使用 个人电脑的时候，有很多功能是不需要长期职守的，这种功能往往在应用程序开 始执行以后就只需要一定范围内的操作既可以实现主要功能，这种情况用户往往 更关心的输出，而不是输入的情况，所以要从计算机前解放用户让他们有更多的 精力投入到对屏幕、音响和身体的移动上来。例如在教师利用电子教案授课时， 或者演讲者在讲解幻灯时，这个时候用户需要更专注的讲解和现场气氛协调，如 果禁锢在鼠标键盘旁的话就会大大的影响效果，所以如果有一种设备可以让他们 利用一个简单的、可移动的方法来实现音量控制、幻灯翻页等功能就可以帮助用 北京邮i 乜人学硕i ：研究生学位论文 户从计算机的控制中解放出来【3 l 。 蓝牙遥控系统还加入了一定的文件传输功能以及数据控制和管理功能。在一 些场合下，比如讲课时，教师可以通过蓝牙遥控系统，随时的将存在手机上的课 件、幻灯和音频等文件通过蓝牙遥控系统传输到讲台的受控端电脑，省却了连线 的麻烦。另外还可以在讲台的受控端开放一些文件的访问权限，使同学们可以用 自己的智能设备无线下载这些文件，这是受控端的系统可以统计文件的受访情况 并将此情况传回到教师的手机上供分析使用。 在很多情况下，解放设备之间连线的需求越来越多。一个可靠的遥控解决方 案可以运用在很多情况之下，例如演讲、授课、点菜和广告等场合。随着手机和 计算机的大范围普及，本解决方案可以较为容易的安装到目前占领一定智能手机 操作系统市场份额w i n d o w sm o b i l e 之上，随着智能手机的普及，越来越多的人 可以用到这个解决方案带来的便利【引。 就市场来讲，可以看到，未来几年，中国3 g 市场即将启动，3 g 手机市场 也将随之快速增长。赛迪顾问预计，2 0 0 7 年3 g 手机销量会达到6 2 0 万部，2 0 1 1 年中国3 g 手机市场销量将达到6 1 0 0 万部。这将为本解决方案的推广留出很大 的发展空间。 在进一步开发的时候，可以考虑开发蓝牙遥控系统的s y m b i a n 智能系统版本 和j a v a 的j 2 m e 版本以实现更多的兼容性，是更多的支持蓝牙的手机都可以使用 蓝牙遥控系统，以带来更大的市场推广。 1 3 论文完成的工作及论文结构 在完成论文时所做的工作主要包括以下几点： 1 搭建了w i n d o w sm o b i l e 应用程序的开发环境。使用w i n d o w sm o b i l e 推 荐框架n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 开发系统控制端和受控端的逻辑功能。 2 开发了基于b r o a d c o m 公司w i d c o m m 蓝牙协议栈的蓝牙通信模块，主要 分为使用r f c o m m 应用协议的蓝牙数据通信部分和使用o b e x 应用协 议的文件传输部分。 3 应用n e t c o m p a c tf r a m e w o r k 开发框架完成了系统客户端与服务端的界 面设计和开发，并在模拟器上对代码进行了运行和测试。 论文章节组织安排如下： 第一章，引言。主要介绍核心技术的基本情况、蓝牙遥控解决方案的设计初 衷和应用前景以及论文工作概况和论文结构。 北京邮电人学硕十研究生学位论文 第二章，技术背景。这章主要介绍了蓝牙协议栈及其应用、w i n d o w sm o b i l e 系统和开发环境、n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 主要控件和开发方法以及在托管代 码开放中使用非托管代码的方法。 第三种，完成了蓝牙遥控解决方案中核心模块和两个功能模块，即蓝牙通信 模块、控制模块和文件传输模块的设计，并简单描述了控制端的用户界面设计。 第四章，对蓝牙通信模块、控制模块和文件传输模块进行了详细的分析和实 现，列出了实现过程中所用到的主要数据结构，给出了核心通信模块、控制模块 和文件传输模块的主要流程图和函数实现。 第五章对系统的附加功能，即数据管理功能进行了设计和实现，给出了此功 能模块的逻辑流程和数据库的设计。 第六章对整个解决方案在计划、设计和实现中所做的工作进行总结，并对系 统中可扩展和改进的部分加以描述。 北京邮电大学硕1 ：研究生学位论文 2 1 蓝牙技术介绍 第二章技术背景介绍 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它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。在制定蓝牙规范之初，就建立 了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2 4 g h z 工业、 科学和医学( i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ，l s m ) 频段。从目前的应用来看， 由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任 何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备 1 6 】。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点： 全球范围适用：蓝牙工作在2 4 g h z 的i s m 频段，全球大多数国家i s m 频 段的范围是2 4 2 4 8 3 5 g h z ，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【1 3 l 。 同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据 信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。 可以建立临时性的对等连接( a d h o cc o n n e c t i o n ) ：根据蓝牙设备在网络中 的角色，可分为主设备( m a s t e r ) 与从设备( s l a v e ) 。主设备是组网连接主动发 起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网( p i c o n e t ) 时，其中只有 一个主设备，其余的均为从设备1 5 】。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单 的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。 蓝牙模块体积很小、便于集成：由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部 的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块r o k l 0 1 0 0 8 的外形尺寸 仅为3 2 8 m mx1 6 8 m mx2 9 5 r a m 1 3 1 。 开放的接口标准：s i g 为了推广蓝牙技术的使用，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，只要最终通过 s i g 的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。 2 1 1 蓝牙协议栈 协议栈是蓝牙技术的核心组成部分，它能使设备之间互相定位并建立连接， 通过这个连接，设备间能通过各种各样的程序进行交互和数据交换。下图展示了 蓝牙协议栈内部的支撑层： 北京邮电大学硕：l 研究生学位论文 图2 - 1 蓝牙协议栈支撑图 整个蓝牙协议栈包括了蓝牙指定协议( l m p 和l z c a p ) 和非蓝牙指定协议( 如 o b e x 和u d p ) u 5 。设计协议和协议栈的主要原则是尽可能利用现有的各种高层 协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性，充分利用兼 容蓝牙技术规范的软硬件系统。蓝牙技术规范的开放性保证了设备制造商可自由 地选用其专利协议或常用的公共协议，在蓝牙技术规范基础上开发新的应用。整 个蓝牙协议体系结构可分为底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三大部分， 完整的蓝牙协议栈如图2 1 所示，不是任何应用都必须使用全部协议，而是可以 只使用其中的一列或多列。图2 - 1 显示了所有协议之间的相互关系，但这种关系 在某些应用中是有变化的i 引。 北京邮电人学硕i ：研究生学位论文 i坐坐! 型竺：二：二】 图2 2 蓝牙协议栈构架 由上图可知蓝牙核心协议分为三层。分别是传输层协议、中间层协议及应用 层协议。这三层协议相互配合共同完成蓝牙无线传输的各种应用【7 1 。 传输层协议：传输层协议主要负责蓝牙设备间相互确认对方的位置，以及建 立和管理蓝牙设备间的物理和逻辑链路。这一部分又进一步分为低层传输协议和 高层传输协议两部分。低层传输协议侧重于语音与数据无线传输的实现，主要包 括射频、基带和链路管理三部分协议。其中，射频部分主要包括了一系列用于蓝 牙无线电收发信机设计的规范。基带层负责调频和蓝牙数据及信息帧的传输。它 确保微微网( p i c o n c t ) l q 蓝牙设备单元之间由射频构成的物理连接。链路管理层协 议则用于控制蓝牙设备间链路的建立与拆除以及链路的安全和控制。它不仅通过 协商确定基带数据的分组大小，还控制无线设备的电源模式和工作周期及微微网 内设备的连接状态。低层传输协议向对应高层传输协议提供保证为高层应用程序 屏蔽了诸如跳频序列选择等低层传输操作，并进一步为完成高层应用程序的实现 提供了更加有效和更便利的数据分组格式1 8 】。低层传输协议主要包括逻辑链路控 制与适配协议和主机控制器接口等逻辑链路控制与适配协议将基带层的数据分 组转换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用和服务质量交换等功 能。主机控制器接i 习( h c l ) 是蓝牙协议中软硬件的接口它提供了一个调用下层射 频、基带、链路管理以及状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。h c l 协议一 方面奠定了基于它的协议软件在不同的主机上运行。同时将协议软件的命令北京 邮电大学工程硕士学位论文基于蓝牙无线局城网的文件传物系统的研究与设计 传递给蓝牙底层协议。 中间层协议：中间层协议为高层应用协议或程序在蓝牙逻辑链路上工作提供 北京邮电大学硕：上研究生学位论文 了必要的支持，为应用层提供了各种不同的接口标准，这部分协议主要包括逻辑 链路控制与适配协议、服务发现协议，串i ：i 仿真协议和电话控制协议规划引。 l 2 c a p 协议主要完成数据拆装、服务质量控制、协议复用和组提取等功能， l 2 c a p 向r f c o m m 和s d p 等层提供面向连接和无线连接的数据业务，是其它 上层协议实现的基础。它的功能包括：协议复用、数据的分段和重组、组提取基 础，以及服务质量信息的传送。同时当传送基带数据业务时可以越过l m p 而直 接通过l 2 c a p 向高层协议传送数据，从某种意义上说，l 2 c a p 和l m p 都相当 于0 s i 第二层即链路层的协议，因此也是蓝牙协议栈的核心部分。s d p 协议为上 层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。服务发现协议是蓝 牙技术中重要的组成部分，它是所有应用模型的基础。s d p 上层可以有f r p 、 l a n 接入、无绳电话、同步模式等应用模型。通过确定不同的信息类型和业务 类型，s d p 可以在设备单元之间建立不同的s d p 层连接 9 1 。r f c o m m 协议层是 依据e t s i 标准t s 0 7 1 0 在l 2 c a p 上仿真9 针r s 2 3 2 串口功能的协议。通过 r f c o m m ，蓝牙可以在无线环境下实现对高层协议，如p p p 、t c p i p 、w a p 等 协议的支持。另外，r f c o m m 可以支持a t 命令集，从而可以实现移动电话和 传真机及调制解调器之间的无线连接功能。 应用层是指那些面向具体应用的软件程序和其中所涉及的协议，包括硬件驱 动及各种诸如互联网无线接入和语音通信等功能的蓝牙应用程序。由于蓝牙规范 只对传输层及部分中介层协议作了定义，因此虽然在传输层及中介层不同的蓝牙 设备采用了统一的符合蓝牙规范的形式，但在应用层则完全由开发人员自主设 计、实现。 2 1 2 蓝牙的传输协议组和中间件协议组 传输协议是s i g 为在设备间承载语音和数据业务而开发的传输协议。其不 仅仅支持数据通信的异步传输，同时还支持能达到电信级质量僻勋p s ) 的语音通 信的同步传输【矧。为了保证音频应用中所期望的高服务质量，音频业务被赋予 了较高的优先级，可以不经过任何中间协议层，直接从音频应用连接到基带层上， 然后以小分组的形式直接在蓝牙的空中接口上传输。 总的来说，“传输协议组总的协议集构成了一个虚拟的管道，通过蓝牙的 空中接口将数据从一个设备传送到另一个设备。原则上，这些协议定义了通信设 备之间的传输，因此为该协议组被称为“传输协议组。这个协议组中全部协议 都必须支持蓝牙设备间的通信，对这个协议组之外的其它协议则没有这样的要 求，即使是对s i g 开发的另外一些协议( 如r p c 以加) 也没有这样的要求。 北京邮电大学硕l 研究生学位论文 由蓝牙低层协议规范可知，来自数据应用层的业务首先被传递到逻辑链路控 制和适配协议层即l 2 c a p 层。l 2 c a p 协议层为高层应用和更高层的协议屏蔽了 下层传输协议的细节。这样，高层就不必了解发生在射频和基带层的频率跳变， 也不需要知道在蓝牙空中接口上传输的特殊分组格式。l 2 c a p 支持协议的多路 复用，允许多种协议和应用共享空中接口【1 0 】。他还能将高层应用使用的大分组 拆分成基带可以传输的小分组，并在接收设备中完成对这些分组的相应组装过 程。此外，通过协商为了实现一个可以接受的服务等级，两个对等设备中的 l 2 c a p 层可以对新业务进行输入控制，并与底层相互配合来实现并维持这个应 用所希望的服务质量。 中间件协议是利用下层的传输协议，为应用层通信提供标准接口。中间件层 的每一层都定义了一个标准协议，这些协议允许应用能够利用一个更高级的抽 象，而不必直接与下层的传输协议打交道。 蓝牙中间件协议包括： ( 1 ) r f c o m m ，一个串行端口的抽象。 ( 2 ) 服务发现协议( s d p ) ，用于描述可用的服务和确定所需服务的位置。 ( 3 ) 一套i r d a 互操作协议( o b e x ) ，它来自于i r d a 标准，能实现i r d a 各种 应用的互操作。 ( 4 ) 电话控制协议f f c s ) ，用来控制音频或数字业务的电话呼叫。 下面对设计和实现过程中涉及到的r f c o m m 层和s d p 层加以说明。 r f c o m m 层 串行端口是如今计算和通信设备中最常见的通信接口之一。大多数通过串口 传输数据的串行通信都需要一条电缆。而蓝牙无线通信的目标正是要代替电缆， 因此在最初的一套电缆替代应用模式中，支持串行通信以及与之相关的应用便成 为其最重要的特征。如：端到端的文件和对象传输、数据同步和和拨号上网等都 是基于串行通信最常见的应用。 为了方便在蓝牙无线链路上实现串行通信，协议栈定义了一个称为 r f c o m m 的串行抽象端口。r f c o 翩为各种应用提供了一个虚拟的串行端口， 这样就可以方便地将有线串行通信中的应用搬到无线串行通信的领域中来。因此 一个应用可以像使用一个标准的有线串口一样，利用r f c o m m 实现诸如同步、 拨号上网和其他的各种功能，对于应用而言没有明显的变化。所以r f c o m m 协 议的目的就是要使传统的基于串口的应用可以转化为利用蓝牙传输的应用。 r f c o m m 是欧洲电信标准协会t s 0 7 1 0 标准定义的模型，这个标准定义了在 个单独的串行链路上进行多路复用串行通信的方式1 1 7 1 。蓝牙规范采用了 e t s l 0 7 1 0 标准的一个子集，同时还专门为蓝牙通信对r f c o m m 作了一些修改。 北京邮电人学硕士研究生学位论文 由于串行通信在数字设备中非常流行，因此r f c o 而可以为应用提供的串 口能力就成为协议栈中非常重要的一部分，尤其是对版本1 0 规范要实现的那些 传统应用而言更为重要。 s d p 层 任何一种蓝牙应用模式都可以看成是利用了一组协议组织完成的一种服务。 蓝牙设备组网的主要目的就是要使这些设备可以相互通信，以便设备间能相互关 联相互服务。就如以太网这样的传统网络中，文件服务、打印服务、域名服务、 网桥和网关之类的多种服务都是由网络中的设备( 服务器) 所提供的一样，对于蓝 牙无线通信而言也需要特定的设备或操作为其服务。但蓝牙无线通信中使用的这 种设备，不能像以太网那样静态配置。必须实现一种动态的配置方式，这就是提 出蓝牙服务发现协议( s d p ) 的原因。s d p 定义了一种标准的方法，以使某些蓝牙 设备可以发现和获得其他设备提供的服务；t i p 为设备定义了一个发现其他设备提 供服务的方法。因此，服务发现是动态网络中实现终端用户价值的关键内容。 s d p 协议又称之为服务发现协议。该协议是一个基于客户服务器结构的协 议，它为客户应用提供一种发现服务器所提供的服务和服务属性的机制。如图 2 3 所示，服务器维护一份服务记录列表，服务记录列表描述与该服务器有关的 服务和特征。每个服务列表包括一个服务的信息。客户端可以通过发送一个s d p 请求从服务器记录中检索信息。蓝牙设备与s d p 服务器一一对应，一个蓝牙设 备只有一个s d p 服务器。在设计中蓝牙模块即可以是s d p 服务器也可以是s d p 客户端。当s d p 协议服务于蓝牙无线网络及蓝牙无线文件传输时，它应当保证 以下的能力： 1 s d p 应该允许根据服务的类型发现服务： 2 s d p 应该能够浏览服务，无需事先知道这些服务的特征； 3 s d p 应该能为客户提供查询功能，允许其根据服务的特殊属性进行所需的 服务查询。( 如文件传输、语音通话等) ； 4 s d p 必须允许一个设备上的客户直接发现另外设备上的服务； 5 s d p 应该独立的传输： 6 s d p 必须对服务、服务类和服务属性提供唯一标识。 北京邮电大学硕卜研究生学位论文 图2 - 3 客户服务交互过程图 i r d a 互操作协议与o b e x 对象交换协议 为了在无线环境中交换和同步数据，设备之间必须有确定的数据格式，包括 数据的语法和语义才能进一步实现交换的目的。红外数据协会( i r d a ) 已经对此定 义了一些协议。由于i r d a 和蓝牙无线通信的一些重要特性、使用模式和应用类 似，因此s i g 选用了k d a 在这方面的协议和数据模型。 i r d a 制定的红外对象交换( i n f r a r e do b j e c te x c h a n g e ，o b e x ) 协议是一种对等 通信的会话协议。o b e x 可以使用在定义明确的对象交换应用中。o b e x 是一个 基本的结构块，文件传输应用模式和对象的推操作都构建在这个结构块上。此外， 另一个i r d a 定义的协议，红外移动通信( i n f r a r e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，i r m c ) 能够实现这些对象的同步。 在蓝牙中o b e x 协议是一种紧凑、高效的二进制协议，它的功能类似于h t r p 协议。o b e x 协议本身分为两个部分：数据对象模型和会话协议。对象模型包括 了将要传输的数据对象的各种信息以及数据对象本身。该模型的建立完全基于各 种标准的或者用户自定义的可分析的信息头( h e a d e r s ) ，类似与哪! 1 中定义的 信息头概念会话协议规定了设备间的数据传输过程，o b e x 使用基于二进制分组 机构的服务器客户端模式作为该过程的模型。 2 1 3 o b e x 层协议简介 如前上节所述，o b e x 协议即对象交换协议。主要用于各种对象的传输( 其 中就包括文件传输) 。o b e x 在蓝牙系统中被映射到r f c o m m 和t c 册层上， 其中o b e xo v e rt c p f l p 是作为可选项出现的。需要说明的是，由于在蓝牙体系 结构中，o b e x 被映射到面向连接的底层协议，因此蓝牙仅支持面向连接的 o b e x 应用。 o b e x 协议本身分为两个部分：数据对象模型和会话协议。对象模型包括了 将要传输的数据对象的各种信息以及数据对象本身。该模型的建立完全基于各种 北京邮电大学硕：研究生学位论文 标准的或者用户自定义的可分析的信息头( h e a d e r s ) ，类似于哪! 1 中定义的 信息头概念。会话协议规定了设备间的数据传输过程，o b e x 使用基于二进制分 组结构的客户机服务器模式作为该过程的模型。 对象模型描述了对象在o b e x 协议中如何被表示。这个模型必须能够表示 出被传输的对象以及对象信息，o b e x 协议则是使用了将各个不同的功能数据块 按顺序组合成可选头的方法来解决这个问题的。可选头是一个能够描述被传输对 象某些性质的实体单元，这些性质包括名字、长度、叙述性文本、或者传输对象 本身。例如：对于文件t e s t t x t 的可选头就可能包括一个名字，一个“t e x t 文件 的标志符，一个描述，一个文件长度，以及其本身。 o b e x 定义了一组经常用到的头。在这组头中还提供了利用h t r p 头以及用 户自定义头的机制。这种小的头定义组使文件传输能够应用到p c 之间以及许多 其它设备上。 o b e x 定义的头信息有2 2 种之多，下边只重点介绍一些设计中使用到的头 信息： 1 记数( c o u n t ) 记数是一个4 字节的无符号证书，用以指定操作中对象的个数。 2 名称( n a m e ) 名字是一个o 结尾统一编码文本串，用以描述对象的名字，名字头在如 文件传输的操作中是非常有用的，但它并不是必要的，接收端可以根据 上下文、类型以及其它特征知道应该对对象进行何种操作。 3 类型( t y p e ) 类型是一个描述对象类型( 如文本、图片、二进制或者其它类型) 的以 o 结尾的a s ci i 文本字节序列。接收端利用类型来增加对对象的智能处 理。对于一个对象，如果没有指定其类型，那么就假定其类型为二进制。 4 目标( t a r g e t ) 目标是一个字节序列，用以标识操作目标。名字和类型信息头提供一种 处理发送方法，而目标头则提供另外一种指向目标接收端的方法当发送 o b e x 连接数据分组与o b e x 服务端建立一个o b e x 连接时，一般将 使用目标头。 5 h t t p h 1 曙是一个包括h t t p l x 头的字节序列其包括许多在唧中己经 定义了的特性。详见h i q p 头规范。 6 w h o w h 0 是长度前缀方式的字节序列，这样，在一个应用中双方能识别出对 北京邮电入学硕r l 研究生学位论文 方。w h o 头用在o b e x 连接响应数据分组中用以指定服务的u u i d 。 w h o 头的值与建立连接命令目标头的值是相对应的。在实际应用中，使 用w h o 头是有必要的，其可以指定一个唯一的服务端或者是客户端以 提高工作效率。 2 2 w i n d o w sm o b i l e 智能手机操作系统简介 2 2 1 w i n d o w sm o b i l e 简介 w i n d o w sm o b i l e 是微软为智能移动终端设备使用的操作系统，w i n d o w s m o b i l e 将用户熟悉的桌面w i n d o w s 体验扩展到了移动设备上。基于w i n d o w s m o b i l e 操作系统的智能终端设备分为两个大类p o c k e tp c 和s m a r t p h o n e 。其中 s m a r t p h o n e 从外观设计、使用习惯等方面来看，其更像一部电话，同时具备一定 的数据管理和处理能力。而p o c k e tp c 的设计使它更像一部个人电脑，有非常强 大的数据管理和处理能力，而现在绝大部分的p o c k e tp c 都加入了电话功能，使 其成为p o c k e tp cp h o n e l 2 0 1 。因此针对不同的硬件设备需求，微软的w i n d o w s m o b i l e 操作系统也可以细分为：w i n d o w sm o b i l ef o rs m a r t p h o n e ，w i n d o w sm o b i l e f o rp o c k e tp c 和w i n d o w sm o b i l ef o rp o c k e tp cp h o n e 。 2 0 0 3 年6 月，微软对外推介了其全新的手机操作平台w i n d o w sm o b i l e2 0 0 3 。 尽管对外界的称呼统称为w i n d o w sm o b i l e ，但其实p o c k e tp cp h o n e 和 s m a r t p h o n e 仍然还是单独存在的，只是加了个前缀。 w i n d o w sm o b i l e2 0 0 3 在r o m 中内置了n e tc o m p a c tf r a m e w o r kf n e t f r a m e w o r k 的精简版本) ，这是使得开发人员可以使用c 择和m i c r o s o f tv i s u a l b a s i c 、n e t 等语言为基于w i n d o w sm o b i l e2 0 0 3 的移动设备开发出高效的应用 程序。这个版本在应用程序方面提供了很多优良特性，例如： 1 内置了移动版本的o u t l o o k 、m e d i ap l a y e r9 、i e 6 、m s nm e s s e n g e r 。 2 具有了良好的邮件、日程管理，影音娱乐，网络浏览和即时通讯功能。 3 并且在w i n d o w sm o b i l ef o rp o c k e tp c 中还内建了对w o r d 和e x c e l 文档 的阅读、编辑功能。 4 在系统管理方面采用了新的连接管理器，智能移动终端设备在和其他设 备( 例如桌面p c ) 在进行数据同步时操作更加简单，效率更高。 5 在通讯方面支持使用l 2 t p i p s e c 加密技术的v p n 连接来提高数据传输 的安全性。 6 可以使用新的i p v 6 寻址技术，对未来的互联网寻址技术有了很好的支 北京邮电大学硕十研究生学位论文 持。 7 加入了蓝牙管理程序，可以使用蓝牙技术以无线通讯的方式来进行数据 交换。 2 0 0 5 微软公司发布了w i n d o w sm o b i l e5 0 版本。它最重要的特点就是支持 3 g 网路，另外还具有以下新特征： 1 重要的更新就是具备永久性的记忆体储存，防止掉电丢失资料。 2 加入p o w e r p o i n tm o b i l e ；w i n d o w sm e d i ap l a y e r 更新为第1 0 版。 3 增加了软件按键的支持，让使用者单手也可以轻松使用。 4 支持直接外接硬盘以及u s b2 0 的传输规格以及提高个人资讯管理 ( p i m ) 与电话功能的整合。 相对于其他智能操作系统，w i n d o w sm o b i l e 有个最大的优点，就是能实现 使用w m d o w