- 相關(guān)推薦
藍牙無(wú)線(xiàn)連接可靠性的研究與實(shí)現
摘要：本文敘述了藍牙無(wú)線(xiàn)連接在封頻、基帶協(xié)議、鏈路管理協(xié)議（LMP）中采用的可靠性措施。特別對提高藍牙文件傳拾的可靠性做了深入的研究，在藍牙RFCOMM 協(xié)議的基礎之上建立了本文所描述的藍牙的文件傳輸協(xié)議，稱(chēng)之為RBTFT，其中，創(chuàng )造性地提出了支持文件斷點(diǎn)續傳的辦法。并得到了實(shí)現，從而在應用層有效地提高了藍牙無(wú)線(xiàn)連接的可靠性。關(guān)鍵詞：藍牙，無(wú)線(xiàn)，可靠性，研究與實(shí)現
1 引言
藍牙（Bluetooth ）是一種低成本、短距離的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)標準。它是由愛(ài)立信（Ericsson ) ，國際商用機器（IBM ) ，英特爾( Intel ) ，諾基亞（Nokia ）和東芝（Toshiba ) 5 家公司共同倡導的一種全球無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準。其目的就是將智能移動(dòng)電話(huà)與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數字信息的外部設備用無(wú)線(xiàn)方式連接起來(lái)。目前，無(wú)線(xiàn)連接飛速普及、大受歡迎，藍牙技術(shù)的廣泛應用對無(wú)線(xiàn)移動(dòng)數據通信將起到巨大的促進(jìn)作用。
2藍牙無(wú)線(xiàn)頻段的選擇和抗干擾
藍牙技術(shù)采用2400～2483.5MHz 的ISM （工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué)）頻段，這是因為：
( l ）該頻段內沒(méi)有其它系統的信號干擾，同時(shí)頻段向公眾開(kāi)放，無(wú)須特許；
( 2 ）該頻段在全球范圍內有效。
此時(shí)，抗干擾問(wèn)題便變得非常重要。因為2400～2483.5MHz ISM 頻段為開(kāi)放頻段，使用其中的任何頻段都會(huì )遇到不可預測的干擾源（如某些家用電器、無(wú)繩電話(huà)和汽車(chē)開(kāi)門(mén)器等），此外，對外部干擾源和其它藍牙設備的干擾也應作充分估計。
抗干擾方法分為避免干擾和抑制干擾。避免干擾可通過(guò)降低各通信單元的信號發(fā)射電平來(lái)達到；抑制干擾則通過(guò)編碼或直接序列擴頻來(lái)實(shí)現。然而，在不同的無(wú)線(xiàn)環(huán)境下，專(zhuān)用系統的干擾和有用信號的動(dòng)態(tài)范圍變化極大。在超過(guò)50dB 的遠近比和不同環(huán)境功率差異的情況下，要達到1Mb/s 以上速率，僅靠編碼和處理增益是不夠的。相反，由于信號可在沒(méi)有干擾時(shí)（或干擾低時(shí)）發(fā)送，故避免干擾更容易一些。若采用時(shí)間避免干擾法，當遇到時(shí)域脈沖干擾時(shí)，發(fā)送的信號將會(huì )中止。另一方面，大部分無(wú)線(xiàn)系統是帶寬受限的，而在2.45 GHZ 頻段上，系統帶寬為80MHz，可找到一段無(wú)明顯干擾的頻譜，同時(shí)利用頻域濾波器對無(wú)線(xiàn)頻帶其余頻譜進(jìn)行抑制，以達到理想效果。因此，以頻域避免干擾法更為可行。
3藍牙基帶協(xié)議中的可靠性措施
藍牙基帶協(xié)議把保證藍牙無(wú)線(xiàn)連接的可靠性放在了至關(guān)重要的位置上，確保匹克網(wǎng)內各藍牙設備之間由射頻構成可靠的物理連接。實(shí)際上，為了提高藍牙無(wú)線(xiàn)連接的可靠性，以較小的開(kāi)銷(xiāo)有效地降低誤碼率、切實(shí)提高藍牙無(wú)線(xiàn)連接的可靠性，藍牙基帶協(xié)議中定義了一系列提高藍牙無(wú)線(xiàn)連接可靠性的措施，主要包括：差錯檢測和校正、進(jìn)行數據編解碼、差錯控制、數據加噪等。下面，我們對這些可靠性措施一一進(jìn)行闡述：
3.1 藍牙基帶協(xié)議中的差錯控制方案
在藍牙基帶協(xié)議中采用的差錯控制方案有：1/3 比例前向糾錯碼（FEC)；2/3比例前向糾錯碼（FEC)；數據的自動(dòng)重傳請求（ARQ, Automatic Repeat Request）方案。
其中，FEC（前向糾錯）的目的是為了減少數據載荷重發(fā)的次數，使用FEC碼，檢錯、糾錯以及編解碼的過(guò)程變得簡(jiǎn)單迅速，這對RX 和TX 間的有限處理時(shí)間非常重要。但是，采用FEC的缺點(diǎn)是還是會(huì )降低實(shí)際數據傳輸速率。所以，在糾錯要求不高的環(huán)境中，可以不采用FEC。藍牙規范基帶協(xié)議中的分組的定義對于在有效載荷中是否采用FEC 給出了相當的靈活度，由此而定義了ACL鏈接中使用的DM 和DH分組以及SCO鏈接中使用的HV分組。分組頭通常采用1/3比例前向糾錯碼保護，它含有很重要的鏈接信息，能夠容忍多位錯誤。
3.1.1 1/3 比例前向糾錯碼（FEC)
在這種3位重復方案中，分組頭中的每一位都重復三次。主要用來(lái)屏蔽頭中的錯誤，因為分組頭中包含有重要的連接信息。實(shí)際上在整個(gè)分組頭里都采用了三位重復碼。在這種3 位重復方案中，重復碼大部分在接收端判決，既可用于數據包頭，也可用于SCO鏈接的分組。例如，在SCO鏈接中使用的HV1分組里的話(huà)音段中也采用了這種編碼格式。
3.1.2 2/3比例前向糾錯碼（FEC)
在這一方案中，采用了一種（15, 10）精簡(jiǎn)的（縮短的）漢明碼表示方式。每10個(gè)信息位被編碼為15位的碼字，生成多項式為：g（D）= (D 1) (D4 D 1)。此類(lèi)錯誤校正方法主要用來(lái)以最可靠的方式來(lái)發(fā)送數據分組。該方案能夠在各代碼字中糾正所有奇數位錯和檢測所有偶數位錯，誤碼檢測用于數據糾錯。它既可用于SCO鏈接的同步分組，也可用于A(yíng)CL 鏈接的異步分組。具體而言，2/3比例前向糾錯碼可用于DM分組、DV分組中的數據段、FHS 分組以及SCO鏈接中使用的HV2分組中。由于編碼器采用長(cháng)度為10 的信息段，所以值為O的尾位可附加在CRC位之后。而所有需要編碼的位數（即：有效載荷頭、用戶(hù)數據、CRC和尾部數位）必須是10 的整倍數。通常是用線(xiàn)性反饋移位寄存器LFSR來(lái)生成2/3比例前向糾錯碼。
3.1.3 自動(dòng)重傳請求（ARQ）
在藍牙無(wú)線(xiàn)連接中，為了保證可靠傳送，常用做法是采用自動(dòng)重傳請求（ARQ）方案，由接收方發(fā)回特殊的控制幀，作為對輸人肯定或否定性的確認（ACK/NACK)。如果出現丟幀或丟掉確認消息的情況，則計時(shí)器在超時(shí)后會(huì )發(fā)出超時(shí)信號，提醒發(fā)送方可能出現了問(wèn)題，必須重傳此幀。而且收方必須能夠辨別收到的是重復幀還是新幀。
在藍牙采用的ARQ方案中，藍牙的DM、DH和DV分組的數據段可以進(jìn)行傳輸或重發(fā)，直到收端返回成功接收確認信息（或超時(shí)）為止。該確認信息包含在返回分組頭里，即捎帶( Piggy backing) 。為了確定有效載荷正確與否，循環(huán)冗余校驗碼應該加載于有效載荷中。ARQ方案只工作在分組的有效載荷上（僅針對具有CRC的有效載荷）。分組頭和話(huà)音有效載荷不受ARQ 保護。
藍牙使用快速、無(wú)編號確認方案。為了應答前次接收分組，應返回ACK (ARQN=1）或NAK (ARQN=0)。在返回分組的分組頭里，生成ACK / NACK 域，同時(shí)，接收分組的分組頭中的ACK / NACK域可表明前面的負載是否正確接收，決定是否需要重發(fā)或發(fā)送下一個(gè)分組。從單元將在主-從時(shí)隙后緊跟在從-主時(shí)隙中進(jìn)行應答。主單元則將在下一個(gè)事件中應答，該事件將給出同一從單元地址。由于處理時(shí)間短，當分組接收時(shí)，解碼選擇在空閑時(shí)間進(jìn)行，并要簡(jiǎn)化FEC編碼結構，以加快處理速度�？焖貯RQ方案與停止等待ARQ方
【藍牙無(wú)線(xiàn)連接可靠性的研究與實(shí)現】相關(guān)文章：
Windows CE中實(shí)現藍牙串口驅動(dòng)程序03-18
交通量數據采集中藍牙通信的實(shí)現03-07
機械設計的可靠性研究12-02
嵌入式藍牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的設計與實(shí)現03-18
FFT算法的研究與DSP實(shí)現03-07
應用藍牙技術(shù)實(shí)現組內各種無(wú)線(xiàn)通信及網(wǎng)絡(luò )融合FMC03-07
鐵路行包配裝算法研究與實(shí)現03-02