淺析藍(lán)牙技術(shù)的基帶層分組協(xié)議

    一、引言

　　現(xiàn)代通信技術(shù)的趨勢(shì)走向網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)分組化、窄帶接入技術(shù)無(wú)線化。在無(wú)線接入領(lǐng)域，早期采用電路型傳輸方式，但是現(xiàn)在也開(kāi)始出現(xiàn)了分組傳輸技術(shù)，如CDPD、GPRS、EDGE等；除了這些無(wú)線運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之外，最近由Ericsson、Intel、Nokia、Toshiba、IBM五家公司組成的藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)SIG（SPecial Interest GrouP）聯(lián)手推出的藍(lán)牙計(jì)劃致力于解決SoHo無(wú)線組網(wǎng)，倍受網(wǎng)絡(luò)界的矚目。

　　雖然藍(lán)牙還沒(méi)有正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是有越來(lái)越多的組織正在吸納這種技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的目標(biāo)是采用無(wú)線接口技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)各種有線連接。雖然藍(lán)牙主要用來(lái)解決電話、數(shù)據(jù)終端等的連接組網(wǎng)問(wèn)題，但是SIG也想將該技術(shù)應(yīng)用到家電上去：家庭通過(guò)這種方式組成小型無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能控制與管理。藍(lán)牙技術(shù)的關(guān)鍵是很小的藍(lán)牙芯片（即無(wú)線電收發(fā)信機(jī)），可以裝在各種設(shè)備上，如手機(jī)、冰箱等等。藍(lán)牙的應(yīng)用非常廣泛，例如手機(jī)與微機(jī)之間通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線連接，這種無(wú)束縛的接收和發(fā)送信息很有可能改變?nèi)藗兊纳�活方式；藍(lán)牙與 WAP的結(jié)合也會(huì)創(chuàng)造出新的電子商務(wù)模式。

    二、藍(lán)牙的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)同樣采用分層方式，包括藍(lán)牙專用協(xié)議和一些通用協(xié)議。專用協(xié)議位于協(xié)議棧的底部，從底到上依次是藍(lán)牙無(wú)線層（Bluetooth Radio）、基帶層（Baseband）、LMP層（Link ManagerProtocol）、L2CAP層（Logical link Control andAdaptation Protocol）、SDP層（Service DiscoveryProtocol）。另外RFCOMM層以ETSI TS07.10為基礎(chǔ)，目的是取代電纜連接；TCS（Telephony Control Protocol SPecification）以ITU－T的Q.931為基礎(chǔ)，目的是進(jìn)行呼叫控制。在藍(lán)牙專用協(xié)議之上可以承載PPP、TCP／IP、UDP／IP、WAP等 通用高層協(xié)議。

　　無(wú)線層規(guī)范物理層無(wú)線傳輸技術(shù)。藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，大部分國(guó)家采用2400～2483.5NHZ，f＝2402＋kMHZ，k=0～78：即將該頻段劃分為79個(gè)帶寬為1MHz的信道；在低頻端留有2MHz的保護(hù)帶，在高頻端留有3.5MHz的保護(hù)帶。調(diào)制方式采用GFSK，BT=0.5，正頻偏表示“1”，負(fù)頻偏表示“0”。系統(tǒng)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)、保密性好。

　　LMP負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備之間的鏈路建立，包括鑒權(quán)、加密等安全技術(shù)及基帶層分組大小的控制和協(xié)商。它還控制無(wú)線設(shè)備的功率以及藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的連接狀態(tài)。L2CAP在高層和基帶層之間作適配，它與LMP是并列的，區(qū)別在于L2CAP向高層提供負(fù)載的傳送，而LMP不能。L2CAP向高層提供面向連接的和無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，具備多協(xié)議復(fù)用功能和拆／裝適配功能。SDP是藍(lán)牙體系中非常關(guān)鍵的部分，只有通過(guò)SDP了解通信雙方的設(shè)備信息、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)特征，然后才能在藍(lán)牙設(shè)備之間建立通信連接。

    三、基帶層

　　1．物理信道與物理鏈路

　　藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在底層技術(shù)，而基帶層是底層中的關(guān)鍵技術(shù)之一。注意藍(lán)牙基于微微小區(qū)機(jī)制，需具備強(qiáng)壯性、低復(fù)雜度、低功率、低成本的特點(diǎn)，而這在基帶層技術(shù)中有所體現(xiàn)。

　　前面說(shuō)過(guò)藍(lán)牙采用挑頻擴(kuò)頻技術(shù)，每秒1600跳，從時(shí)間域看即每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度是625μs，即每個(gè)時(shí)隙從79個(gè)信道中選擇一個(gè)。時(shí)隙編號(hào)0～ 2的27次方－1，即以2的27個(gè)次方雙工方式采用TDD。藍(lán)牙既支持電路型數(shù)據(jù)，也支持分組型數(shù)據(jù)；既支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，也支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接。在一個(gè)微微網(wǎng)絡(luò)（Pieconet）中，一個(gè)單元作為主節(jié)點(diǎn)，其他作為從節(jié)點(diǎn)，最多可以有7個(gè)從節(jié)點(diǎn)；但是允許有更多從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)保持在Park狀態(tài)。從節(jié)點(diǎn)對(duì)信道的接入由主節(jié)點(diǎn)控制。微微網(wǎng)絡(luò)在覆蓋上可以有重疊：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有各自的跳頻方案，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主節(jié) 點(diǎn)可以同時(shí)作為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的從節(jié)點(diǎn)；一個(gè)從節(jié)點(diǎn)可以屬于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

　　主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)只能占用偶時(shí)隙，反之從節(jié)點(diǎn)只能在奇時(shí)隙才能向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)分組（Packet，實(shí)際上更習(xí)慣的說(shuō)法是幀，因?yàn)樵诨鶐�層其地位類似于OSI的第2層、部分涉及物理層，分組的確切用法在第3層，但是藍(lán)牙基帶層規(guī)范中采用Packet術(shù)語(yǔ)）的傳送最多可以占用5個(gè)時(shí)隙，在一個(gè)分組的傳送期內(nèi)，維持初始時(shí)隙所占用的信道而不再跳頻。

　　在主從節(jié)點(diǎn)之間，有兩種不同類型的鏈路，即同步面向連接SCO（Synchronous Connection-Oriented）鏈路和異步無(wú)連接ACL（Asynchronous Connection－Less）鍵路。SCO是點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，立節(jié)點(diǎn)在周期性的保留時(shí)隙上維持SCO；ACL是點(diǎn)到多點(diǎn)鏈路。主節(jié)點(diǎn)可以利用SCO本占用的時(shí)隙建立ACL鏈路，從節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)參與SCO和ACL。

　　SCO具備雙向?qū)ΨQ性，可以看作電路型連接，通常用于支持語(yǔ)音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。主節(jié)點(diǎn)可與一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)建立多達(dá)3個(gè)的SCO鏈路；一個(gè)從節(jié)點(diǎn)也與多個(gè)主節(jié)點(diǎn)建立SCO鏈路（最多3條）。SCO分組不采用重傳機(jī)制。SCO鏈路的建立通過(guò)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送LMP的SCOsetup消息，該消息中包含了Tsco和Dsco等參數(shù)。Dsco用于標(biāo)識(shí)SCO開(kāi)始的時(shí)隙相對(duì)數(shù)，而Tsco用于表示時(shí)隙的重復(fù)周期。

　　未被SCO占用的時(shí)隙可用于ACL，在一對(duì)主從節(jié)點(diǎn)之間只有一條ACL。ACL的分組傳送來(lái)用重傳機(jī)制以確保正確性。只有主節(jié)點(diǎn)在發(fā)往從節(jié)點(diǎn)的分組中以某種方式允許某從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該從節(jié)點(diǎn)才能在規(guī)定時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。ACL支持廣播。

    2．分組組成

　　每個(gè)分組由3部分組成，即接入碼（AccessCode）、頭（Header）、負(fù)載（Payload）。其中接入碼和頭字段為固定長(zhǎng)度，分別為72比特和54比特；負(fù)載是可變長(zhǎng)度，從0～2745比特。一個(gè)分組可以僅包含接入碼字段（此時(shí)為縮短的68比特），或者包含接入碼與頭字段，或者包含全部3個(gè)字段。