Список протоколов Bluetooth

Стандарт беспроводного обмена данными Bluetooth использует множество протоколов . Базовые протоколы определены торговой организацией Bluetooth SIG . Дополнительные протоколы были приняты от других органов по стандартизации. В этой статье дается обзор основных протоколов и принятых протоколов, которые широко используются.

Bluetooth разделен на две части: «стек контроллера», содержащий радиоинтерфейс, критичный к синхронизации, и «хост-стек», работающий с данными высокого уровня. Стек контроллера обычно реализуется в виде недорогого кремниевого устройства, содержащего радиомодуль Bluetooth и микропроцессор. Стек хоста обычно реализуется как часть операционной системы или как пакет, устанавливаемый поверх операционной системы. Для интегрированных устройств, таких как гарнитуры Bluetooth, стек хоста и стек контроллера могут работать на одном и том же микропроцессоре, чтобы снизить затраты на массовое производство; это известно как бесхозяйная система.

Стек контроллера

Асинхронный режим без установления соединения [логический транспорт] (ACL)

Обычный тип радиоканала, используемый для общих пакетов данных с использованием схемы опроса TDMA для арбитража доступа. Он может переносить пакеты нескольких типов, которые отличаются:

• длина (1, 3 или 5 временных интервалов в зависимости от требуемого размера полезной нагрузки)
• Прямая коррекция ошибок (необязательное снижение скорости передачи данных в пользу надежности)
• модуляция ( пакеты с повышенной скоростью передачи данных позволяют утроить скорость передачи данных за счет использования другой радиочастотной модуляции для полезной нагрузки)

Прежде чем пакеты смогут передаваться, соединение должно быть явно установлено и принято между двумя устройствами.

Пакеты ACL автоматически передаются повторно, если они не подтверждены, что позволяет исправить радиоканал, подверженный помехам. Для изохронных данных количество повторных передач может быть ограничено тайм-аутом очистки; но без использования режима повторной передачи и управления потоком L2PLAY или EL2CAP, более высокий уровень должен обрабатывать потерю пакетов.

Каналы ACL отключаются, если в течение периода ожидания контроля ничего не получено; тайм-аут по умолчанию составляет 20 секунд, но он может быть изменен мастером.

Ссылка на синхронное соединение (SCO)

Тип радиоканала, используемого для голосовых данных. Канал SCO — это набор зарезервированных временных интервалов в существующем канале ACL. Каждое устройство передает закодированные голосовые данные в зарезервированном временном интервале. Повторных передач нет, но можно дополнительно применить прямое исправление ошибок. Пакеты SCO могут отправляться каждые 1, 2 или 3 временных интервала.

Каналы Enhanced SCO (eSCO) обеспечивают большую гибкость в настройке каналов: они могут использовать повторные передачи для достижения надежности, допускают более широкое разнообразие типов пакетов и большие интервалы между пакетами, чем SCO, тем самым увеличивая радиодоступность для других каналов.

Протокол управления каналами (LMP)

Используется для управления радиоканалом между двумя устройствами, мобильным DMV, опросом возможностей устройства и контролем мощности. Реализовано на контроллере.

Интерфейс хост-контроллера (HCI)

Стандартизированная связь между стеком хоста (например, ПК или ОС мобильного телефона) и контроллером (интегральной схемой Bluetooth (IC)). Этот стандарт позволяет заменять стек хоста или микросхему контроллера с минимальной адаптацией.

Существует несколько стандартов транспортного уровня HCI, каждый из которых использует свой аппаратный интерфейс для передачи одних и тех же пакетов команд, событий и данных. Наиболее часто используются USB (в ПК) и UART (в мобильных телефонах и КПК).

В устройствах Bluetooth с простыми функциями (например, гарнитурах) хост-стек и контроллер могут быть реализованы на одном и том же микропроцессоре. В этом случае HCI является необязательным, хотя часто реализуется как внутренний программный интерфейс.

Уровень связи с низким энергопотреблением (LE LL)

Это эквивалент LMP для Bluetooth Low Energy (LE), но он проще. Он реализован на контроллере и управляет рекламой, сканированием, подключением и безопасностью на низком уровне, близком к аппаратной точке зрения с точки зрения Bluetooth.

Хост-стек

Протокол управления и адаптации логического канала (L2CAP)

L2CAP используется в стеке протоколов Bluetooth. Он передает пакеты либо в интерфейс хост-контроллера (HCI), либо, в бесхостовой системе, непосредственно в канал Link Manager/ACL.

Функции L2CAP включают в себя:

• Мультиплексирование данных между различными протоколами более высокого уровня.
• Сегментация и повторная сборка пакетов.
• Обеспечение управления односторонней передачей многоадресных данных группе других устройств Bluetooth.
• Управление качеством обслуживания (QoS) для протоколов более высокого уровня.

L2CAP используется для связи по каналу ACL хоста. Его соединение устанавливается после настройки канала ACL.

В базовом режиме L2CAP предоставляет пакеты с полезной нагрузкой, настраиваемой до 64 КБ, с 672 байтами в качестве MTU по умолчанию и 48 байтами в качестве минимального обязательного поддерживаемого MTU. В режимах повторной передачи и управления потоком L2CAP можно настроить для надежных или асинхронных данных на канал, выполняя повторные передачи и проверки CRC. Надежность в любом из этих режимов опционально и/или дополнительно гарантируется воздушным интерфейсом Bluetooth BDR/EDR нижнего уровня путем настройки количества повторных передач и тайм-аута очистки (времени, по истечении которого радиостанция будет сбрасывать пакеты). Последовательность упорядочения гарантируется нижним уровнем.

Спецификация EL2CAP добавляет к базовой спецификации дополнительный расширенный режим повторной передачи (ERTM), который представляет собой улучшенную версию режимов повторной передачи и управления потоком. ERTM требуется при использовании AMP (альтернативный MAC/PHY), например 802.11abgn.

Протокол инкапсуляции сети Bluetooth (BNEP)

БНЭП используется для доставки сетевых пакетов поверх L2CAP. Этот протокол используется профилем персональной сети (PAN) . BNEP выполняет функцию, аналогичную протоколу доступа к подсети (SNAP) в беспроводной локальной сети.

В стеке протоколов BNEP привязан к L2CAP.

Радиочастотная связь (РЧКОММ)

Протокол Bluetooth RFCOMM представляет собой простой набор транспортных протоколов, созданный на основе протокола L2CAP и обеспечивающий эмуляцию RS-232 последовательных портов (до шестидесяти одновременных подключений к устройству Bluetooth одновременно). Протокол основан на стандарте ETSI TS 07.10.

RFCOMM иногда называют эмуляцией последовательного порта . Bluetooth Профиль последовательного порта (SPP) основан на этом протоколе.

RFCOMM предоставляет пользователю простой и надежный поток данных, аналогичный TCP. Он используется непосредственно многими профилями, связанными с телефонией, в качестве носителя для AT-команд, а также в качестве транспортного уровня для OBEX через Bluetooth.

Многие приложения Bluetooth используют RFCOMM из-за его широкой поддержки и общедоступного API в большинстве операционных систем. Кроме того, приложения, использующие для связи последовательный порт, можно быстро портировать для использования RFCOMM.

В стеке протоколов RFCOMM привязан к L2CAP.

Протокол обнаружения служб (SDP)

Используется, чтобы устройства могли узнать, какие службы поддерживают друг друга и какие параметры использовать для подключения к ним. Например, при подключении мобильного телефона к гарнитуре Bluetooth SDP будет использоваться для определения того, какие профили Bluetooth поддерживаются гарнитурой ( профиль гарнитуры , профиль громкой связи , профиль расширенного распределения звука и т. д.), а также настройки мультиплексора протокола, необходимые для подключиться к каждому из них. Каждая служба идентифицируется универсальным уникальным идентификатором (UUID), при этом официальным службам (профилям Bluetooth) присваивается краткий UUID (16 бит вместо полных 128).

В стеке протоколов SDP привязан к L2CAP.

Протокол управления телефонией (TCS)

Также называется двоичной спецификацией протокола управления телефонией (двоичный файл TCS).

Используется для настройки и управления речевыми вызовами и вызовами данных между устройствами Bluetooth. Протокол основан на стандарте ITU-T Q.931 с применением положений Приложения D, вносящими лишь минимальные изменения, необходимые для Bluetooth.

TCS используется профилями внутренней связи (ICP) и беспроводной телефонии (CTP). Спецификация протокола управления телефоном не называется TCP, чтобы избежать путаницы с протоколом управления передачей (TCP), используемым для связи через Интернет.

Транспортный протокол управления аудио/видео (AVCTP)

Используется профилем дистанционного управления для передачи команд AV/C по каналу L2CAP. Кнопки управления музыкой на стереогарнитуре используют этот протокол для управления музыкальным проигрывателем.

В стеке протоколов AVCTP привязан к L2CAP.

Протокол передачи аудио/видео данных (AVDTP)

Используется расширенным профилем распределения звука для потоковой передачи музыки на стереогарнитуры по каналу L2CAP. Предназначен для использования профилем распространения видео.

В стеке протоколов AVDTP привязан к L2CAP.

Обмен объектами (OBEX)

Основная статья: ОБЕКС

Обмен объектами (OBEX; также называемый IrOBEX ) — это протокол связи, который облегчает обмен двоичными объектами между устройствами. Он поддерживается Ассоциацией инфракрасных данных , но также был принят Специальной группой по Bluetooth и SyncML крылом Открытого мобильного альянса (OMA).

В Bluetooth OBEX используется для многих профилей, требующих простого обмена данными (например, передача объекта, передача файлов, базовая обработка изображений, базовая печать, доступ к телефонной книге и т. д.).

Протокол атрибутов низкой энергии (ATT)

По объему похож на SDP, но специально адаптирован и упрощен для Low Energy Bluetooth. Это позволяет клиенту читать и/или записывать определенные атрибуты, предоставляемые сервером, несложным и экономичным способом.

В стеке протоколов ATT привязан к L2CAP.

Протокол диспетчера энергобезопасности (SMP)

Это используется реализациями Bluetooth Low Energy для сопряжения и передачи определенного распределения ключей.

В стеке протоколов SMP привязан к L2CAP.

Внешние ссылки

• Bluetooth.com — Архитектура передачи данных
• Oracle.com — обзор стека протоколов Bluetooth со схемой (в середине страницы)
• Каталог спецификаций Bluetooth