嵌入式藍牙文件傳送方案的實(shí)現
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利用藍牙技術(shù)實(shí)現不同類(lèi)型的文件傳送是藍牙通信的重要應用，而傳統的基于藍牙1.0規范的藍牙通信只支持單點(diǎn)傳輸，隨著(zhù)藍牙技術(shù)的發(fā)展，藍牙2.0規范中增加了EDR(Enhance Data Rate)技術(shù)，提高了藍牙數據傳輸的吞吐量，為藍牙多點(diǎn)通信提供了條件。本文依據藍牙2.0規范，結合TDD技術(shù)，在實(shí)現了單點(diǎn)文件傳送的基礎上，成功完成了嵌入式系統對遠程藍牙設備的多點(diǎn)文件傳送方案,并應用個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)現了嵌入式系統與PC機之間的網(wǎng)絡(luò )文件傳送，擴展了藍牙通信在網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域的應用。藍牙文件傳送和網(wǎng)絡(luò )文件傳送功能為廣告產(chǎn)業(yè)及其他信息發(fā)布相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間，具有良好的市場(chǎng)前景。
1 方案設計概述
方案設計以ARM嵌入式系統作為硬件實(shí)現平臺，并基于Linux操作系統，完成藍牙文件傳送方案。文件單點(diǎn)傳送方案依據對象交換協(xié)議OBEX（Object Exchange），利用藍牙官方協(xié)議棧BlueZ以及openobex上層應用函數庫實(shí)現對象推送功能，從而完成對遠程設備的文件單點(diǎn)傳送。文件多點(diǎn)傳送方案將在底層應用全雙工時(shí)分復用（TDD）技術(shù)以及EDR（Enhance Data Rate）技術(shù)實(shí)現藍牙數據通道共享和寬帶、高吞吐量數據發(fā)送，在上層以文件單點(diǎn)傳送方案為基礎，輔以嵌入式技術(shù)建立并管理多個(gè)文件發(fā)送進(jìn)程，完成文件向多個(gè)遠程設備的同時(shí)發(fā)送，加入了重發(fā)機制以保證文件多點(diǎn)傳送的可靠性。此外，基于個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )文件傳送功能，使用戶(hù)可在PC機端以FTP方式訪(fǎng)問(wèn)并更新嵌入式系統中的文件。
2 方案硬件架構
本方案基于A(yíng)RM硬件開(kāi)發(fā)平臺，以SAMSUNG S3C2440作為核心處理器,并與64 MB SDRAM和64 MB Flash共同組成核心嵌入式系統,運行ARM-Linux-2.6.12內核操作系統，其中內核配置藍牙子系統，可為USB藍牙適配器提供驅動(dòng)。藍牙適配器作為系統的核心通信部件接至USB Device接口，并通過(guò)適配器完成文件傳送功能。同時(shí)本硬件系統易于功能擴展和系統移植，開(kāi)發(fā)人員可通過(guò)USB Host接口將操作系統內核以及上層應用程序下載到SDRAM或燒寫(xiě)至Flash中，并通過(guò)RS232串口對應用程序進(jìn)程調試。硬件整體架構如圖1所示。
3 方案軟件框架
軟件框架主要由藍牙核心協(xié)議、會(huì )話(huà)層協(xié)議以及上層應用程序構成，如圖2所示。其中藍牙核心協(xié)議包括：RF協(xié)議、基帶（Baseband）協(xié)議、LMP、L2CAP，主要完成藍牙數據由邏輯鏈路層到實(shí)際物理通道的控制和處理。
會(huì )話(huà)層協(xié)議將建立對應功能的模型描述，并定義相關(guān)操作方法，為上層應用程序提供接口。其中RFCOMM協(xié)議提供對基于L2CAP協(xié)議的串口仿真,基于ETSI07.10，可支持在兩個(gè)藍牙設備之間同時(shí)保持高達60路的通信連接。其次，本方案利用服務(wù)發(fā)現協(xié)議(SDP)獲取周邊藍牙設備服務(wù)信息，并自動(dòng)篩選出帶有對象推送服務(wù)的遠程設備作為發(fā)送目標，此協(xié)議由BlueZ所提供的接口函數實(shí)現。而OBEX作為實(shí)現文件傳送的核心協(xié)議，將為被傳送文件建立對象模型，并面向對象及傳送過(guò)程定義對應操作方法，以實(shí)現文件傳送。PAN協(xié)議用于建立藍牙無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與以太網(wǎng)之間的訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，以完成與TCP/IP之間的無(wú)縫連接。
上層應用程序將基于應用層協(xié)議所提供的接口函數，主要依據對象交換協(xié)議(OBEX)實(shí)現對象推送（OBEX PUSH）功能，從而完成文件的單點(diǎn)傳送，并在此基礎上，結合Linux多進(jìn)程技術(shù)實(shí)現文件多點(diǎn)傳送。此外，利用BlueZ提供的PAN工具實(shí)現嵌入式系統與PC機之間的組網(wǎng)，完成網(wǎng)絡(luò )文件傳送功能。
4 文件傳送功能實(shí)現
4.1 文件單點(diǎn)傳送實(shí)現
文件單點(diǎn)傳送是多點(diǎn)傳送的基礎，也是本方案的核心技術(shù)，并基于對象交換協(xié)議（OBEX）。應用于藍牙系統的對象交換協(xié)議其目標是完成兩藍牙設備間的數據對象通信，其典型應用為實(shí)現對象推送功能。OBEX本身包括兩部分：數據對象模型和會(huì )話(huà)協(xié)議。對象模型包括將要傳輸的數據對象的各種信息以及數據對象本身。該模型的建立完全基于各種標準的或者用戶(hù)自定義的可分析的信息頭（headers），信息頭由信息頭ID和信息頭的值兩部分構成，ID描述了信息頭的內容及格式，信息頭的值由一個(gè)字節或多個(gè)字節組成，描述了對象屬性的具體含義。OBEX會(huì )話(huà)層操作由請求-應答成對組成，由客戶(hù)端發(fā)出請求，服務(wù)器做出應答，客戶(hù)端必須等待服務(wù)器做出應答后才能發(fā)起新的請求。
本方案利用openobex應用函數庫實(shí)現了系統對某一遠程設備的文件對象推送功能。openobex函數庫實(shí)現了OBEX協(xié)議的會(huì )話(huà)層操作及相應對象模型描述。圖3顯示了完成對象推送功能的全過(guò)程。
通過(guò)圖3所述過(guò)程，系統與目標設備可完成一次文件單點(diǎn)傳送。在實(shí)現文件多點(diǎn)傳送時(shí)，可循環(huán)調用此過(guò)程，完成文件傳輸。
4.2 文件多點(diǎn)傳送實(shí)現
文件多點(diǎn)傳送基于單點(diǎn)傳送，并利用藍牙協(xié)議中的TDD技術(shù)和EDR技術(shù)實(shí)現了嵌入式系統向多個(gè)藍牙設備節點(diǎn)并發(fā)傳送文件的功能。同時(shí)利用多進(jìn)程技術(shù)，對多個(gè)發(fā)送進(jìn)程進(jìn)行合理管理，保證文件能高效及時(shí)地被發(fā)送到遠程設備中。其中采用TDD技術(shù)，使多臺設備能夠共享一個(gè)物理通道[4]，并將數據進(jìn)行分組，按時(shí)分復用方式發(fā)送。而EDR技術(shù)增加了藍牙數據的傳輸帶寬和傳輸吞吐量，從而提高了文件多點(diǎn)傳送的帶寬和吞吐量。
多點(diǎn)傳送流程如圖4所示。首先由文件發(fā)送父進(jìn)程，根據查詢(xún)到的藍牙設備數目創(chuàng )建與之數目相等的文件發(fā)送子進(jìn)程，每個(gè)文件發(fā)送子進(jìn)程將獨立承擔向相應藍牙設備發(fā)送文件的任務(wù)，使文件向多臺設備同時(shí)進(jìn)行傳送。
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