嵌入式移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　由于微電子技術(shù)與集成電路技術(shù)的進(jìn)步，使得計(jì)算機(jī)設(shè)備的體積進(jìn)一步縮小，功耗不斷降低。而且隨著產(chǎn)品體積的日益減小和對(duì)應(yīng)功耗的降低，使得各種移動(dòng)、便攜式產(chǎn)品越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于人們的日常生活中；但由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)連接和信息交換問(wèn)題也越發(fā)突出?，F(xiàn)在，各種移動(dòng)設(shè)備間的無(wú)線通信產(chǎn)品已經(jīng)成為眾多廠商正在努力開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。藍(lán)牙技術(shù)正是在這樣的一種環(huán)境下產(chǎn)生的。藍(lán)牙技術(shù)致力于構(gòu)建體積小，功耗低，并能夠深度嵌入到其他設(shè)備或隨身攜帶的產(chǎn)品；使用藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像，甚至是視頻信息。

　　2010年7月7日藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）宣布，正式采納藍(lán)牙4．0核心規(guī)范（Bluetooth Core Specification Version 4．0），并啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的認(rèn)證計(jì)劃。會(huì)員廠商可以提交其產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)藍(lán)牙4．0后將獲得藍(lán)牙4．0標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。該技術(shù)擁有極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗，使用一粒紐扣電池甚至可連續(xù)工作數(shù)年之久。同時(shí)還擁有低成本、跨廠商互操作性、3 ms低延遲、100 m以上超長(zhǎng)距離、AES-128加密等諸多特色，可以用于計(jì)步器、心律監(jiān)視器、智能儀表、傳感器物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，藍(lán)牙技術(shù)將在未來(lái)的短距離無(wú)線通信中發(fā)揮巨大作用。

　　本文就基于嵌入式設(shè)備上的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，重點(diǎn)研究了藍(lán)牙協(xié)議體系和應(yīng)用框架，以及嵌入式藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸軟件的實(shí)現(xiàn)。

　　1 藍(lán)牙協(xié)議概述

　　藍(lán)牙協(xié)議棧是藍(lán)牙通信規(guī)范的核心部分，如圖1所示。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)定了藍(lán)牙設(shè)備的定位、之間的互連操作，以及如何建立連接交換數(shù)據(jù)，從而可以在藍(lán)牙設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)縫交互式應(yīng)用。藍(lán)牙協(xié)議采用了網(wǎng)絡(luò)通信中常用的分層結(jié)構(gòu)，分別完成數(shù)據(jù)流的過(guò)濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。藍(lán)牙技術(shù)的一個(gè)主要任務(wù)就是能夠使使用相同藍(lán)牙協(xié)議的本地設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備互聯(lián)互通，而不需要額外的資源和操作。

　　從協(xié)議的重要性上，藍(lán)牙協(xié)議體系可以分為4個(gè)層次，即核心協(xié)議層、串口協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和可選協(xié)議層。各個(gè)層還包含了各種具體的協(xié)議：

　　（1）核心協(xié)議層：邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）、基帶、鏈路管理協(xié)議（LMP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）；

　?。?）串口協(xié)議層：串口仿真協(xié)議（RFCOMM）；

　?。?）電話控制協(xié)議層：電話控制二元協(xié)議（TCSBinary）與AT-Command規(guī)范；

　?。?）可選協(xié)議層：點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）、對(duì)象交換協(xié)議（OBEX）、UDP／TCP／IP協(xié)議、無(wú)線應(yīng)用環(huán)境（WAE）、無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（WAP）、紅外移動(dòng)通信（IrMC）、vCard、vCal。

　　2 藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．1 藍(lán)牙應(yīng)用框架

　　在藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，藍(lán)牙規(guī)范還定義了通用的藍(lán)牙應(yīng)用框架。應(yīng)用框架重點(diǎn)選擇了標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙協(xié)議中的消息和操作，描述了完整的藍(lán)牙應(yīng)用操作過(guò)程。應(yīng)用框架的提出大大提高了不同廠家藍(lán)牙產(chǎn)品的互操作性，這給用戶帶來(lái)了便利。在藍(lán)牙通用應(yīng)用框架中，定義了4個(gè)通用框架，它們是實(shí)現(xiàn)具體的藍(lán)牙應(yīng)用的規(guī)范和基礎(chǔ)。這4個(gè)應(yīng)用框架是：通用訪問(wèn)框架（Generic Access Profile，GAP）、串口仿真框架（Ser ial Port Proflle，SPP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用框架（Service Discovery Application Profile，SDAP）、通用對(duì)象交換框架（Generic Object Exc hange Profile，GOEP）。這4個(gè)通用框架之間的關(guān)系如圖2所示。