无线蓝牙通信协议架构体系的分析

刘宏涛

摘 要： 蓝牙通信技术，现在已经是非常成熟的短距离数据传输技术。在蓝牙系统中，为了支持不同应用，需要使用多个协议，这些协议按层次组合在一起，构成了蓝牙协议栈.蓝牙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应用程序进行交互和数据交换。

关键词：协议栈 硬件层 中间层 顶层

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）05-0011-01

协议栈是整个蓝牙通信协议的核心组成部分。它的功能就是让多个设备之间建立连接，然后设备之间根据此链路运用程序模块的功能进行数据交换和交互通信。通常该体系由硬件层、中间层及顶端应用层组成。

一、硬件层模块

无线收发器、基带控制器和链路管理层组成该模块系统。蓝牙基带控制器是蓝牙硬件模块的关键模块。无线收发器是蓝牙设备的核心，任何蓝牙设备都要有无线收发器，由它来完成数据间的发射及接收功能。基带控制器主要用于数据帧的编码及跳频技术的实现和数据传输功能的保障。链路管理层负责为通信提供建立及断开，并保障通信的安全。硬件模块为以下几个部分组成：RF射频信号功能是将信号通过过滤器使得信号能够按位数进行相应的操作，并且在此之间的频段采用的是工业级别的频段，是不需要经过授权认证的。在此频段的信号都可以利用其特性得到更广泛的应用。

链路管理协议顾名思义是指用于在信号建立和连接方面的通信协议，通过该协议能够保证信号链路的安全及畅通。根据链路类型的划分可以分为有面向连接的和无面向连接的链路。其中有分组16个，4组用于控制。异步链路的带宽由蓝牙网的主节点控制，蓝牙网是一个微微网。它的组成最大不能超过256个连接设备，并且工作状态是由一個主节点和七个从节点构成。

连接时的节能状态有3种状态。分别是等待、保持、呼吸状态。目的是为了保证较低功率场合中蓝牙设备也能实现连接。等待是指节点被按一定的时间间隔监听主节点的声音，主节点能够发出的声音信号有3种：一是询问该节点是否愿意成为活动节点；二是询问其他正在等的节点是否愿意成活的节点。三是广播消息。

蓝牙技术采用了3种纠错方式，分别是1/3前向纠错FEC、2/3前向纠错以及自动重发ARQ。在无编号发送中选用自动重发方式，这时接收端会选择向发送端提供两种不同的接收方式，一是正确的数据信息或者是错误的信息，如果收到的是错误的信息，发送端将自动重发。

蓝牙安全因素的产生是由于蓝牙技术的开放性和多用途性造成的。虽然蓝牙通信本身有一定的安全系数，但链路层和应用层的安全管理还是很重要。链路层中的安全措施是为了每一个用户提供一个个人标识码PIN，蓝牙系统将其翻译成128位的链路密钥，并进行单双认证。蓝牙安全机制提供了大量的方案。链路使用不同长度的密码将其加密，加密方案机动灵活到允许协商密码的长度。

二、中间层

1.主机控制器接口协议（Host Controller Interface Protocol，HCI）

2.逻辑链路控制与适配协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP） 用于在链路电路中对信道的控制及对信号的分配使用功能，可以准确无误使信号到达目的地。该协议在整个协议栈中起到关键性作用。

3.串口仿真协议（RFCOMM）

4.电话控制协议（Telephony Control Protocol）对语音信号的控制及传输性能的改善。

5.服务发现协议（Service Discovery Protocol，SDP）用于对网络中的可用协议的引导并发现服务期间业务参数变化的情况，使得服务模式趋于完善。

三、顶端应用层

顶端应用层是协议栈中最重要的部分，它的功能是对蓝牙功能模块的定义。新的应用模块需要在此层进行定义而且程序应用开发利用也是建立在此基础上的。例如：文件传输功能就是指蓝牙设备之间传送各种数据信息文件。要求传输文件的设备显然是蓝牙设备，不管是哪种设备，从传输角度来看，可以归结成客户/服务器。客户从服务器下载，也能向服务器发送文件。服务器是一种使用OBEX文件夹列表格式的远端蓝牙设备。要求其文件目标交换服务、支持文件夹浏览功能。

数据同步在两个通信设备进行通信时必不可少，只有同步，才能让信息正确无误地传送，也能保证用户在任何时候、选择任何蓝牙设备，都能正确获得信息。与其他的数据同步信息比较，蓝牙设备数据同步还有一个鲜明特征，就是接收设备既可以处于通电工作状态，也可以处于休眠状态，基至还可以处于未开机状态。例如：移动电话接到一条信息，就可以把该消息发送至笔记本电脑，而笔记本电脑甚至允许在包中没有开机。显然，数据同步能够使不同蓝牙设备的“个人信息管理成为现实。

所以，无线蓝牙设备能够与多种设备之间的互联依赖于上述协议架构的建立，这也体现了蓝牙技术的连接多样性。

参考文献

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