TWI360053B - Enhanced bluetooth communication system - Google Patents

Description

1360053 16295pif.doc 修正日期:1〇〇年10月18日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋有關於無線通訊，且特別是有關於使用藍芽 協定的無線通訊系統。 【先前技術】 在實際應用中有很多無線通訊技術以及多個被廣泛使 用的標準。-_龍新的標準被稱V‘藍芽，，通訊協定 (“Bluetooth” communication protoc〇1)。 藍芽標準定義了-種允許電子元件之間進行無線連接 的技術。這種連接不需要任何直接的用戶操作。藍芽是相 對較短距離的無線技術。它被用來取代pDA、手機、照相 機、揚聲器、耳機等元件中的電線。 藍芽技術利用萬向無線連接（UniverSal radi〇 Hnk )取 〇 了-般用來連接電子元件的電線。藍芽技術的關鍵特徵 是穩健（robustness)、低複雜性、低功率及低成本。 藍芽是為那些在頻率嘈雜的環境中操作的元件而設計 的。為了製造穩健的通訊連接，藍芽使用了快速確認（fast acknowledgement)及跳頻（frequencyh〇pping)。在美國， 藍芽無線通訊在無節制頻帶（unlieensed frequency band) 以2.4GHz操作。藍芽通過在發送或者接受一個封包後跳 至的頻率將干擾最小化。一般上，相比其他通訊技術， 藍芽無線系統跳頻快，封包短。 藍芽標準包括兩個級別：第一，藍芽在物理級提供協 疋也就疋’藍穿標準包括射率（radio-frequency)標準。 1629Spif.doc 修正日期:100年10月18日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 藍芽還在下-做高級職供㈣。也就是，在此級別上， 產品必須在某些問題上達成協議，如，當發送位元時 同位元以及對話雙方怎樣確定收到的訊號與發送 織維制網站上公佈了定義料技術的規範。 k裏監穿軚準係完整結合於本說明書中。 在系統在錢中包括—個集成了的藍芽介面。 f中’主機通過傳統的介面，*USB埠或 多個藍芽元件提供—個歸介面。“、、後捕接器為 圖1繪示了使用先前技術的藍芽系 1所不糸統有3個部分，即主機 j圖 接元件（如圖i中所示元件 101及备牙外 ,φ Λ $1, Ρ , ^ 凡仟八到17)。轉接器101和藍芽元 、錢了所·“微網”（Pieonet)。微射的元牲 共用-個公共通訊資料通道 ：二的:件 (是-個轉接％; 2 =有—個主裝置（_te〇 偶數，傳輸’從屬裝置在奇數時槽傳輸置在 藍芽協定定義了不同層。在 中，主機中的層與轉接器中的層相轉接=藍^統 發明利用了標準藍芽元件，、一 _中所不的層。由於本 件的組成。 &絲不轉示或討論藍芽元 例如’如圖1中所示’主機與轉接器可以具有協定層。 1360053 16295pif.doc 修正日期:100年ίο月18日 爲第94丨06910號中文說明書無劃線修正本 在主機中’最上面一層1 〇2為應用程式層（application program layer)。應用程式層102最終使用從藍芽元件a到 F接收到的資料並且產生去往藍芽元件的資料。 主機中的下一層是框架層（profile layer) 1〇4。藍芽規 範定義了大批框架（profile)。框架描述了怎樣實現不同的 用戶模型。一個框架描述了一個應用的藍芽協定堆疊的最 小實現。生產商可以增加規範中定義的框架，但規範中定 義的每個框架描述了建立某種特定類型的元件的最小處 方。藍芽運用框架概念以促進不同生產商的不同產品之間 的互用性。 協定堆疊層106在框架層104之下。協定堆疊層1〇6 定義了從下層到上層的一套協定堆疊。該堆疊使得元件可 以互相定位，建立連接，交換資料及通過不同應用互相作 用。例如協定堆疊層106可以包括邏輯連接控制及適配協 疋(Logical Link Control and Adaptation

Protocol-L2CAP )、服務恢復協定（Service DiSC0very Protocol-SDP)或者無線頻率通訊協定（Radi〇 Frequency Communication protocol-RFCOMM)。例如，如果使用了邏 輯連接控制及適配協定’該協定控制資料傳輸、斷開連接 及超時，並且從較高層和較高應用取得資料並將資料發送 到較低層。 主機及轉接器中同時存在主機控制介面（Host Control Interface-HCI)層。如圖1所示，主機中包含主機控制介 面層108’轉接器中包含主機控制介面層114。通過與轉接 1360053 16295pif.doc 修正曰期:1〇〇年10月丨8日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 1物理連接’主機控制介面層⑽提供傳輸與接收封包 的標準協定。主機㈣介面層提供齡介面並且提供了一 種存取藍芽基頻（baseband)性能的統__方法。在初始化 序列過程中’主機控制介面層生成讀取與寫入串。列 (thread)，它建立到藍芽傳送器的連接，並且重新設定及 讀取元件緩衝H 一旦初始化操作完成，域控制介面層 進入已初始化狀態並且準備接受客戶（cliem)。主機控^ 介面指令封包、主機控制介面事件（evem)封包及主^控 制介面資料封包被通過介面15〇從主機傳輸到轉接器。二 入介面元件驅動器（lnterface Device Driver)層則及 介面元件韌體（Interface Device Firmware)層112提供主 機與轉接器之間的實際物理連接。這可以用如標準rs23 協定來實現。 、，接管理器層116控制連接設定，如加密、能量管理。 連接管理器層116還控制連接條件設定，如置放park 測sniff及保持hoid。最後，基頻層118為系統中的物理益 線層。基頻層118管理物理通道。基頻協定與連接管理‘器 116„ΐ作以執行連接級事務，如接通連接及能量控制。其 頻還管理非同步及同步連接，以及通訊方案。 土 在先前技術系統中’如圖1中所示的層將主機盘 器連接，然後轉接器與微網中的藍芽元件通訊。一 【發明内容】 本發明提供一種具有多個連接到單一主機上的藍芽 接器的系統。每個轉接器被連接到主機的不同埠，並且每 9 1360053 16295pif.doc 爲第_9丨0號中文說明書無劃線修正本 修正日期:】〇〇年】〇月18日 個轉接器可以容納一個最多7個藍芽元件的微網 (piconet)。主機通過藍芽通道（Bluet〇〇thchannels)與藍 芽元件通訊。主機包括應用層、主機控制介面（H〇st Interface-HCI)層及介面元件驅動器層。主機中儲存著一 個介面映射表（Interface Map )。此介面映射表 將主機上的每個埠與某個特定的藍芽轉接器的藍芽轉接器 位址以及此特定藍芽轉接器的相關通道聯繫起來。主機^ 制介面層及介面處理器（Interface hancjler)層參考介面映 射表將指令和資料傳送到主機上的正確埠。 ^本發明中連接到一個主機的藍芽元件數量可以被提 南’並且/或者到藍芽元件的傳輸速度可以被提高。 ▲為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 、° 【實施方式】 圖2所示為第一較佳實施例。所示實施例包括主機2〇〇 及兩個藍芽轉接器201a*201B。圖2繪示了主機200及 轉接器201A和201B中的相應協定層。 很顯然’圖2所示系統具有一個介面處理器層21〇。 圖1所示的先前技術系統不包括介面處理器層。當介面處 理器層210是圖1所示實施例的獨立分開的層時，就像後 面將要說明的’在替代實施例中，圖2所示介面處理器層 210可以作為主機控制介面層208的一部分且被包含其中。 傳統的藍芽系統只可以容納一個轉接器，並且該一個 1360053 16295pif.doc 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 修正日期:1〇〇年丨〇月臼 轉接器上最多可以連接7個藍芽元件。這裏所示的本發明 之實施例中，系統可以容納兩個轉接器。用兩個轉接器可 以容納最多14個藍芽元件。 藍牙轉接益的帶寬容1大約為721Kbps。因而，舉例 來說，當6個藍芽元件被連接到一個單一轉接器上時，每 個元件具有大約120Kbps的帶寬（721除以6)。如果6個 藍芽元件被連接到這裏所示包含兩個轉接器的實施例中， 由於如圖2所示，每個轉接器只與3個藍芽元件通訊，所 以每個藍芽元件將有大約240Kbps的帶寬（721除以3)。 應該理解當這裏所示的實施例包括兩個連接到一個主 機上的轉接器，在主機具有必要的計算能力的條件下，應 用本發明，此主機可能容納任何數量的轉接器。 在圖2所示的實例中，每個轉接器連接了 3個藍芽元 件。藍芽元件A、B及C被連接到轉接器2〇1A，藍芽元件 D、E及F被連接到轉接器2_。藍芽元件a到F為傳統 藍芽元件，因此這裏將不再對其進行描述。 主機200有兩個埠212A及212B。埠212A及212B 可以是USB蟑或者RS232璋。傳統上主機具有多個USB I或，^個RS232埠。然:而’在如圖丨中所示的先前技術 ㈣衫統t，^贿轉接Μ能被連接到單—主機的 兩料上。本發明使得將多個轉接器 ·· 個埠成為可能。 ^ • 與傳統藍芽系、統中的相應層類似，主機具有應用層 、框架層2〇4、财堆疊層施、主機控制介面層· 1360053 16295pif.doc 修正日期:100年10月】8日 爲第941069丨0號中文說明書無劃線修正本 及介面元件驅動器層212。然而，特別要注意的是主機2〇〇 包括介面處理器層210。下面解釋介面處理器層21〇的操 作。 轉接器201A及201B與先前技術系統中的傳統轉接器 類似。除了具有不同位址外，轉接器2〇1A與轉接器2〇1B 相同。也就是說，按照傳統，每個轉接器有一個單一位址 藍芽轉接器位址(BD一ADDR)。轉接器包括介面元件韌體層 222、主機控制介面層224、連接管理器層226及基頻層 228。每個轉接器用無線信號與相關的藍芽元件通訊。 介面處理器層210生成如圖3所示的介面映射表。介 面映射表將每個通道與特定的轉接器（具有特定的藍芽轉 接器位址）聯繫起來。介面映射表還將每個通道與主機上 的特定埠聯繫起來。 各：照傳統’主機用分時雙工（Time Division Duplex-TDD)方案與藍芽元件a到p通訊。藍芽標準技 術支援兩個連接類型： 同步連接導向（Synchronous Connection Oriented， SCO)， 非同步無連接（Asynchronous Connectionless, ACL)。 ACL連接是生成於LMp級的兩個元件之間的非同步 封包交換連接。ACL封包在ACL連接上使用。 SCO連接是同步電路交換連接。sC〇封包在SCO連 接上使用。SCO連接只可以在先建立了一個ACL連接之 後才能被建立6微網中的不同主裝置-從屬裝置對 12 1360053 16295pif.doc 修正日期:100年10月18日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 (master-slave pairs)可以使用不同的連接類型。 藍芽規範定義了可以用在每個連接類型上的16個不 同封包類型。然而，關於本發明的說明我們只須討論主機 控制介面指令封包、主機控制介面事件封包及資料封包。 這些封包的實例繪示在圖4A、4B及4C中。 在本發明之當前實施例中，如圖4A所示的每個主機 控制介面指令封包，在圖中標示為“Param〇，，之封包的第一 f數域（field)中包括一個通道識別器（也就是連接操作 器）。如下面將要說明的，介面處理器層21〇使用該參數及 介面映射表中的資料將主機控制介面指令封包傳送到適當 的轉接器。 田 一類似地，如圖4B中所示的每個事件封包，在圖中標 示為Event Parameter 0”的域中包括一個通道識別器（也就 是連接控制數）。 資料封包被用來在建立ACL及SCO連接之後傳輸及 接收Ϊ料。本發明中，如圖4C所示的資料封包具有第一 域，該第一域儲存通道識別器（也就是連接控制數藍芽 規範，義的其他封包類型以與以上所述之類似方式處理。 田將封包從主機發送往藍芽元件時，介面處理器層 210詢問含有連接控制數的參數域。然後介面處理器層21〇 利用該資訊及介面映射表中的資訊將封包傳送到適當的轉 接器及適當的通道。 現在將參考圖5、6及7中的流程圖對系統的操作進行 解釋。圖5繪示了當一個轉接器被連接到主機系統的〆個 13 1360053 1629Spif.doc 爲第痛麵號中文說明書無劃線修正本 修正日獅0年10月18日 埠上時所發生的情況。圖6繪示了當主機控制介面層接收 生成連接的請求（該請求以傳統方式生成）時所發生的情 況。圖7繪示了當從域控制介面層發出指令時所發生的 情況。 圖5所示操作，當介面元件驅動器212檢測到一個轉 接器被連接到主機的一個埠上時，如模組5〇2所示。如模 組504所示介面元件驅動器生成埠號碼指示，並且如模組 506所示該號碼被儲存在介面映射表。請求繼續到達主機 控制介面層，如模組508所示發出一個讀取轉接器之藍芽 轉接器位址的指令。從轉接器讀取到藍芽轉接器位址之 後，如模組510所示，該位元址被儲存在映射表中並且與 儲存的埠號碼聯繫起來。用配置如圖3所示的映射表，這 兩個資料被儲存在介面映射表的同一行。 _ 圖6所示為一般隨後發生的操作。在埠號碼及藍芽轉 接器位址被儲存在介面映射表中之後，如模組6〇5所示， 主機控制介面層發出一個產生通道指令。這個連接指令被 傳遞給介面元件驅動器層212。然後如模組61〇所示，介 面處理器層將通道ID儲存在介面映射表中。 圖7繪示了當主機控制介面層發出指令時所發生的情 況。指令被送往介面處理器層，介面處理器層來老. 射表以決定將該指令發送到的適當的埠（也就^適當的轉 接器）。然後該指令被發送到此埠。所得到的事件封包從介 面處理器層傳遞到主機控制介面層。而且，淳號碼、連^ 控制數或者藍芽轉接器位址之一可能被添加到被發送到主 1360053 16295pif.doc 修正日期:100年10月18日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 機控制介面層的事件封包中。 在以上所述實施例中，很顯然介面處理器層21〇是一 Z立層。在其他實施例中，介面處理器層训的功能被 5併到主機控制介面層208中。 雖…、:本發明已以較佳實施例揭露如上然其並非用以 ^本發明，任何熟習此技藝者，在不麟本發明之精神 範當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 更 【圖式簡單說明】 圖1繪示為使用先前技術之藍芽系統的層示意圖。 圖2繪示為本發明第一實施例的方塊圖。 圖3繪示為一介面映射表（IMT)的示意圖。 圖4A、4B及4C綠示為不同類型封包的示意圖。 圖5、6及7繪示為程式流時序圖。 【主要元件符號說明】 104 106 108 110 112 116 100、200 :主機 1〇1 :轉接器 102 :應用程式層 204 :框架層 206 :協定堆疊層 114、208、224A、224B :主機控制介面層 212 :介面元件驅動器層 222A、222B :介面元件勃體層 226A、226B :連接管理器層 15 1360053 16295pif.doc 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 修正曰期:!〇〇年1〇月18曰 118、228A、228B :基頻層 150 :介面 201A、201B :藍芽轉接器 202 :應用層 210 :介面處理器層 212A、212B :埠 502 :已偵測到的連結 504 :埠號碼被產生 506 :在映射表儲存埠號碼 508 :讀取藍芽轉接器位址 510 :在映射表儲存藍芽轉接器位址 605 :產生通道

610 :在映射表中儲存通道ID 702 :指令 706 :參考映射表及傳輸命令至正確的埠 710 :可加入埠號碼、連接控制數或藍芽轉接器位址

Claims (1)

1360053 16295pif.doc 爲第麵⑽號中文說明書無劃線修正本 修正赚〇〇年10月18日 十、申請專利範圍： L 一種藍芽系統，包括： :電腦主機，具有多個埠及至少一藍芽應用； 多個藍芽轉接器，每個轉接器被連接到該主機的特定 埠上並且具有特定的藍芽轉接器位址； 多個藍芽元件，連接到每個轉接器上，每 具有特㈣與其相雜㈣道； 牙7"件 π W 表’儲存在該主機中，該介面映射表將每 2與該主機上的特定埠、特定藍芽轉接器位址以 及特疋通道聯繫起來；以及 一主機控制介面層，在該轉接H與該主機 機=制介面層利用該介面映射表在該藍芽應用及特定^芽 70牛之間發送指令封包、事件封包及資料封包。 统包二申:專:範圍第1項所述之藍芽系統，其中該系 、、紀括兩個埠，並且每個埠上連接了一個藍芽轉接哭 USB3蜂如㈣專·圍第1項所述之藍«統，其ΐ璋為 RS23^T料·圍第1項所述之藍㈣統，其中蜂為 5. —種藍芽系統，包括： 一電腦主機，具有多個埠，· 該主機尹的程式，包括應用、框架、 控制介面及介面元件驅動器； &、主機 多個藍芽轉接器’每個藍芽轉接器具有特定藍芽轉接 17 1360053 16295pif.doc 爲第 94106910號中文說明書無劃線修正本 修正日期:100年10月18日 器位，’每個藍芽轉接雜連接到該主機的特定琿； 多個藍芽S件，連接到該轉接器，每個藍芽元件具有 二^目聯繫的特定通道，該些藍芽元件由主機控制 令封包控制；以及 -介Φ映射表’該介面映射表將每個元件通道 車及特定藍芽轉接器位址聯繫起來， 其中，藉由主機控制介面指令可以被發送到明確的該 些藍芽元件。 6.如申請專利範圍第5項所述之藍芽系統，其中該系 、匕括兩個埠，並且每個埠連接了一個藍芽轉接器。 7·如申請專利範圍第5項所述之藍芽系統，其中該些 蟬為USB蟑。 8. 如申請專利範圍第5項所述之藍芽系統 埠為RS232蟀。 一 9. -種連接主機與多個藍轉接器之方法，適用於在 =括，有多解的主機、連接到該些蟑上的多個藍芽轉接 中的主機控制介面層、在該主機中的介面處 =層及連接到該些觀!!上料魅芽元件 该方法包括： -初始化過程，它包括當—個元件通過該些轉接器直 到該主機上時’通過執行—生成介面 該介面處理器讀取料號瑪（料通過該號妈被連 接），並將該埠號碼儲存到該介面映射表中； 1360053 16295pif.doc 修正曰期:1〇〇年10月18日 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 M 控制介面層發送從該轉接器讀取藍芽轉接器 位址的睛求；以及 且脾理11從轉接11讀取該藍芽轉接ϋ位址並 且將趣牙轉接H位址儲存到該介面映射表中。 =如申請專利範圍第9項所述之方法 接指令發送到該介面處理器，並』 μ生成連接扎令產生了一個通道後，兮心而考神嬰a#人 面映射表中儲存通道ID。麦5幻|面處理器向該介 —種藍芽系統，包括： 射表1腦域，具有多辦、㈣協定層及—個介面映 夕個藍芽轉接器，每個轉接考 特定，t有特定的藍芽===電腦主機的 該至芽元件，連接至該些藍芽轉㈣其中之一， 至夕一氩牙元件具有特定通道ID， 芽元ΐΐΐϋ電腦主機中的該介面映射表將該至少-個藍 繫起藍芽轉接器位址及特定通道仍聯 一與該電||錢軌。 彳賴益之 協定專利範圍第11項所述之藍芽系統，其中該 協又層中的介面處理器層產生該介面映射表。 u•如申請專利範圍第11項所述之該笫系α 協定層中的主機項找之藍枝统，其中該 機及該至少：芽用該介面映射表在該電腦主 個藍^件之間發送指令封包、事件封包及 1360053 16295pif.doc 修正日期:100年1〇月18曰 爲第94106910號中文說明書無劃線修正本 資料封包。 14. 一種包含指令（instructions)的電腦可讀媒體， 當在系統（該系統包括具有多個埠的電腦主機、連接到該 些埠上的多個藍芽轉接器、在該主機中的主機控制介面 層、在該主機中的介面處理器層以及連接到該轉接器上的 多個藍芽元件）中執行這些指令時’導致該系統： 執行一初始化過程’該初始化過程包括當元件通過該 些轉接器其中之一被連接到該主機上時，通過執行以下步 驟產生一介面映射表的步驟； 该介面處理器讀取到該埠所連接到的該埠號碼 ，並且 將該埠號碼儲存在該介面映射表中； 位址：控制介面層發送從該轉接器讀取藍芽轉接器 位址的请求；以及 該介面處理器從該轉接器讀取藍 將該藍芽韓接哭办貝Μ益牙轉接裔位址並且 牙轉接$位址儲存到該介面映。 20