CN1635772A - 基于蓝牙acl链路的话音通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，它主要包括按顺序进行的查询、请求、链路建立、话音通信、通信结束等步骤；它充分利用蓝牙协议中ACL链路的物理特性，将从设备的数量扩展到7个，扩展了蓝牙技术在话音通信领域的使用范围，另外，由于ACL链路还支持通播业务，可以提高信道的利用率，同时，在话音数据帧中可以携带大量的控制信息，实现灵活多变的组网方式和丰富的扩展功能，在不同的使用环境下，用户可以通过自己定义、使用这些控制信息，来实现特定的通信系统；另一方面，本发明与国际通用的蓝牙协议完全兼容，目前蓝牙技术已经比较成熟，只需要将蓝牙模块加上少量的外围电路，就能构成一个灵活方便的近距离无线通信系统，非常实用。

Description

基于蓝牙ACL链路的话音通信方法

                      所属技术领域

本发明涉及蓝牙技术领域，具体的说是涉及一种基于蓝牙的话音通信方法。

                        背景技术

蓝牙(Bluetooth)技术是一种无线数据与话音通信的开放性标准，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。如果把蓝牙技术引入到移动电话和便携型电脑中，就可以去掉移动电话与便携型电脑之间令人讨厌的连接电缆而通过无线使其建立通信。打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆及所有其它的数字设备都可以成为“蓝牙”技术系统的一部分。除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。

蓝牙技术在全球通用的2·4GHz ISM(工业、科学、医学)频段，蓝牙的数据速率为1Mb/s。应用了蓝牙技术plonk and play的概念，有点类似“即插即用”的概念，任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无须用户进行任何设置，可以解释成“即连即用”；这在无线电环境非常嘈杂的环境下，它的优势就更加明显了。

蓝牙技术的另一大优势是它应用了全球统一的频率设定，这就消除了“国界”的障碍，而在蜂窝式移动电话领域，这个障碍已经困扰用户多年。

另外，ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等，都可能是干扰；为此，蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定；跳频技术是把频带分成若干个跳频信道(hop channel)，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其它的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带成倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙技术比其它系统都更稳定。

蓝牙规范中，在主节点和从节点之间可以建立两种类型的链路：同步面向连接SCO(Synchronous Connection-Oriented)链路和异步无连接ACL(Asynchronous ConnectionLess)链路。

SCO链路是一个对称的、主节点与某个从节点之间的点到点的同步链路。SCO链路预留时隙，因而可以看作电路交换连接，一般用于支持时间受限的应用，例如话音。主节点能够支持最多3个SCO链路，到同一个从节点或不同从节点。一个从节点可以支持3个来自同一主节点的SCO链路或来自不同主节点的2个SCO链路。

对于没有被SCO链路预留的时隙，主节点可以与任何从节点进行数据交换，这种异步无连接的链路就是ACL链路，ACL链路提供了一种分组交换的机制；不指定特定的从节点的ACL分组被认为是广播分组，每个从节点都可阅读，主从节点间只能存在一个ACL链路，主节点能够支持ACL链路到不同从节点。

在现有的蓝牙规范中与话音通信相关的剖面协议可以分为两大类：基于电话控制信令(TCS)的应用剖面，如：无绳电话剖面和内部通信剖面；以及基于串行端口(AT命令)的应用剖面，如：拨号网络剖面、传真剖面和耳机剖面。虽然分类不同，但上述应用都是利用SCO链路来传输话音的。因此，在一个系统中，通常只能同时支持一个话音连接；极限情况下，可同时支持3个话音连接，这样就大大限制了蓝牙话音系统的通信能力。同时，由于SCO链路不支持通播业务，通信方式也非常不灵活。例如：若主设备要广播一条消息时，只能将该消息向各个从设备逐一发送，严重浪费了系统资源。

                        技术内容

发明人的发明的目的是旨在克服上述现有技术缺陷，提供一种基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，该方法能够同时支持7个从设备，这种蓝牙话音通信方法解决了上述利用SCO链路的蓝牙话音通信方法中存在的有效从节点数量太少且无法同时对所有从节点通播话音信息的问题。

发明人需要解决的技术问题是提供一种基于蓝牙ACL链路的话音通信方法并提供使用该通信方法的蓝牙通信模型。

本发明所述基于蓝牙ACL链路的话音通信的方法包括以下步骤并按所述顺序进行：

1)查询：主设备有效通信范围内查询从设备；

2)请求：主设备向从设备发起建立ACL链路的请求；从设备收到主设备的请求后应答；

3)链路建立：主设备收到从设备的应答后，主、从设备间成功建立起ACL链路；

4)话音通信：主、从设备间利用ACL链路进行话音通信；

5)通话结束：主从设备间断开ACL链路。

所述主、从设备间利用ACL链路进行话音通信时，主叫方进行话音通信包括按顺序进行的下述步骤：

1)主叫方通过ACL链路向被叫方发送一帧话音数据；

2)被叫方收到话音数据后，向主叫方返回确认信息；

3)主叫方收到正确的确认信息后，即可发送下一帧话音数据；

4)若主叫方没有收到正确的确认信息，则再向被叫方发送该帧信息；

5)在设定的时间内，若主叫方始终没有收到正确的确认信息，则主叫方将跳过该帧话音数据，继续发送下一帧话音数据。

所述主叫方利用ACL链路发送话音信息可以包括以下步骤：

1)主叫方将模拟话音进行A/D转换后通过话音编码器进行编码；

2)将经过话音编码器编码的连续话音数据进行分帧；

3)分配帧号，并为话音帧添上特定的帧头(可以是收、发方地址、也可以是控制信令、专用随路信号)、帧尾(纠错信令；)

4)将以上得到的数据帧通过蓝牙芯片发送出去。

所述被叫方利用ACL链路接收话音数据可以包括以下步骤：

1)被叫方解析传来的数据帧中的帧头(可以是收、发方地址)，并据此判断是否需要处理该帧信息；

2)根据帧号，将数据帧中分离出来的话音数据拼接成连续话音数据流；

3)将以上得到的连续话音数据流，送入话音解码器解码后进行D/A转换，输出模拟话音。

主设备(Master unit)是指在微微网中，如果某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备，则称它为主设备。从设备(Slave unit)是指非主设备的设备均为从设备。

利用本发明中的蓝牙话音通信方法，在通信过程中，话音的传输是基于ACL链路的，所以可以充分利用蓝牙协议中ACL链路的物理特性，将从设备的数量扩展到最少3个，扩展了蓝牙技术在话音通信领域的使用范围，另外，由于ACL链路还支持通播业务，可以提高信道的利用率。同时，在话音数据帧中可以携带大量的控制信息，实现灵活多变的组网方式和丰富的扩展功能。在不同的使用环境下，用户可以通过自己定义、使用这些控制信息，来实现特定的通信系统。另一方面，本发明与国际通用的蓝牙协议完全兼容，目前蓝牙技术已经比较成熟，只需要将蓝牙模块加上少量的外围电路，就能构成一个灵活方便的近距离无线通信系统，非常实用。

综上所述本发明与现有技术相比具有下述优点：

通信方法建立的话音通信系统具有更加高效的话音通信方式，特别是与7个从节点同时通播话音数据，提高了信道的利用率，大大的利用了现有资源。

利用本方法建立的通信系统具有组网方式灵活多变，功能扩展简便易行的特点。

通信速度快，话音质量好、抗干扰性强保密性高。

                       附图说明

图1是主、从设备连接关系的示意图；

图2是主、从设备间进行话音通信的示意图；

图3主叫方进行话音通信的示意图；

图4主叫方发送话音信息以及被叫方接收话音数据的示意图；

图5是基于本方法的一种系统模型示意图；

图6是基于本方法的另一种系统模型示意图；

图7是基于本方法的应用例原系统示意图；

图8是基于本方法的应用例系统示意图。

下面本发明人给出本发明具体实施方式并结合附图对本发明作进一步描述：

                       具体实施方式

实施例1：发明人提供一种主设备连接7个从设备的蓝牙ACL链路的话音通信的方法。

在本方法中，主从设备连接关系剖面如图1所示：基带、LMP(LinkManager Protocol链路管理协议)和L2CAP(Logical Link Control and AdaptionProtocol，逻辑链路控制和适配协议)是蓝牙协议OSI(Open SystemInterconnection，开放式系统互连模型)第1、2层；RFCOMM(串行仿真协议)是蓝牙对TS 07.10标准的适配层，实现对串行接口的仿真；SDP(ServiceDiscovery Protocol)是蓝牙业务发现协议；数据处理控制是负责主机控制以及各种数据帧处理的实体；话音处理控制是仿真终端上话音端口的实体。

主从设备间进行话音通信的过程如图2所示：蓝牙设备开机后，即可初始化为主设备或从设备，在有效通信范围内主设备查询从设备，得到这些从设备的地址(BD ADDR)和其它相关信息；根据这些地址，主设备可以有选择性的向某些从设备分别发起建立ACL链路请求；从设备接受建链请求后，即可进行话音通信：主从设备间的话音控制信令和话音数据一起打包，通过ACL链路异步传输，主设备和7个不同的从设备建立连接，当某个从设备想要退出通话系统时，可以向主设备发送中止ACL链路请求，链路断开后，其它从设备仍能正常通信，中止ACL链路请求也可以由主设备发起，；一旦系统中从设备的数量少于设定的连接个数，主设备即可依据上述流程，同新的从设备建立链接，进行话音通信。

在图3主叫方进行话音通信的示意图中：ACL链路建立以后，主从双方即可进行话音通信，发送话音的一方称为主叫方，接收话音的一方称为被叫方，主叫方发送一帧话音数据后，等待被叫方返回确认信息，若主叫方收到正确的确认信息，即可发送下一帧话音数据，若在设定的时间内主叫方没有收到正确的确认信息，主叫方将再次发送该帧信息，如果主叫方多次发送后，始终没有收到正确的确认信息，为了满足话音通信实时性的要求，主叫方将跳过该帧，继续发送下一帧话音数据，主叫方发送一帧信息后，等待确认信息的时延是6ms；发送一帧信息的最长时间限制是20ms，也可以通过设定话音数据的重传次数来控制一帧信息的发送时延。

主叫方发送话音信息的过程如图4所示：模拟话音通过话筒采集后，经A/D芯片进行模数转换，然后再通过低速率话音编码器进行低速率话音编码，这里的低速率话音编码器是32Kbps的CVSD编码器并可以根据无线信道的通信质量，以及系统的通信能力来选择，生成的低速率连续话音码流，被送入数据处理实体；在数据处理实体中，连续码流被分割为等长的话音帧，并用一个计数器对话音帧计数并分配帧号，对每一个话音帧添上特定的帧头，可以是收、发方地址和控制信令，可以是该系统的专用随路信令、纠错信令，经上述处理的话音数据帧即可通过蓝牙信道发送。

被叫方解析传来的数据帧中的帧头(可以是收、发方地址)，并据此判断是否需要处理该帧信息；对于应该接收的数据帧，在进行纠错后数据被还原，从中可以分离出控制信令和话音数据；将分离出的话音数据拼接成连续话音数据流，送入低速率话音解码器解码，最后经A/D转换器进行数模转换成话音。

在图5所示的基于本方法的一种可能的系统模型中：系统是由一个主设备和7个从设备共同构成的，主设备可以和任意一个从设备进行点对点的话音通信，主设备还可以利用通播功能向所有从设备同时发送广播话音，该系统可独立使用，也可以将主设备稍加改动后嵌套到其它的通信系统中，从而实现原有通信系统的扩展。

实施例2：发明人在上面描述了基于蓝牙ACL链路的话音通信方法的一种系统模型及话音通信的步骤，在实施例2中发明人再提供一种系统模型以及话音通信的步骤支持本发明。

如图6所示将主设备设置为转发设备，这时系统将由7个对等的终端设备和转发设备共同构成；任意一个终端设备可以通过转发设备同其它一个或几个终端进行话音通信，灵活性极强，通过设置各个终端的使用等级，还可以完成许多扩展功能，如电话会议，监听等，该功能也可以通过在话音数据帧中添加控制信息实现。

应用例1：发明人将系统嵌入到一个485总线的有线通信系统中：如图7、图8所示，其中图7是485总线原有的系统示意图，图8是应用本专利方法的系统示意图；在图7中：系统由通信控制器和有线话音终端组战，总线速率为2Mb/s；利用时分复用技术，该系统的最大容量是16个话音终端；其中，话音为64Kb/s PCM编码；使用时，所有的话音终端都是以有线的方式连接在485总线上，用户的活动范围将受到电缆的限制，很不方便；如图8所示，将一个基于本方法的蓝牙话音通信系统嵌入到原有485总线通信系统中，在主设备中添加485总线接口单元、速率适配单元(将话音数据转换为64Kb/s PCM编码方式)，并对主设备的软件进行适应性修改；将1个主设备连接在485总线上并接入485系统中，7个蓝牙从设备即可嵌入该有线通信系统，换句话说，这7个用户便可在有效通信范围内摆脱电缆的束缚，实现自由，完成高质量的无线移动通信。

同样道理，在该系统中还可同时实现嵌入多个蓝牙通信的主设备，在有限用户的系统中，充分利用现行资源，实现终端用户量的大幅度增长。

Claims (6)

1、一种基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于该方法包括以下步骤并按所述顺序进行：

查询：主设备有效通信范围内查询从设备；

请求：主设备向从设备发起建立ACL链路的请求；从设备收到主设备的请求后应答；

链路建立：主设备收到从设备的应答后，主、从设备间成功建立起ACL链路；

话音通信：主、从设备间利用ACL链路进行话音通信；

通话结束：主、从设备间断开ACL链路。

2、根据权利要求1所述基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于所述话音通信步骤还可以包括：

主叫方通过ACL链路向被叫方发送一帧话音数据；

被叫方收到话音数据后，向主叫方返回确认信息；

主叫方收到正确的确认信息后，即可发送下一帧话音数据；

若主叫方没有收到正确的确认信息，则再向被叫方发送该帧信息；

在设定的时间内，若主叫方始终没有收到正确的确认信息，则主叫方将跳过该帧话音数据，继续发送下一帧话音数据

3、根据权利要求1和2所述基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于：主叫方利用ACL链路发送话音信息可以包括以下步骤：

主叫方将模拟话音进行A/D转换后通过话音编码器进行编码；

将经过话音编码器编码的连续话音数据进行分帧；

分配帧号，并为话音帧添上特定的帧头、帧尾；

将以上得到的数据帧通过蓝牙传递发送出去。

4、根据权利要求1和2所述基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于：被叫方利用ACL链路接收话音数据可以包括以下步骤：

被叫方解析传来的数据帧中的帧头，并据此判断是否需要处理该帧信息；

根据帧号，将数据帧中分离出来的话音数据拼接成连续话音数据流；

将以上得到的连续话音数据流，送入话音解码器解码后进行D/A转换，输出模拟话音。

5、根据权利要求1所述基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于：所述主设备控制1-7个从设备。

6、根据权利要求1或2所述基于蓝牙ACL链路的话音通信方法，其特征在于：所述主设备可控制7个从设备。

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