嵌入式藍牙文件傳送方案的實現(xiàn)
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利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)不同類型的文件傳送是藍牙通信的重要應用，而傳統(tǒng)的基于藍牙1.0規(guī)范的藍牙通信只支持單點傳輸，隨著藍牙技術(shù)的發(fā)展，藍牙2.0規(guī)范中增加了EDR(Enhance Data Rate)技術(shù)，提高了藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?，為藍牙多點通信提供了條件。本文依據(jù)藍牙2.0規(guī)范，結(jié)合TDD技術(shù)，在實現(xiàn)了單點文件傳送的基礎(chǔ)上，成功完成了嵌入式系統(tǒng)對遠程藍牙設(shè)備的多點文件傳送方案,并應用個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)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，具有良好的市場前景。
1 方案設(shè)計概述
方案設(shè)計以ARM嵌入式系統(tǒng)作為硬件實現(xiàn)平臺，并基于Linux操作系統(tǒng)，完成藍牙文件傳送方案。文件單點傳送方案依據(jù)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(shù)庫實現(xiàn)對象推送功能，從而完成對遠程設(shè)備的文件單點傳送。文件多點傳送方案將在底層應用全雙工時分復用（TDD）技術(shù)以及EDR（Enhance Data Rate）技術(shù)實現(xiàn)藍牙數(shù)據(jù)通道共享和寬帶、高吞吐量數(shù)據(jù)發(fā)送，在上層以文件單點傳送方案為基礎(chǔ)，輔以嵌入式技術(shù)建立并管理多個文件發(fā)送進程，完成文件向多個遠程設(shè)備的同時發(fā)送，加入了重發(fā)機制以保證文件多點傳送的可靠性。此外，基于個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)文件傳送功能，使用戶可在PC機端以FTP方式訪問并更新嵌入式系統(tǒng)中的文件。
2 方案硬件架構(gòu)
本方案基于ARM硬件開發(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(tǒng),運行ARM-Linux-2.6.12內(nèi)核操作系統(tǒng)，其中內(nèi)核配置藍牙子系統(tǒng)，可為USB藍牙適配器提供驅(qū)動。藍牙適配器作為系統(tǒng)的核心通信部件接至USB Device接口，并通過適配器完成文件傳送功能。同時本硬件系統(tǒng)易于功能擴展和系統(tǒng)移植，開發(fā)人員可通過USB Host接口將操作系統(tǒng)內(nèi)核以及上層應用程序下載到SDRAM或燒寫至Flash中，并通過RS232串口對應用程序進程調(diào)試。硬件整體架構(gòu)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、會話層協(xié)議以及上層應用程序構(gòu)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(shù)據(jù)由邏輯鏈路層到實際物理通道的控制和處理。
會話層協(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，可支持在兩個藍牙設(shè)備之間同時保持高達60路的通信連接。其次，本方案利用服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)獲取周邊藍牙設(shè)備服務信息，并自動篩選出帶有對象推送服務的遠程設(shè)備作為發(fā)送目標，此協(xié)議由BlueZ所提供的接口函數(shù)實現(xiàn)。而OBEX作為實現(xiàn)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?qū)ο蠹皞魉瓦^程定義對應操作方法，以實現(xiàn)文件傳送。PAN協(xié)議用于建立藍牙無線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)之間的訪問點，以完成與TCP/IP之間的無縫連接。
上層應用程序?qū)⒒趹脤訁f(xié)議所提供的接口函數(shù)，主要依據(jù)對象交換協(xié)議(OBEX)實現(xiàn)對象推送（OBEX PUSH）功能，從而完成文件的單點傳送，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Linux多進程技術(shù)實現(xiàn)文件多點傳送。此外，利用BlueZ提供的PAN工具實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與PC機之間的組網(wǎng)，完成網(wǎng)絡(luò)文件傳送功能。
4 文件傳送功能實現(xiàn)
4.1 文件單點傳送實現(xiàn)
文件單點傳送是多點傳送的基礎(chǔ)，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(tǒng)的對象交換協(xié)議其目標是完成兩藍牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)對象通信，其典型應用為實現(xiàn)對象推送功能。OBEX本身包括兩部分：數(shù)據(jù)對象模型和會話協(xié)議。對象模型包括將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對象的各種信息以及數(shù)據(jù)對象本身。該模型的建立完全基于各種標準的或者用戶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(gòu)成，ID描述了信息頭的內(nèi)容及格式，信息頭的值由一個字節(jié)或多個字節(jié)組成，描述了對象屬性的具體含義。OBEX會話層操作由請求-應答成對組成，由客戶端發(fā)出請求，服務器做出應答，客戶端必須等待服務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(shù)庫實現(xiàn)了系統(tǒng)對某一遠程設(shè)備的文件對象推送功能。openobex函數(shù)庫實現(xiàn)了OBEX協(xié)議的會話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程。
通過圖3所述過程，系統(tǒng)與目標設(shè)備可完成一次文件單點傳送。在實現(xiàn)文件多點傳送時，可循環(huán)調(diào)用此過程，完成文件傳輸。
4.2 文件多點傳送實現(xiàn)
文件多點傳送基于單點傳送，并利用藍牙協(xié)議中的TDD技術(shù)和EDR技術(shù)實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)向多個藍牙設(shè)備節(jié)點并發(fā)傳送文件的功能。同時利用多進程技術(shù)，對多個發(fā)送進程進行合理管理，保證文件能高效及時地被發(fā)送到遠程設(shè)備中。其中采用TDD技術(shù)，使多臺設(shè)備能夠共享一個物理通道[4]，并將數(shù)據(jù)進行分組，按時分復用方式發(fā)送。而EDR技術(shù)增加了藍牙數(shù)據(jù)的傳輸帶寬和傳輸吞吐量，從而提高了文件多點傳送的帶寬和吞吐量。
多點傳送流程如圖4所示。首先由文件發(fā)送父進程，根據(jù)查詢到的藍牙設(shè)備數(shù)目創(chuàng)建與之數(shù)目相等的文件發(fā)送子進程，每個文件發(fā)送子進程將獨立承擔向相應藍牙設(shè)備發(fā)送文件的任務，使文件向多臺設(shè)備同時進行傳送。
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