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Bluetooth协议体系结构
蓝芽（Bluetooth）技术规范由蓝芽特别兴趣小组（SIG）制订，在使用通用无线传输模块和数据通信协议的基础上，开发交互式服务和应用，多用于便携式通信设备。
蓝芽技术规范的目的是使符合该规范的各种应用之间能够互通，本地设备与远端设备需要使用相同的协议，不同的应用需要不同的协议，但是，所有的应用都要使用蓝芽技术规范中的数据链路层和物理层。
完整的蓝芽协议层如图1所示，不是任何应用都必须使用全部协议。图1显示了数据经过无线传输时，所有协议之间的相互关系，但在某些应用中这种关系是有变化的，如需控制连接管理器时，可使用逻辑链路控制应用协议（L2CAP）、二元电话控制规范（TCS Binary）或连接管理协议（LMP）。 完整的协议包括蓝芽专利协议（LMP和L2CAP）和非专利协议（如对象交换协议OBEX和用户数据报协议UDP）。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，保证现有协议与蓝芽技术的融合以及各种应用之间的互通性，充分利用兼容蓝芽技术规范的软硬件系统。蓝芽技术规范的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，在蓝芽技术规范基础上开发新的应用。
1．蓝芽协议体系中的协议
蓝芽协议体系中的协议按SIG的需要分为四层：核心协议，BaseBand、LMP、L2CAP、SDP；电缆替代协议，RFCOMM；电话传送控制协议，TCS Binary、AT命令集；可选协议，PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
除上述协议层外，规范还定义了主机控制器接口（HCI），它为基带控制器、连接管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。在图1中，HCI位于L2CAP的下层，但HCI也可位于L2CAP上层。
蓝芽核心协议由SIG制定的蓝芽专利协议组成，绝大部分蓝芽设备都需要核心协议（加上无线部分），而其它协议根据应用的需要而定。总之，电缆替代协议、电话控制协议和被采用的协议在核心协议基础上构成了面向应用的协议。
1．1蓝芽核心协议
1．1．1基带协议
基带和链路控制层确保微微网内各蓝芽设备单元之间由射频构成的物理连接。蓝芽的射频系统是一个跳频系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发送，它使用查询和寻呼进程同步不同设备间的发送频率和时钟，可为基带数据分组提供两种物理连接方式：面向连接（SCO）和无连接（ACL），而且在同一射频上可实现多路数据传送。ACL适用于数据分组，SCO适用于话音及话音与数据的组合，所有话音与数据分组都附有不同级别的正向纠错（FEC）或循环冗余校验（CRC），而且可进行加密。此外，不同数据类型（包括连接管理信息和控制信息）都分配一个特殊通道。
可使用各种用户模式在蓝芽设备间传送话音，面向连接的话音分组只需经过基带传输，而不到达L2CAP。话音模式在蓝芽系统内相对简单，只需开通话音连接，就可传送话音。
1．2连接管理协议（LMP）
2．1．2连接管理协议（LMP）
连接管理协议（LMP）负责蓝芽各设备间连接的建立。它通过连接的发起、交换、核实，进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；它还控制无线设备的电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态。
2．1．3逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）
逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）是基带的上层协议，可以认为它与LMP并行工作，它们的区别在于当业务数据不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、群提取技术。L2CAP允许高层协议以64K字节收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型，但L2CAP只支持ACL。
2．1．4服务发现协议（SDP）
发现服务在蓝芽技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP，可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝芽设备间建立相应的连接。
2．2电缆替代协议
RFCOMM是基于ETSI 07.10规范的串行线仿真协议。“电缆替代”协议在蓝芽基带协议上仿真RS232控制和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议（如OBEX）提供服务。
2.3电话控制协议
2．3．1二元电话控制协议
二元电话控制协议（TCS Binary 或TCS BIN）是面向比特的协议，它定义了蓝芽设备间建立语音和数据呼叫的控制信令，定义了处理蓝芽TCS设备群的移动管理进程。基于ITU－T Q.931建议的TCS Binary被指定为蓝芽的二元电话控制协议规范。
2．3．2AT命令集电话控制协议
SIG根据ITU－T V.250建议和GSM 07.07定义了控制多用户模式下移动电话和调制解调器和可用于传真业务的AT命令集。
2.4选用协议
2．4．1 点对点协议（PPP）
在蓝芽技术中，PPP位于RFCOMM上层，完成点对点的连接。
2．4．2 TCP/UDP/IP
TCP/UDP/IP协议是由IETF制定的，广泛应用于互联网通信的协议，在蓝芽设备中使用这些协议是为了与互联网相连接的设备进行通信。
2．4．3对象交换协议（OBEX）
IrOBEX(简写为OBEX)是由红外数据协会（IrDA）制定的会话层协议，它采用简单的和自发的方式交换目标。OBEX是一种类似于HTTP的协议，这假设传输层是可靠的，采用客户机/服务器模式，独立于传输机制和传输应用程序接口（API）。
电子名片交换格式（vCard）、电子日历及日程交换格式（vCal）都是开放性规范，它们都没有定义传输机制，而只是定义了数据传输模式。SIG采用vCard/vCal规范，是为了进一步促进个人信息交换。
2．4．4无线应用协议（WAP）
无线应用协议是由无线应用协议论坛制定的，它融合了各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内容和电话债券的业务传送到数字蜂窝电话和其它无线终端上。选用WAP，可以充分利用为无线应用环境（WAE）开发的高层应用软件。
3．蓝芽用户模式及协议栈
3.1文件传输模式
文件传输模式提供两个终端之间的数据通信功能，可传输.x1s、.ppt、.wav、.jpg和.doc文件（及其它文件），以及完整的文件夹或目录或多媒体数据流等并提供远端文件夹浏览功能。文件传输协议栈如图2所示，下层结构见图1。 3.2互联网的网桥模式 在这种用户模式下，由手机或无线调制解调器向PC提供拨号入网和收发传真的功能，而不必与PC建立物理连接。拨号上网需要两个协议栈（不包括SDP），如图3所示。AT命令集用来控制移动电话或调制解调器以及传送其它业务数据的协议栈。传真采用类似协议栈，但不使用PPP及基于PPP的其它网络协议，而由应用软件利用RFCOMM直接发送。
3.3局域网访问模式
在此用户模式下，多功能数据终端（DT）经局域网访问点（LAP）无线接入局域网，接入后DT的操作与通过拨号方式接入局域网设备的操作一样，其协议栈如图4所示。
3.4同步模式
同步用户模式提供设备到设备的个人资料管理（PIM：personal information management）的同步更新功能，其典型应用如电话簿、日历、通知和记录等，它要求微机、蜂窝电话和个人数字助理（PDA）在传输和处理名片、日历及任务通知时，使用通用的协议和格式。协议栈如图5所示，其中同步应用模式代表红外移动通信（IrMC）客户机或服务器。
3.5一机三用电话模式
手持电话机有三种使用方法：接入公用电话网，作为普通电话使用；作为不计费的内部电话使用；作为蜂窝移动电话使用。无线电话和内部电话使用相同的协议栈；语音数据直接与基带协议连接。不经过L2CAP层，如图6所示。
3.6头戴式设备模式
使用该模式，用户打电话时可自由移动。通过无线连接，头戴式设备通常作为蜂窝电话、无线电话或个人微机的音频输入输出设备。头戴式设备协议栈如图7所示，语音数据流不经过L2CAP层而直接接入基带协议层。头戴式设备必须能收发并处理AT命令。
4．结束语
SIG希望迅速地普及蓝芽技术的应用，蓝芽协议栈的底层具备未来的扩充功能，部分协议（如RFCOMM）已稍加修改，上层协议则完全保留，以确保蓝芽技术的兼容性。蓝芽技术应用于计算机和移动通信，对未来无线移动数据通信将起到巨大的促进作用。
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蓝芽（Bluetooth）技术规范由蓝芽特别兴趣小组（SIG）制订，在使用通用无线传输模块和数据通信协议的基础上，开发交互式服务和应用，多用于便携式通信设备。
蓝芽技术规范的目的是使符合该规范的各种应用之间能够互通，本地设备与远端设备需要使用相同的协议，不同的应用需要不同的协议，但是，所有的应用都要使用蓝芽技术规范中的数据链路层和物理层。
完整的蓝芽协议层如图1所示，不是任何应用都必须使用全部协议。图1显示了数据经过无线传输时，所有协议之间的相互关系，但在某些应用中这种关系是有变化的，如需控制连接管理器时，可使用逻辑链路控制应用协议（L2CAP）、二元电话控制规范（TCS Binary）或连接管理协议（LMP）。 完整的协议包括蓝芽专利协议（LMP和L2CAP）和非专利协议（如对象交换协议OBEX和用户数据报协议UDP）。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，保证现有协议与蓝芽技术的融合以及各种应用之间的互通性，充分利用兼容蓝芽技术规范的软硬件系统。蓝芽技术规范的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，在蓝芽技术规范基础上开发新的应用。
1．蓝芽协议体系中的协议
蓝芽协议体系中的协议按SIG的需要分为四层：核心协议，BaseBand、LMP、L2CAP、SDP；电缆替代协议，RFCOMM；电话传送控制协议，TCS Binary、AT命令集；可选协议，PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
除上述协议层外，规范还定义了主机控制器接口（HCI），它为基带控制器、连接管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。在图1中，HCI位于L2CAP的下层，但HCI也可位于L2CAP上层。
蓝芽核心协议由SIG制定的蓝芽专利协议组成，绝大部分蓝芽设备都需要核心协议（加上无线部分），而其它协议根据应用的需要而定。总之，电缆替代协议、电话控制协议和被采用的协议在核心协议基础上构成了面向应用的协议。
1．1蓝芽核心协议
1．1．1基带协议
基带和链路控制层确保微微网内各蓝芽设备单元之间由射频构成的物理连接。蓝芽的射频系统是一个跳频系统，其任一分组在指定时隙、指定频率上发送，它使用查询和寻呼进程同步不同设备间的发送频率和时钟，可为基带数据分组提供两种物理连接方式：面向连接（SCO）和无连接（ACL），而且在同一射频上可实现多路数据传送。ACL适用于数据分组，SCO适用于话音及话音与数据的组合，所有话音与数据分组都附有不同级别的正向纠错（FEC）或循环冗余校验（CRC），而且可进行加密。此外，不同数据类型（包括连接管理信息和控制信息）都分配一个特殊通道。
可使用各种用户模式在蓝芽设备间传送话音，面向连接的话音分组只需经过基带传输，而不到达L2CAP。话音模式在蓝芽系统内相对简单，只需开通话音连接，就可传送话音。
1．2连接管理协议（LMP）
2．1．2连接管理协议（LMP）
连接管理协议（LMP）负责蓝芽各设备间连接的建立。它通过连接的发起、交换、核实，进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；它还控制无线设备的电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态。
2．1．3逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）
逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）是基带的上层协议，可以认为它与LMP并行工作，它们的区别在于当业务数据不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、群提取技术。L2CAP允许高层协议以64K字节收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型，但L2CAP只支持ACL。
2．1．4服务发现协议（SDP）
发现服务在蓝芽技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP，可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝芽设备间建立相应的连接。
2．2电缆替代协议
RFCOMM是基于ETSI 07.10规范的串行线仿真协议。“电缆替代”协议在蓝芽基带协议上仿真RS232控制和数据信号，为使用串行线传送机制的上层协议（如OBEX）提供服务。
2.3电话控制协议
2．3．1二元电话控制协议
二元电话控制协议（TCS Binary 或TCS BIN）是面向比特的协议，它定义了蓝芽设备间建立语音和数据呼叫的控制信令，定义了处理蓝芽TCS设备群的移动管理进程。基于ITU－T Q.931建议的TCS Binary被指定为蓝芽的二元电话控制协议规范。
2．3．2AT命令集电话控制协议
SIG根据ITU－T V.250建议和GSM 07.07定义了控制多用户模式下移动电话和调制解调器和可用于传真业务的AT命令集。
2.4选用协议
2．4．1 点对点协议（PPP）
在蓝芽技术中，PPP位于RFCOMM上层，完成点对点的连接。
2．4．2 TCP/UDP/IP
TCP/UDP/IP协议是由IETF制定的，广泛应用于互联网通信的协议，在蓝芽设备中使用这些协议是为了与互联网相连接的设备进行通信。
2．4．3对象交换协议（OBEX）
IrOBEX(简写为OBEX)是由红外数据协会（IrDA）制定的会话层协议，它采用简单的和自发的方式交换目标。OBEX是一种类似于HTTP的协议，这假设传输层是可靠的，采用客户机/服务器模式，独立于传输机制和传输应用程序接口（API）。
电子名片交换格式（vCard）、电子日历及日程交换格式（vCal）都是开放性规范，它们都没有定义传输机制，而只是定义了数据传输模式。SIG采用vCard/vCal规范，是为了进一步促进个人信息交换。
2．4．4无线应用协议（WAP）
无线应用协议是由无线应用协议论坛制定的，它融合了各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内容和电话债券的业务传送到数字蜂窝电话和其它无线终端上。选用WAP，可以充分利用为无线应用环境（WAE）开发的高层应用软件。
3．蓝芽用户模式及协议栈
3.1文件传输模式
文件传输模式提供两个终端之间的数据通信功能，可传输.x1s、.ppt、.wav、.jpg和.doc文件（及其它文件），以及完整的文件夹或目录或多媒体数据流等并提供远端文件夹浏览功能。文件传输协议栈如图2所示，下层结构见图1。 3.2互联网的网桥模式 在这种用户模式下，由手机或无线调制解调器向PC提供拨号入网和收发传真的功能，而不必与PC建立物理连接。拨号上网需要两个协议栈（不包括SDP），如图3所示。AT命令集用来控制移动电话或调制解调器以及传送其它业务数据的协议栈。传真采用类似协议栈，但不使用PPP及基于PPP的其它网络协议，而由应用软件利用RFCOMM直接发送。
3.3局域网访问模式
在此用户模式下，多功能数据终端（DT）经局域网访问点（LAP）无线接入局域网，接入后DT的操作与通过拨号方式接入局域网设备的操作一样，其协议栈如图4所示。
3.4同步模式
同步用户模式提供设备到设备的个人资料管理（PIM：personal information management）的同步更新功能，其典型应用如电话簿、日历、通知和记录等，它要求微机、蜂窝电话和个人数字助理（PDA）在传输和处理名片、日历及任务通知时，使用通用的协议和格式。协议栈如图5所示，其中同步应用模式代表红外移动通信（IrMC）客户机或服务器。
3.5一机三用电话模式
手持电话机有三种使用方法：接入公用电话网，作为普通电话使用；作为不计费的内部电话使用；作为蜂窝移动电话使用。无线电话和内部电话使用相同的协议栈；语音数据直接与基带协议连接。不经过L2CAP层，如图6所示。
3.6头戴式设备模式
使用该模式，用户打电话时可自由移动。通过无线连接，头戴式设备通常作为蜂窝电话、无线电话或个人微机的音频输入输出设备。头戴式设备协议栈如图7所示，语音数据流不经过L2CAP层而直接接入基带协议层。头戴式设备必须能收发并处理AT命令。
4．结束语
SIG希望迅速地普及蓝芽技术的应用，蓝芽协议栈的底层具备未来的扩充功能，部分协议（如RFCOMM）已稍加修改，上层协议则完全保留，以确保蓝芽技术的兼容性。蓝芽技术应用于计算机和移动通信，对未来无线移动数据通信将起到巨大的促进作用。