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淺析藍(lán)牙技術(shù)的基帶層分組協(xié)議

    一、引言

  現(xiàn)代通信技術(shù)的趨勢走向網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)分組化、窄帶接入技術(shù)無線化。在無線接入領(lǐng)域,早期采用電路型傳輸方式,但是現(xiàn)在也開始出現(xiàn)了分組傳輸技術(shù),如CDPD、GPRS、EDGE等;除了這些無線運(yùn)營數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之外,最近由Ericsson、Intel、Nokia、Toshiba、IBM五家公司組成的藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)SIG(SPecial Interest GrouP)聯(lián)手推出的藍(lán)牙計(jì)劃致力于解決SoHo無線組網(wǎng),倍受網(wǎng)絡(luò)界的矚目。

  雖然藍(lán)牙還沒有正式成為國際標(biāo)準(zhǔn),但是有越來越多的組織正在吸納這種技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的目標(biāo)是采用無線接口技術(shù)來取代傳統(tǒng)各種有線連接。雖然藍(lán)牙主要用來解決電話、數(shù)據(jù)終端等的連接組網(wǎng)問題,但是SIG也想將該技術(shù)應(yīng)用到家電上去:家庭通過這種方式組成小型無線數(shù)據(jù)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)智能控制與管理。藍(lán)牙技術(shù)的關(guān)鍵是很小的藍(lán)牙芯片(即無線電收發(fā)信機(jī)),可以裝在各種設(shè)備上,如手機(jī)、冰箱等等。藍(lán)牙的應(yīng)用非常廣泛,例如手機(jī)與微機(jī)之間通過藍(lán)牙無線連接,這種無束縛的接收和發(fā)送信息很有可能改變?nèi)藗兊纳罘绞;藍(lán)牙與 WAP的結(jié)合也會(huì)創(chuàng)造出新的電子商務(wù)模式。

    二、藍(lán)牙的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

  藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)同樣采用分層方式,包括藍(lán)牙專用協(xié)議和一些通用協(xié)議。專用協(xié)議位于協(xié)議棧的底部,從底到上依次是藍(lán)牙無線層(Bluetooth Radio)、基帶層(Baseband)、LMP層(Link ManagerProtocol)、L2CAP層(Logical link Control andAdaptation Protocol)、SDP層(Service DiscoveryProtocol)。另外RFCOMM層以ETSI TS07.10為基礎(chǔ),目的是取代電纜連接;TCS(Telephony Control Protocol SPecification)以ITU-T的Q.931為基礎(chǔ),目的是進(jìn)行呼叫控制。在藍(lán)牙專用協(xié)議之上可以承載PPP、TCP/IP、UDP/IP、WAP等 通用高層協(xié)議。

  無線層規(guī)范物理層無線傳輸技術(shù)。藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段,大部分國家采用2400~2483.5NHZ,f=2402+kMHZ,k=0~78:即將該頻段劃分為79個(gè)帶寬為1MHz的信道;在低頻端留有2MHz的保護(hù)帶,在高頻端留有3.5MHz的保護(hù)帶。調(diào)制方式采用GFSK,BT=0.5,正頻偏表示“1”,負(fù)頻偏表示“0”。系統(tǒng)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù),抗干擾能力強(qiáng)、保密性好。

  LMP負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備之間的鏈路建立,包括鑒權(quán)、加密等安全技術(shù)及基帶層分組大小的控制和協(xié)商。它還控制無線設(shè)備的功率以及藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的連接狀態(tài)。L2CAP在高層和基帶層之間作適配,它與LMP是并列的,區(qū)別在于L2CAP向高層提供負(fù)載的傳送,而LMP不能。L2CAP向高層提供面向連接的和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù),具備多協(xié)議復(fù)用功能和拆/裝適配功能。SDP是藍(lán)牙體系中非常關(guān)鍵的部分,只有通過SDP了解通信雙方的設(shè)備信息、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)特征,然后才能在藍(lán)牙設(shè)備之間建立通信連接。

    三、基帶層

  1.物理信道與物理鏈路

  藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在底層技術(shù),而基帶層是底層中的關(guān)鍵技術(shù)之一。注意藍(lán)牙基于微微小區(qū)機(jī)制,需具備強(qiáng)壯性、低復(fù)雜度、低功率、低成本的特點(diǎn),而這在基帶層技術(shù)中有所體現(xiàn)。

  前面說過藍(lán)牙采用挑頻擴(kuò)頻技術(shù),每秒1600跳,從時(shí)間域看即每個(gè)時(shí)隙長度是625μs,即每個(gè)時(shí)隙從79個(gè)信道中選擇一個(gè)。時(shí)隙編號(hào)0~ 2的27次方-1,即以2的27個(gè)次方雙工方式采用TDD。藍(lán)牙既支持電路型數(shù)據(jù),也支持分組型數(shù)據(jù);既支持點(diǎn)對點(diǎn)連接,也支持點(diǎn)對多點(diǎn)連接。在一個(gè)微微網(wǎng)絡(luò)(Pieconet)中,一個(gè)單元作為主節(jié)點(diǎn),其他作為從節(jié)點(diǎn),最多可以有7個(gè)從節(jié)點(diǎn);但是允許有更多從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)保持在Park狀態(tài)。從節(jié)點(diǎn)對信道的接入由主節(jié)點(diǎn)控制。微微網(wǎng)絡(luò)在覆蓋上可以有重疊:每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有各自的跳頻方案,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主節(jié) 點(diǎn)可以同時(shí)作為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的從節(jié)點(diǎn);一個(gè)從節(jié)點(diǎn)可以屬于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

  主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)只能占用偶時(shí)隙,反之從節(jié)點(diǎn)只能在奇時(shí)隙才能向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)分組(Packet,實(shí)際上更習(xí)慣的說法是幀,因?yàn)樵诨鶐悠涞匚活愃朴贠SI的第2層、部分涉及物理層,分組的確切用法在第3層,但是藍(lán)牙基帶層規(guī)范中采用Packet術(shù)語)的傳送最多可以占用5個(gè)時(shí)隙,在一個(gè)分組的傳送期內(nèi),維持初始時(shí)隙所占用的信道而不再跳頻。

  在主從節(jié)點(diǎn)之間,有兩種不同類型的鏈路,即同步面向連接SCO(Synchronous Connection-Oriented)鏈路和異步無連接ACL(Asynchronous Connection-Less)鍵路。SCO是點(diǎn)到點(diǎn)鏈路,立節(jié)點(diǎn)在周期性的保留時(shí)隙上維持SCO;ACL是點(diǎn)到多點(diǎn)鏈路。主節(jié)點(diǎn)可以利用SCO本占用的時(shí)隙建立ACL鏈路,從節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)參與SCO和ACL。

  SCO具備雙向?qū)ΨQ性,可以看作電路型連接,通常用于支持語音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。主節(jié)點(diǎn)可與一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)建立多達(dá)3個(gè)的SCO鏈路;一個(gè)從節(jié)點(diǎn)也與多個(gè)主節(jié)點(diǎn)建立SCO鏈路(最多3條)。SCO分組不采用重傳機(jī)制。SCO鏈路的建立通過主節(jié)點(diǎn)發(fā)送LMP的SCOsetup消息,該消息中包含了Tsco和Dsco等參數(shù)。Dsco用于標(biāo)識(shí)SCO開始的時(shí)隙相對數(shù),而Tsco用于表示時(shí)隙的重復(fù)周期。

  未被SCO占用的時(shí)隙可用于ACL,在一對主從節(jié)點(diǎn)之間只有一條ACL。ACL的分組傳送來用重傳機(jī)制以確保正確性。只有主節(jié)點(diǎn)在發(fā)往從節(jié)點(diǎn)的分組中以某種方式允許某從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),該從節(jié)點(diǎn)才能在規(guī)定時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。ACL支持廣播。

    2.分組組成

  每個(gè)分組由3部分組成,即接入碼(AccessCode)、頭(Header)、負(fù)載(Payload)。其中接入碼和頭字段為固定長度,分別為72比特和54比特;負(fù)載是可變長度,從0~2745比特。一個(gè)分組可以僅包含接入碼字段(此時(shí)為縮短的68比特),或者包含接入碼與頭字段,或者包含全部3個(gè)字段。

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文章責(zé)編:xihuyu2000  
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