藍(lán)牙系統(tǒng)基本組成

藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個(gè)功能單元組成。

天線單元

藍(lán)牙要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天線屬于微帶天線。藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為0dB的基礎(chǔ)上的?？罩薪涌谧裱疲茫?，（即美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）有關(guān)電平為０ ｄＢ的ＩＳＭ頻段的標(biāo)準(zhǔn)。如果全球電平達(dá)到１００ ｍｗ以上，可以使用擴(kuò)展頻譜功能來增加一些補(bǔ)充業(yè)務(wù)。頻譜擴(kuò)展功能是通過起始頻率為２.４０２ＧＨｚ，終止頻率為２.４８０ＧＨｚ，間隔為１ＭＨｚ的79個(gè)跳頻頻點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

出于某些本地規(guī)定的考慮，日本、法國(guó)和西班牙都縮減了帶寬。最大的跳頻速率為１６６０跳／ｓ。理想的連接范圍為１００ｍｍ～１０ｍ，但是通過增大發(fā)送電平可以將距離延長(zhǎng)至１００ｍ。藍(lán)牙工作在全球通用的２．４ＧＨｚＩＳＭ（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為１Ｍｂｉｔ／ｓ。ＩＳＭ頻帶是對(duì)所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可能是干擾源。為此，藍(lán)牙特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鍵路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道（ｈｏｐｃｈａｎｎｅｌ），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做"偽隨機(jī)碼"，就是"假"的隨機(jī)碼）不斷地從一個(gè)信道"跳"到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶成百倍地?cái)U(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能造成的影響變得很小。時(shí)分雙工（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ，簡(jiǎn)稱ＴＤＤ）方案被用來實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。

與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。ＦＥＣ（ＦｏｒｗａｒｄＥｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，前向糾錯(cuò)）的使用抑制了長(zhǎng)距離鏈路的隨機(jī)噪音；應(yīng)用了二進(jìn)制調(diào)頻（ＦＭ）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落。

鏈路控制（固件）單元

在目前藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了３個(gè)ＩＣ分別作為聯(lián)接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸／接收器，此外還使用了３０～５０個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。

它有３種糾錯(cuò)方案：１／３比例前向糾錯(cuò)（ＦＥＣ）碼、２／３比例前向糾錯(cuò)碼和數(shù)據(jù)的自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方案。采用ＦＥＣ（前向糾錯(cuò)）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。但是，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯(cuò)傳輸，ＦＥＣ就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)包對(duì)于是否使用ＦＥＣ是彈性定義的。報(bào)頭總有占１／３比例的ＦＥＣ碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。在無編號(hào)的ＡＲＱ方案中，在一個(gè)時(shí)隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)時(shí)隙得到"收到"的確認(rèn)。 只有數(shù)據(jù)在收端通過了報(bào)頭錯(cuò)誤檢測(cè)和循環(huán)冗余檢測(cè)后認(rèn)為無錯(cuò)才向發(fā)端發(fā)回確認(rèn)消息，否則返回一個(gè)錯(cuò)誤消息。比如藍(lán)牙的話音信道采用ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＶａｒｉａｂｌｅ Ｓｌｏｐｅ Ｄｅｌｔａ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（簡(jiǎn)稱ＣＶＳＤ，即連續(xù)可變斜率增量調(diào)制技術(shù)）話音編碼方案，獲得高質(zhì)量傳輸?shù)?a target="_blank">音頻編碼。ＣＶＳＤ編碼擅長(zhǎng)處理丟失和被損壞的語(yǔ)音采樣，即使比特錯(cuò)誤率達(dá)到４％，ＣＶＳＤ編碼的語(yǔ)音還是可聽的。

路管理（軟件）單元

鏈路管理（ＬＭ）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。ＬＭ能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端ＬＭ并通過ＬＭＰ（鍵路管理協(xié)議）與之通信。

ＬＭ模塊提供如下服務(wù)：

1、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

2、請(qǐng)求名稱。

3、鏈路地址查詢。

4、建立連接。

5、鑒權(quán)。

6、鏈路模式協(xié)商和建立。

7、決定幀的類型。

8、將設(shè)備設(shè)為ｓｎｉｆｆ（呼吸）模式。Ｍａｓｔｅｒ（主機(jī)）只能有規(guī)律地在特定的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。

9、將設(shè)備設(shè)為ｈｏｌｄ保持模式。工作在ｈｏｌｄ模式的設(shè)備為了節(jié)能在一個(gè)較長(zhǎng)的周期內(nèi)停止接收數(shù)據(jù)，每一次激活鏈路，這由ＬＭ定義，ＬＣ（鏈路控制器）具體操作。

10、當(dāng)設(shè)備不需要傳送或接收數(shù)據(jù)但仍需保持同步時(shí)將設(shè)備設(shè)為暫停模式。處于暫停模式的設(shè)備周期性地激活并跟蹤同步，同時(shí)檢查ｐａｇｅ消息。

11、建立網(wǎng)絡(luò)連接。在ｐｉｃｏｎｅｔ內(nèi)的連接被建立之前，所有的設(shè)備都處于ｓｔａｎｄｂｙ（待命）狀態(tài)。在這種模式下，未連接單元每隔１.２８ｓ周期性地"監(jiān)聽"信息。每當(dāng)一個(gè)設(shè)備被激活，它就監(jiān)聽規(guī)劃給該單元的３２個(gè)跳頻頻點(diǎn)。跳頻頻點(diǎn)的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異，３２這個(gè)數(shù)字適用于除日本、法國(guó)和西班芽之外的大多數(shù)國(guó)家。作為ｍａｓｔｅｒ的設(shè)備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（ｐａｇｅ）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個(gè)后接ｐａｇｅ消息的ｉｎｑｕｉｒｙ（查詢）消息建立連接。在最初的尋呼狀態(tài)，ｍａｓｔｅｒ單元將在分配給被尋呼單元的１６個(gè)跳頻頻點(diǎn)上發(fā)送一串１６個(gè)相同的ｐａｇｅ消處。如果沒有應(yīng)答，ｍａｓｔｅｒ則按照激活次序在剩余６個(gè)頻點(diǎn)上繼續(xù)尋呼。Ｓｌａｖｅ從機(jī)收到從ｍａｓｔｅｒ發(fā)來的消息的最大的延遲時(shí)間為激活周期的２倍２.５６ｓ，平均延遲時(shí)間是激活周期的一半（０.６S）。Ｉｎｑｕｉｒｙ消息主要用來尋找藍(lán)牙設(shè)備，如共享打印機(jī)、傳真機(jī)和其它一些地址未知的類似設(shè)備，Ｉｎｑｕｉｒｙ消息和ｐａｇｅ消息很相像，但是Ｉｎｑｕｉｒｙ消息需要一個(gè)額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應(yīng)。如果ｐｉｃｏｎｅｔ中已經(jīng)處于連接的設(shè)備在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)牙還支持節(jié)能工作模式。ｍａｓｔｅｒ可以把ｓａｌｖｅ置為ｈｏｌｄ（保持）模式，在這種模式下，只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在工作。ｓｌａｖｅ也可以主動(dòng)要求被置為ｈｏｌｄ模式。Ｈｏｌｄ模式一般被用于連接好幾個(gè)ｐｉｃｏｎｅｔ的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。除ｈｏｌｄ模式外，藍(lán)牙還支持另外兩種節(jié)能工作模式：ｓｎｉｆｆ（呼吸）模式和ｐａｒｋ（暫停）模式。在ｓｎｉｆｆ模式下，ｓｌａｖｅ降低了從ｐｉｃｏｎｅｔ"收聽"消息的速率，"呼吸"間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

在ｐａｒｋ模式下，設(shè)備依然與ｐｉｃｏｎｅｔ同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在ｐａｒｋ模式下的設(shè)備放棄了ＭＡＣ地址，偶爾收聽ｍａｓｔｅｒ的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排隊(duì)，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。

12、連接類型和數(shù)據(jù)包類型。連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連接（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ，簡(jiǎn)稱ＳＣＯ）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ簡(jiǎn)稱ＡＣＬ）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。

同一個(gè)ｐｉｃｏｎｅｔ中不同的主從對(duì)可以使用不同的連接類型，而且在一個(gè)階段內(nèi)還可以任意改變連接類型。每個(gè)連接類型最多可以支持１６種不同類型的數(shù)據(jù)包，其中包括４個(gè)控制分組，這一點(diǎn)對(duì)ＳＣＯ和ＡＣＬ來說都是相同的。兩種連接類型都使用ＴＤＤ（時(shí)分雙工傳輸方案）實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。ＳＣＯ連接為對(duì)稱連接，利用保留時(shí)隙傳送數(shù)據(jù)包。連接建立后，ｍａｓｔｅｒ和ｓｌａｖｅ可以不被選中就發(fā)送ＳＣＯ數(shù)據(jù)。ＳＣＯ數(shù)據(jù)包既可以傳送話音，也可以傳送數(shù)據(jù)，但在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，只用于重發(fā)被損壞的那部分的數(shù)據(jù)。

ＡＣＬ鏈路就是定向發(fā)送數(shù)據(jù)包，它既支持對(duì)稱連接，也支持不對(duì)稱連接。ｍａｓｔｅｒ負(fù)責(zé)控制鏈路帶寬，并決定ｐｉｃｏｎｅｔ中的每個(gè)ｓｌａｖｅ可以占用多少帶寬和連接的對(duì)稱性。ｓｌａｖｅ只有被選中時(shí)才能傳送數(shù)據(jù)。ＡＣＬ鏈路也支持接收ｍａｓｔｅｒ發(fā)給ｐｉｃｏｎｅｔ中所有ｓｌａｖｅ的廣播消息。

13、鑒權(quán)和保密。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信息保密機(jī)制。鑒權(quán)基于"請(qǐng)求一響應(yīng)"運(yùn)算法則。鑒權(quán)是藍(lán)牙系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，它允許用戶為個(gè)人的藍(lán)牙設(shè)備建立一個(gè)信任域，比如只允許主人自己的筆記本電腦通過主人自己的移動(dòng)電話通信。加密被用來保護(hù)連接的個(gè)人信息。密鑰由程序的高層來管理。網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用程序可以為用戶提供一個(gè)較強(qiáng)的安全機(jī)制。

軟件（協(xié)議棧）單元

藍(lán)牙的軟件（協(xié)議棧）單元是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。它必須符合已經(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙規(guī)范是為個(gè)人區(qū)域內(nèi)的無線通信制定的協(xié)議，它包括兩部分：第一部分為核心（Ｃｏｒｅ）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務(wù)搜尋（ｓｅｒｖｉｃｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙ）、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；第二部分為協(xié)議子集（Ｐｒｏｆｉｌｅ）部分，用以規(guī)定不同藍(lán)牙應(yīng)用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過程。

藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結(jié)構(gòu)，分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、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。在設(shè)計(jì)協(xié)議棧，特別是高層協(xié)議時(shí)的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，而且其高層應(yīng)用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層）都使用公共的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。

藍(lán)牙協(xié)議可以分為４層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。

１、核心協(xié)議

藍(lán)牙的核心協(xié)議由基帶、鏈路管理（ＬＭＰ）、邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議（Ｌ２ＣＡＰ）和業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議（ＳＤＰ）等四部分組成。從應(yīng)用的角度看，射頻、基帶和ＬＭＰ可以歸為藍(lán)牙的低層協(xié)議，它們對(duì)應(yīng)用而言是十分透明的?；鶐Ш停蹋停胸?fù)責(zé)在藍(lán)牙單元間建立物理射頻鏈路，構(gòu)成微微網(wǎng)。此外，ＬＭＰ還要完成像鑒權(quán)和加密等安全方面的任務(wù)，包括生成和交換加密鍵、鏈路檢查、基帶數(shù)據(jù)包大小的控制、藍(lán)牙無線設(shè)備的電源模式和時(shí)鐘周期、微微網(wǎng)內(nèi)藍(lán)牙單元的連接狀態(tài)等。邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議（Ｌ２ＣＡＰ）完成基帶與高層協(xié)議間的適配，并通過協(xié)議復(fù)用、分用及重組操作為高層提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分類提取，它允許高層協(xié)議和應(yīng)用接收或發(fā)送長(zhǎng)達(dá)６４Ｋ字節(jié)的Ｌ２ＣＡＰ數(shù)據(jù)包。業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議（ＳＤＰ）是極其重要的部分，它是所有使用模式的基礎(chǔ)。通過ＳＤＰ，可以查詢?cè)O(shè)備信息、業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)特征，并在查詢之后建立兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間的連接。ＳＤＰ支持３種查詢方式：按業(yè)務(wù)類別搜尋、按業(yè)務(wù)屬性搜尋和業(yè)務(wù)瀏覽（ｂｒｏｗｓｉｎｇ）。

２、電纜替代協(xié)議

串行電纜仿真協(xié)議（ＲＦＣＯＭＭ）像ＳＤＰ一樣位于Ｌ２ＣＡＰ之上，作為一個(gè)電纜替代（ｃａｂｌｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）協(xié)議，它通過在藍(lán)牙的基帶上仿真ＲＳ－２３２的控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，為那些將串行線用作傳輸機(jī)制的高級(jí)業(yè)務(wù)（如ＯＢＥＸ協(xié)議）提供傳輸能力。該協(xié)議由藍(lán)牙特別興趣小組在ＥＴＳＩ的ＴＳ０７．１０基礎(chǔ)上開發(fā)而成。

３、電話控制協(xié)議

電話控制協(xié)議包括電話控制規(guī)范二進(jìn)制（ＴＣＳＢＩＮ）協(xié)議和一套電話控制命令（ＡＴ－ｃｏｍｍａｎｄｓ）。其中，ＴＣＳＢＩＮ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(dòng)電話和調(diào)制解調(diào)器的命令，它由藍(lán)牙特別興趣小組在ＩＴＵ－ＴＱ．９３１的基礎(chǔ)上開發(fā)而成。 

４、采納的其它協(xié)議

電纜替代層、電話控制層和被采納的其它協(xié)議層可歸為應(yīng)用專用（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ）協(xié)議。在藍(lán)牙中，應(yīng)用專用協(xié)議可以加在串行電纜仿真協(xié)議之上或直接加在Ｌ２ＣＡＰ之上。被采納的其它協(xié)議有ＰＰＰ、ＵＤＰ／ＴＣＰ／ＩＰ、ＯＢＥＸ、ＷＡＰ、ＷＡＥ、ｖＣａｒｄ、ｖＣａｌｅｎｄａｒ等。在藍(lán)牙技術(shù)中，ＰＰＰ運(yùn)行于串行電纜仿真協(xié)議之上，用以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的連接。ＵＤＰ／ＴＣＰ／ＩＰ由ＩＥＴＦ定義，主要用于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的通信。

ＩｒｏＢＥＸ（ｓｈｏｒｔ ＯＢＥＸ）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（ＩｒＤＡ）開發(fā)的一個(gè)會(huì)話協(xié)議，能以簡(jiǎn)單自發(fā)的方式交換目標(biāo)，ＯＢＥＸ則采用客戶一服務(wù)器模式提供與ＨＴＴＰ相同的基本功能。ＷＡＰ是由ＷＡＰ論壇創(chuàng)建的一種工作在各種廣域無線網(wǎng)上的無線協(xié)議規(guī)范，其目的就是要將Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和電話業(yè)務(wù)引入數(shù)字蜂窩電話和其它無線終端。ｖＣａｌｄ和ｖＣａｌｅｎｄａｒ則定義了電子商務(wù)卡和個(gè)人日程表的格式。在藍(lán)牙協(xié)議棧中，還有一個(gè)主機(jī)控制接口（ＨＣＩ）和音頻（Ａｕｄｉｏ）接口。ＨＣＩ是到基帶控制器、鏈路管理器以及訪問硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口。利用音頻接口，可以在一個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間傳遞音頻數(shù)據(jù)，該接口與基帶直接相連。

藍(lán)牙技術(shù)把各種便攜式設(shè)備與移動(dòng)電話用無線鏈路連接起來，使計(jì)算機(jī)與通信更加密切結(jié)合起來，使人們能隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。因此藍(lán)牙技術(shù)受到許多行業(yè)的關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用。