藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)是怎樣的

對于藍(lán)牙，小伙伴們都已經(jīng)熟的不能再熟了，真可謂是已經(jīng)熟透了呀。尤其是在WiFi還沒有這么普遍的幾年以前，上網(wǎng)下載東西不是這么地方便，那時候一旦一個小伙伴有了什么音頻、視頻、文檔、圖像等的珍惜資源時，大家都是通過藍(lán)牙來進(jìn)行資源共享的。用專業(yè)術(shù)語來講，藍(lán)牙其實(shí)是一個開放性的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，通過使用隱形的連接線代替電纜來完成“保持聯(lián)系、不靠電纜、拒絕插頭”的目標(biāo)，雖然目前它的魅力不足WIFI。

藍(lán)牙簡介

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般是10m之內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。

“藍(lán)牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國王，他將當(dāng)時的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻（FH，F(xiàn)requency Hopping）和時分多址（TDMA，me DivesionMuli—access）等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價地將幾臺數(shù)字化設(shè)備（各種移動設(shè)備、固定通信設(shè)備、計算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)，如數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等，甚至各種家用電器、自動化設(shè)備）呈網(wǎng)狀鏈接起來。藍(lán)牙技術(shù)將是網(wǎng)絡(luò)中各種外圍設(shè)備接口的統(tǒng)一橋梁，它消除了設(shè)備之間的連線，取而代之以無線連接。

藍(lán)牙協(xié)議棧

藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與數(shù)字通信的開放性規(guī)范。它以低成本、近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備建立了一種完整的通信方式和技術(shù)。

藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)質(zhì)是建立通用無線接口及其控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)，使移動通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間能實(shí)現(xiàn)無縫連接，由此，為不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備提供了近距離（10m~100m）范圍內(nèi)的互操作通道。

協(xié)議層次

藍(lán)牙協(xié)議是通信協(xié)議的一種，為了把復(fù)雜問題簡單化，任何通信協(xié)議都具有層次性，特點(diǎn)如下：

從下到上分層，通過層層封裝，每一層只需要關(guān)心特定的、獨(dú)立的功能，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)；

在通信實(shí)體內(nèi)部，下層向上層提供服務(wù)，上層是下層的用戶；

在通信實(shí)體之間，協(xié)議僅針對每一層，實(shí)體之間的通信，就像每一層之間的通信一樣，這樣有利于交流、理解、標(biāo)準(zhǔn)化。

藍(lán)牙協(xié)議也不例外，其協(xié)議層次如下：

從OSI（Open System Interconnecon）模型的角度看，藍(lán)牙是一個比較簡單的協(xié)議，它僅僅提供了物理層（Physical Layer）和數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer ）兩個OSI層次。但由于藍(lán)牙協(xié)議的特殊性、歷史演化因素等原因，其協(xié)議層次又顯的不簡單，甚至晦澀難懂（如上面圖片所示的Physical Link、Logical Transport等）。

藍(lán)牙協(xié)議分為四個層次：物理層（Physical Layer）、邏輯層（Logical Layer）、L2CAP Layer和應(yīng)用層（APP Layer）。

物理層，負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ溃ㄍǔ７Q為信道）。通常情況下，一個通信系統(tǒng)中存在幾種不同類型的信道，如控制信道、數(shù)據(jù)信道、語音信道等等。

邏輯層，在物理層的基礎(chǔ)上，提供兩個或多個設(shè)備之間、和物理無關(guān)的邏輯傳輸通道（也稱作邏輯鏈路）。

L2CAP層，L2CAP是邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptaon Protocol）的縮寫，負(fù)責(zé)管理邏輯層提供的邏輯鏈路。基于該協(xié)議，不同Applicaon可共享同一個邏輯鏈路。類似TCP/IP中端口（port）的概念。

APP層，理解藍(lán)牙協(xié)議中的應(yīng)用層，基于L2CAP提供的channel，實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用功能。Profile是藍(lán)牙協(xié)議的特有概念，為了實(shí)現(xiàn)不同平臺下的不同設(shè)備的互聯(lián)互通，藍(lán)牙協(xié)議不止規(guī)定了核心規(guī)范（稱作Bluetooth core），也為各種不同的應(yīng)用場景，定義了各種Application規(guī)范，這些應(yīng)用層規(guī)范稱作藍(lán)牙profile。

藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)為分層結(jié)構(gòu)，具體如圖所示

藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。互操作的遠(yuǎn)端設(shè)備需要使用相同的協(xié)議棧，不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議棧。并不是任何應(yīng)用都必須使用全部協(xié)議，而是可以只使用其中的一層或多層。但是，所有的應(yīng)用都要使用藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

設(shè)計藍(lán)牙協(xié)議棧的主要原則是盡可能地利用現(xiàn)有的各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍(lán)牙技術(shù)的融合以及各種應(yīng)用之間的互通性以及充分利用兼容藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的的開放性保證了設(shè)備制造商可自由地選用其專利協(xié)議或常用的公共協(xié)議，在藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上開發(fā)新的應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范包括Core和Profiles兩大部分.Core是藍(lán)牙的核心，主要定義藍(lán)牙的技術(shù)細(xì)節(jié);Profiles部分定義了在藍(lán)牙的各種應(yīng)用中的協(xié)議棧組成，并定義了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧。

按照各層協(xié)議在整個藍(lán)牙協(xié)議體系中所處的位置，藍(lán)牙協(xié)議可分為底層協(xié)議、中間層協(xié)議和高層協(xié)議三大類。

藍(lán)牙底層協(xié)議

藍(lán)牙底層協(xié)議實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙信息數(shù)據(jù)流的傳輸鏈路，是藍(lán)牙協(xié)議體系的基礎(chǔ)，它包括射頻協(xié)議、基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議。

（1）射頻協(xié)議（Radio Frequency Protocol）

藍(lán)牙射頻協(xié)議處于藍(lán)牙協(xié)議棧的最底層，主要包括頻段與信道安排、發(fā)射機(jī)特性和接收機(jī)特性等，用于規(guī)范物理層無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空中數(shù)據(jù)的收發(fā)。藍(lán)牙工作在2.4GHz ISM頻段，此頻段在大多數(shù)國家無須申須運(yùn)營許可，使得藍(lán)牙設(shè)備可工作于任何不同的地區(qū)。

信道安排上，系統(tǒng)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)、保密性好。藍(lán)牙SIG制定了兩套跳頻方案，其一是分配79個跳頻信道，每個頻道的帶寬為1MHz，其二是23信道的分配方案，1.2版本以后的藍(lán)牙規(guī)范目前已經(jīng)不再推薦使用第二套方案。

（2）基帶協(xié){，S（（Base Band Protocol）

基帶層在藍(lán)牙協(xié)議棧中位于藍(lán)牙射頻層之上，同射頻層一起構(gòu)成了藍(lán)牙的物理層。

基帶層的主要功能包括：鏈路控制，比如承載鏈路連接和功率控制這類鏈路級路由;管理物理鏈路，SCO鏈路和ACL鏈路;定義基帶分組格式和分組類型，其中SCO分組有HVl、HV2、HV3和DV等類型，而ACL分組有DMl、DHl、DM3、DH3、DM5、DH5、AUXl等類型;流量控制，通過STOP和GO指令來實(shí)現(xiàn);采用13比例前向糾錯碼、23比例前向糾錯碼以及數(shù)據(jù)的自動重復(fù)請求ARQ（Automatic Repeat Request）方案實(shí)現(xiàn)糾錯功能;另外還有處理數(shù)據(jù)包、尋呼、查詢接入和查詢藍(lán)牙設(shè)備等功能。

（3）鏈路管理協(xié)議（Link Manager Protocol，LMP）

鏈路管理協(xié)議（LMP）是在藍(lán)牙協(xié)議棧中的一個數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議.LMP執(zhí)行鏈路設(shè)置、認(rèn)證、鏈路配置和其它協(xié)議：鏈路管理器發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)程鏈路管理器（LM）并與它們通過鏈路管理協(xié)議（LMP）進(jìn)行通信。

藍(lán)牙中間層協(xié)議

藍(lán)牙中間層協(xié)議完成數(shù)據(jù)幀的分解與重組、服務(wù)質(zhì)量控制、組提取等功能，為上層應(yīng)用提供服務(wù)，并提供與底層協(xié)議的接口，此部分包括主機(jī)控制器接口協(xié)議、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、串口仿真協(xié)議、電話控制協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。

（1）主機(jī)控制器接口協(xié)議（Host Controller Interface Protocol，HCI）

藍(lán)牙HCI是位于藍(lán)牙系統(tǒng)的邏輯鏈路控制與適配協(xié)議層和鏈路管理協(xié)議層之間的一層協(xié)議.HCI為上層協(xié)議提供了進(jìn)入鏈路管理器的統(tǒng)一接口和進(jìn)入基帶的統(tǒng)一方式。在HCI的主機(jī)和HCI主機(jī)控制器之間會存在若干傳輸層，這些傳輸層是透明的，只需完成傳輸數(shù)據(jù)的任務(wù)，不必清楚數(shù)據(jù)的具體格式。藍(lán)牙的SIG規(guī)定了四種與硬件連接的物理總線方式，即四種HCI傳輸層：USB、RS232、UART和PC卡

（2）邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and AdaptationProtocol，L2CAP）

邏輯鏈路控制與適配層協(xié)議（L2CAP）是藍(lán)牙系統(tǒng)中的核心協(xié)議，它是基帶的高層協(xié)議，可以認(rèn)為它與鏈路管理協(xié)議（LMP）并行工作.L2CAP為高層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，允許高層和應(yīng)用層協(xié)議收發(fā)大小為64 KB的L2CAP數(shù)據(jù)包.L2CAP只支持基帶面向無連接的異步傳輸（ACE），不支持面向連接的同步傳輸（sco）.L2CAP采用了多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)、組提取技術(shù)，主要提供協(xié)議復(fù)用、分段和重組、認(rèn)證服務(wù)質(zhì)量、組管理等功能。

（3）串口仿真協(xié)議（RFCOMM）

串口仿真協(xié)議在藍(lán)牙協(xié)議棧中位于L2CAP協(xié)議層和應(yīng)用層協(xié)議層之間，基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)TS 07．10，在L2CAP協(xié)議層之上實(shí)現(xiàn)了仿真9針RS232串口的功能，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的串行通信，從而對現(xiàn)有使用串行線接口的應(yīng)用提供了支持。

（4）電話控制協(xié)議（Telephony Control Protocol Spectocol，TCS）

電話控制協(xié)議位于藍(lán)牙協(xié)議棧的L2CAP層之上，包括電話控制規(guī)范二進(jìn)制（TCS BIN）協(xié)議和一套電話控制命令（AT Commands）。其中，TCS BIN定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立話音和數(shù)據(jù)呼叫所需的呼叫控制信令;AT Commands則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話和調(diào)制解調(diào)器的命令，它SIG在ITU．TQ．931的基礎(chǔ)上開發(fā)而成.TCS層不僅支持電話功能（包括呼叫控制和分組管理），同樣可以用來建立數(shù)據(jù)

呼叫，呼叫的內(nèi)容在L2CAP上以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包形式運(yùn)載。

（5）服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol，SDP）

服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）是藍(lán)牙技術(shù)框架中至關(guān)重要的一層，它是所有應(yīng)用模型的基礎(chǔ)。任何一個藍(lán)牙應(yīng)用模型的實(shí)現(xiàn)都是利用某些服務(wù)的結(jié)果。在藍(lán)牙無線通信系統(tǒng)中，建立在藍(lán)牙鏈路上的任何兩個或多個設(shè)備隨時都有可能開始通信，僅僅是靜態(tài)設(shè)置是不夠的。藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議就確定了這些業(yè)務(wù)位置的動態(tài)方式，可

以動態(tài)地查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型，從而建立起一條對應(yīng)所需要服務(wù)的通信信道。

藍(lán)牙高層協(xié)議

藍(lán)牙高層協(xié)議包括對象交換協(xié)議、無線應(yīng)用協(xié)議和音頻協(xié)議。

（1）對象交換協(xié)議（Object Exchange Protocol，OBEX）

OBEX是由紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA）制定用于紅外數(shù)據(jù)鏈路上數(shù)據(jù)對象交換的會話層協(xié)議。藍(lán)牙SIG采納了該協(xié)議，使得原來基于紅外鏈路的OBEX應(yīng)用有可能方便地移植到藍(lán)牙上或在兩者之間進(jìn)行切換.OBEX是一種高效的二進(jìn)制協(xié)議，采用簡單和自發(fā)的方式來交換對象。它提供的功能類似于帥協(xié)議，在假定傳輸層可靠的基礎(chǔ)上，采用客戶機(jī)．服務(wù)器模 式。它只定義傳輸對象，而不指定特定的傳輸數(shù)據(jù)類型，可以是從文件到商業(yè)電子賀卡、從命令到數(shù)據(jù)庫等任何類型，從而具有很好的平***立性。

（2）無線應(yīng)用協(xié)議（Wireless Application Protocol，WAP）

無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）由無線應(yīng)用協(xié)議論壇制定，是由移動電話類的設(shè)備使用的無線網(wǎng)絡(luò)定義的協(xié)議.WAP融合了各種廣域無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是將互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和電話債券的業(yè)務(wù)傳送到數(shù)字蜂窩電話和其他無線終端上。選用WAP可以充分利用為無線應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的高層應(yīng)用軟件。

（3）音頻協(xié)議（Audio）

藍(lán)牙音頻（Audio）是通過在基帶上直接傳輸SCO分組實(shí)現(xiàn)的，目前藍(lán)牙SIG并沒有以規(guī)范的形式給出此部分。雖然嚴(yán)格意義上來講它并不是藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范的一部分，但也可以視為藍(lán)牙協(xié)議體系中的一個直接面向應(yīng)用的層次。

藍(lán)牙技術(shù)原理

藍(lán)牙系統(tǒng)主要由天線單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元和藍(lán)牙軟件單元四部分構(gòu)成組成。其中，天線單元即天線，用于完成電信號的接收與發(fā)送;鏈路控制單元中包括多個鏈路控制器，其中基帶鏈路控制器用于負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議;鏈路管理單元用于攜帶鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議;藍(lán)牙軟件單元主要包括兩部分，其中第一部分為核心部分，用于規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務(wù)搜尋、傳輸層以及與不同通信協(xié)議之間的互用、互操作性等組件，第二部分為協(xié)議子集部分，用于規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用所需的協(xié)議和過程。

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