利用蓝牙技术实现家庭无线网络系统( 二 ) _云知道

图2 从设备到硬件结构

图3 主设备的硬件结构

（1）无线射频（RF）单元。蓝牙模块的射频单元功率也符合FCC关于ISM波段的要求，因此，在使用中都会碰到不可猜测的干扰源。蓝牙模块非凡设计了快速确认和跳频扩谱技术以确保链路稳定。在2.4GHz ISM频带上以伪随机方式，按1600次/s的速率，在总计79个频率上进行跳转（以2.4GHz为中心频率，最多可以得到79个1MHz带宽的信道），这样可以有效地防止信号干扰和减弱。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统都更稳定。此外系统还采用了时分双工（TDD）方案被用来实现全双工传输。FEC（前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪声。
（2）基带（baseband,BB）和链路治理（linkmanager,LM）单元。BB负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输；LM负责连接的建立和拆除。它们实现的功能包括：对SCO和ACL连接方式的支持；差错控制，可以采用多种检纠错方式，其中包括前向纠错编码(FEC)；物理层的认证与加密；链路治理。数字语音处理电路包括语音编译码器和语音接口电路两部分。语音编译码器采用CVSD编码方式。CVSD（Continuous Variable Slope Delta Modulation）即连续可变斜率增量调制。它是一种自适应增量调制技术，它不重发语音数据包也能够获得高质量传输的音频编码。CVSD编码擅优点理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。语音接口电路包括标准音频输入和输出以及必要的音频放大部分。系统的接口部分设置了RS232、USB、UART、I2C接口以及电话线接口，另外主设备还有以太网接口和ADSL插孔。其中RS232、USB和UART与计算机、智能耳机、PDA以及智能家电设备相连，完成信息的交换。主设备中的RS232串口还用于现场参数设置和程序的升级。嵌入式Modem是系统与外部通信网络（Internet网和公共电话网）的物理接口。嵌入式Modem采用了简单、灵活的实现方式，以减小系统的复杂性和降低一般家庭用户对Modem基本操作技能的依靠性；嵌入式Modem需要完成Modem的基本功能，负责将家庭无线网络接入到外部通信网络中。根据Modem的发展现状，系统的Modem采用了ADSL高速Modem标准。通过以太网接口可以直接接到LAN（局域网）中。系统可以经过内部高速数据通道和嵌入式Modem连接到DSL上，经过ADSL Modem的信号分离器，其输出通过接到家庭电话线（或通过ISDN接入方式）来登陆到Internet上，这样就可以享受ISP服务商提供的各种信息和服务。辅助电路包括液晶显示电路、键盘控制电路和电源治理电路。

2 软件协议栈
系统的软件（协议栈）单元是一个独立的操作部分，不与任何操作系统捆绑。它符合已经制定好的蓝牙规范。系统的协议栈采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量、协议的复用和分用等功能。主从设备的协议栈略有不同，如图4、图5所示，但大致都分为3个层次：底层协议、中间协议和高层协议。

（1）底层协议。该层包括基带BB和链路治理（LM）。这部分协议已经固化在Bluetooth模块之中。底层协议对应用而言是十分透明的，负责在蓝牙单元之间建立物理射频链路，构成微微网。LM还要完成像鉴权和加密等安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时钟周期、微微网内蓝牙单元的连接状态等。
（2）中间协议。这是系统中需要开发的协议部分。包括逻辑链路控制与适应协议L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）、业务搜寻协议SDP（Service Discovery Protocol）、串口仿真协议RFCOMM和电话控制协议TCS（仅在主设备协议栈中）和PPP协议。逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）完成基带与高层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为高层提供数据业务和分类提取。它答应高层协议和应用接收或发送长达64000个字节的L2CAP数据包。业务搜寻协议（SDP）是极其重要的部分，是所有使用模式的基础。它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。由SDP可查询设备信息、业务及其特征，并在查询之后建立2个或多个蓝牙设备间的连接。SDP支持３种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性搜寻和业务浏览（browsing）。串口仿真协议RFCOMM也位于L2CAP之上，它通过在蓝牙的基带上仿真RS232的控制和数据信号，为那些将串行线用作传输机制的高级业务（如对象交换OBEX协议）提供传输能力。该协议由蓝牙非凡爱好小组BSIG基于ETSI标准TS07.10上开发而成的。电话控制协议包括电话控制规范二进制（TCS BIN）协议和一套电话控制命令（ATcommands）。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间建立语音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；ATcommands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令，它也是由BSIG在ITUT Q.931的基础上开发而成。

利用蓝牙技术实现家庭无线网络系统( 二 )

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