蓝牙技术讲座第2讲蓝牙系统结构

蓝牙技术结构体系及硬件实现模式分析高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。

一个完整的蓝牙协议栈按其功能又可划分为四层：核心协议层（BB、LMP、LCAP、SDP）、线缆替换协议层（RFCOMM）、电话控制协议层（TCS-BIN）、选用协议层（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。

而高端应用层是由选用协议层组成。

选用协议层中的PPP（Point-to-P oint Protocol）是点到点协议，由封装、链路控制协议、网络控制协议组成，定义了串行点到点链路应当如何传输因特网协议数据，它要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范；TCP/IP（传输控制协议/网络层协议）、UDP（User Datagram Protocol对象交换协议）是三种已有的协议，它定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设备之间的通信。

蓝牙采用或共享这些已有的协议去实现与连接因特网的设备通信，这样，既可提高效率，又可在一定程度上保证蓝牙技术和其它通信技术的互操作性；OBEX（Object Exchange Protocol）是对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户/服务器模式提供与HTTP（超文本传输协议）相同的基本功能。

该协议作为一个开放性标准还定义了可用于交换的电子商务卡、个人日程表、消息和便条等格式；W AP（Wireless Application Protocol）是无线应用协议，它的目的是要在数字蜂窝电话和其它小型无线设备上实现因特网业务。

它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和其它基于因特网的协议。

WAE(Wireless Application Environment)是无线应用环境，它提供用于WAP电话和个人数字助理PDA所需的各种应用软件。

2 蓝牙硬件的实现蓝牙的技术规范除了包括协议部分外还包括蓝牙的应用部分（即应用模型）。

在实现蓝牙的时候，一般是将蓝牙分成两部分来考虑，其一是软件实现部分，它位于HC I的上面，包括蓝牙协议栈上层的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及蓝牙的一些应用；其二是硬件实现部分，它位于HCI的下面，亦即上面提到的底层硬件模块，它已在图1中标示出。

蓝牙系统基本知识篇1. 蓝牙技术简介蓝牙技术是一种无线通信技术，通过无线方式连接近距离的设备。

它使用低功耗射频信号，在2.4GHz频段进行通信。

蓝牙技术广泛应用于个人消费电子设备，例如手机、平板电脑、耳机等。

蓝牙技术具有低功耗、低成本、易于使用等特点，被广泛应用于各种设备之间的无线通信。

2. 蓝牙系统架构蓝牙系统由蓝牙核心系统和蓝牙应用系统组成。

蓝牙核心系统包括物理层、链路层、蓝牙基带和蓝牙主机控制器等组件。

蓝牙应用系统包括协议栈、应用接口和应用程序等组件。

2.1 物理层蓝牙物理层定义了蓝牙设备之间的无线通信规范。

它使用频率跳变技术，将通信频率在79个载波频率之间跳变，以减少干扰。

蓝牙物理层还定义了调制解调器、发射机和接收机等元件的规范。

2.2 链路层蓝牙链路层负责管理蓝牙设备之间的连接和数据传输。

它定义了蓝牙设备之间的连接建立过程、数据传输方式和错误控制机制等规范。

2.3 蓝牙基带蓝牙基带是蓝牙系统中的核心部分，负责管理蓝牙设备之间的物理连接。

它包括射频收发模块、同步器和解调器等组件，用于将高层数据转换成适合无线传输的信号。

2.4 蓝牙主机控制器蓝牙主机控制器是蓝牙设备的控制中心，负责管理蓝牙设备的操作和配置。

它包括主机处理器、存储器和接口电路等组件，用于执行蓝牙协议栈和应用程序。

3. 蓝牙协议栈蓝牙协议栈是蓝牙系统中的软件部分，负责管理蓝牙设备之间的通信协议。

它包括物理层、链路层、适配层、L2CAP层、RFCOMM层、SDP层和应用层等组件。

3.1 适配层蓝牙适配层是蓝牙协议栈中的一个重要组件，用于将不同操作系统和硬件平台之间的差异进行抽象和封装。

它定义了统一的接口和功能，使得上层的协议可以在不同平台上运行。

L2CAP是蓝牙协议栈中的一个重要层，负责提供蓝牙设备之间的连接和数据传输服务。

它可以将较大的数据包分割成较小的数据块，并在传输过程中进行重组和校验。

3.3 RFCOMM层RFCOMM是蓝牙协议栈中的一个层，负责提供串行数据传输服务。

蓝牙结构分析蓝牙结构分析目的：利用OSI 分层的体系结构办法分析蓝牙结构，利于以后分析定位问题。

一、OSI 回顾：定义：OSI 是 Open System Interconnect 的缩写，意为开放式系统互联。

开放，是指非垄断的。

系统是指现实的系统中与互联有关的各部分。

目的：OSI 模型的设计目的是成为一个所有销售商都能实现的开放网路模型，来克服使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。

方法论：OSI 标准制定过程中采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构办法。

在 OSI 中，采用了三级抽象，既体系结构，服务定义，协议规格说明。

OSI 参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。

OSI 参考模型表格具体 7 层（体系结构）应用层 Application 数据格式服务（服务定义）为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

为上层提供格式化的表示和转换数据服务为上层提供建立和维持会话，并能使会话获得同步 Telnet FTP HTTP JPEG MPEG ASII OBEX NFS 功能（协议规格说明）网络服务与使用者应用程序间的一个接口设备APDU网关 FTP 允许你选择以二进制或 ASII 格式传输服务器验证用户登录，断点续传表示层 PresentationPPDU数据表示、数据安全、数据压缩会话 Session层SPDU建立、管理和终止会话传输层 Transport数据组织成数据段 Segment(PDU)为上层提供端到端（最终用户程序到最终用户程序）的透明的、可靠的数据传输服务为上层提供网络连接服务的, 为上层提供单个数据链路（注①）服务的,TCP UDP用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号）防火墙网络层 Network分割和重新组合数据包 Packet(PDU)IP基于网络层地址地址）（IP 进行不同网络系统间的路由器路径选择在物理层上建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用以及差错校验等功能。

蓝牙1.1标准改进设备协同工作蓝牙技术展现给人们的是一种全新的商业模式：通过无线连接毫不费力就可与同事交换商业信用卡、文件和其它信息，或让人们建立属于自己的个人网络，把他们的PC连接到手持设备、移动电话、打印机、扫描仪、传真机和复印机等。

新的Bluetooth 1.1（蓝牙1.1）标准使这些都成为现实提供了保障。

在此之前的Bluetooth 1.0b虽然定义了详细的功能，但缺乏严格的实施准则，使这个标准的关键部分——协同工作能力出现了隐患，最终导致Bluetooth 1.0b未能完全履行其当初的承诺，而且由于协同工作能力问题的不断出现，也阻碍了更广泛地实施。

显而易见，如果厂商A的Bluetooth电话不能与厂商B的Bluetooth PC卡正常工作，那么厂商C的Bluetooth打印机也一定畅销不了。

对此，在Bluetooth 1.1中提出了相应的措施，其中最重大的改进就是验证。

为安全起见，一般来说蓝牙设备之间的通信都要进行加密。

当两个蓝牙设备之间建立连接时，首先要做的事情之一就是交换密钥以确认对方的身份。

如果密钥不匹配，这两个设备就不能对话。

而是否能生成正确的密钥取决于设备之间的最终关系，首先启动对话的设备称为主设备，另一个设备称为从设备。

在Bluetooth 1.0b中，连接对话启动时，两个设备争夺主从地位的竞争就陷入了矛盾的状态，虽然它们都能执行一定的算法生成密钥，但密钥是不一样的，而且由于时机的原因，往往会出现问题。

也就是说，如果在启动对话时，从设备处理信息的速度大于主设备，那么这种竞争就会导致误将从设备当成主设备，在这种错误基础上，设备之间当然不会生成匹配的密钥。

Bluetooth 1.1非常明确地定义了设备验证所需的各个步骤，彻底纠正了这个问题。

它要求每个设备必须明确承认（或协调）首先启动对话的设备，从而确认自己在主从关系上的角色。

另一个与协同工作能力相关的问题就是频率。

Bluetooth设备将通用的2.4GHz频段分为79个跳频信道，使用一种称做跳频扩频的技术来传输数据。

蓝牙技术SIG组织于1999年7月26日推出了蓝牙技术规范1.0版本。

蓝牙技术的系统结构分为三大部分：底层硬件模块、中间协议层和高层应用。

底层硬件部分包括无线跳频（RF）、基带（BB）和链路管理（LM）。

无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实现数据位流的过滤和传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件。

基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。

链路管理负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制。

蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点，可以进行异步数据通信，可以支持多达3个同时进行的同步话音信道，还可以使用一个信道同时传送异步数据和同步话音。

每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。

异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另一端速率为57.6kb/秒的不对称连接，也可以支持43.2kb/秒的对称连接。

中间协议层包括逻辑链路控制和适应协议、服务发现协议、串口仿真协议和电话通信协议。

逻辑链路控制和适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量和复用协议的功能，该层协议是其它各层协议实现的基础。

服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。

串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。

电话通信协议层则提供蓝牙设备间话音和数据的呼叫控制指令。

主机控制接口层（HCI）是蓝牙协议中软硬件之间的接口，它提供了一个调用基带、链路管理、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。

蓝牙设备之间进行通信时，HCI以上的协议软件实体在主机上运行，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过一个对两端透明的传输层进行交互。

在蓝牙协议栈的最上部是各种高层应用框架。

其中较典型的有拨号网络、耳机、局域网访问、文件传输等，它们分别对应一种应用模式。

各种应用程序可以通过各自对应的应用模式实现无线通信。

拨号网络应用可通过仿真串口访问微微网（Piconet），数据设备也可由此接入传统的局域网；用户可以通过协议栈中的Audio（音频）层在手机和耳塞中实现音频流的无线传输；多台PC或笔记本电脑之间不需要任何连线，就能快速、灵活地进行文件传输和共享信息，多台设备也可由此实现同步操作。

蓝牙协议的体系结构随着无线通信技术的迅猛发展，蓝牙技术作为一种短距离无线通信技术逐渐得到广泛应用。

蓝牙协议是其通信的基础，了解蓝牙协议的体系结构对于理解和应用蓝牙技术是非常重要的。

本文将介绍蓝牙协议的体系结构，包括物理层、链路层、网络层、传输层以及应用层，以帮助读者深入了解蓝牙协议。

一、物理层蓝牙协议的物理层是负责定义蓝牙设备之间的无线通信接口和传输介质。

在物理层，蓝牙使用FHSS（频率跳频扩频）技术来减少干扰和提高通信质量。

蓝牙的物理层规定了蓝牙信道的使用和频率范围，以及信号的调制和解调方式。

二、链路层蓝牙协议的链路层负责建立连接、维护连接以及管理链路上的数据传输。

链路层的功能包括蓝牙设备的发现、认证和加密等。

蓝牙采用主从设备的模式，链路层规定了主设备和从设备之间的角色切换和数据传输方式。

链路层还包括L2CAP（逻辑链路控制和适配协议），它提供了对上层应用的数据传输服务。

三、网络层蓝牙协议的网络层负责数据包的路由和传输控制。

网络层使用的是RFCOMN（无连接封装模块）协议，它支持点对点和多点通信，并提供了对上层协议的透明传输服务。

网络层还包括SDP（服务发现协议），它可以让蓝牙设备自动发现和识别附近的蓝牙服务。

四、传输层蓝牙协议的传输层主要负责数据的传输和流控。

传输层使用的是RFCOMP（串行端口模块）协议，它支持同步和异步数据传输，并提供了可靠的数据传输服务。

传输层还包括TCS（电话控制协议）、RFCOTP（透明对象传输协议）等。

五、应用层蓝牙协议的应用层包括一系列的应用协议和配置协议，用于实现各种不同的应用场景。

常见的应用层协议包括OBEX（对象交换协议）、HID（人机接口设备协议）、A2DP（高质量音频传输协议）等。

应用层协议规定了各种不同应用之间的通信方式和数据格式。

总结：蓝牙协议的体系结构包括物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。

物理层定义了蓝牙设备之间的无线通信接口和传输介质；链路层负责建立连接、维护连接和管理链路上的数据传输；网络层负责数据包的路由和传输控制；传输层负责数据的传输和流控；应用层包括一系列的应用协议和配置协议，用于实现各种不同的应用场景。