摘要 介绍了蓝牙CTP(Cordless Telephony Profile)应用模型,并阐述它在FMC(Fixed Mobile Convergence)接入网中的应用:PSTN接入和VoIP接入。

1、蓝牙CTP应用模型

  蓝牙应用模型定义了如何采用一套基本协议标准实现互操作,它代表了具体的应用。蓝牙CTP应用模型包含了BaseBand,LMP,L2CAP,SDP,TCS-B以及GAP。BaseBand确保蓝牙微微网内各蓝牙设备单元之间由射频构成的物理连接;LMP(Link Manager Protocol)负责蓝牙各设备的建立;L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol)完成数据的拆装、服务质量和协议复用等功能,是其他上层协议实现的基础;SDP(Service Discovery Protocol)为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性;TCS(Telephony Control Protocol Specification)提供蓝牙设备间话音和数据的呼叫控制信令;GAP(Generic Access Profile)定义了蓝牙设备如何发现对方并建立连接,保证蓝牙单元可以通过蓝牙交换信息发现各单元支持何种应用。

  图1展示了CTP应用模型所涉及的蓝牙协议。

图1 CTP模型

  图1中,A-G接口功能如下:

  (1)CC(Call Control)使用此接口提供何时连接(或断开连接)语音通道的信息,进行语音同步控制,连接或切断内部语音路径。

  (2)CL(Connectionless)接口用于发送和接受TCS-Binary广播消息:利用点对多点信令发送SETUP消息给L2CAP,以便在无连接信道上传输;L2CAP使用此接口通知TCS,在无连接信道上收到SETUP信息。

  (3)CO(Connection)接口利用点对点信令发送TCS消息给L2CAP,以便在面向连接的信道上传输。

  (4)CC使用此接口控制LM(Link Manager),以便建立或释放SCO链路。

  (5)初始化和处理密钥时,GM(Group Management)使用此接口控制LM。

  (6)此接口不在CTP模型范围内。

  (7)GM使用此接口控制LC(Link Control)和BaseBand,实现查询、寻呼、查询扫描和寻呼扫描。

  蓝牙支持SCO(Synchronous Connection-Oriented)链路,eSCO(Extendend Synchronous Connection Oriended)链路,ACL(Asynchronous Connection-Oriended)链路。SCO支持对称连接和点对点连接,在规定的时隙传送语音等实时性强的信息;eSCO链路为标准SCO的扩展,支持对称,非对称连接和点对点连接,支持更多的分组类型的融合,以及更灵活的分组数据和时隙的选择;ACL链路则以数据为主,可在任意时隙传输。当ACL传输占用SCO的预留时隙时,一旦系统需要SCO传输,ACL则自动让出这些时隙以保证SCO的实时性。

  蓝牙射频和基带部分通过发送和接受数据包,在终端设备和AP(Access Point,接入点)之间建立了一条无线通道。蓝牙终端首先用SDP发现AP提供无绳电话服务,然后请求使用该服务。AP对请求服务的终端设备进行身份验证,以决定是否接受该请求。在通过身份验证后,蓝牙终端通过CC接口建立SCO或eSCO路径,通过CTP无线接入相应的网络,获取所需要的信息。

2、PSTN接入解决方案

  蓝牙PSTN接入点由BC04(Bluecore 04)和ASIC(Application Specific Integrated Circuit)两个核心芯片和周边设备组成,其中BC04作为主角色或控制器角色,ASIC作为从角色,两者通过PCM和UART连接,分别用来传送数据流和控制流。相应的蓝牙协议栈和应用程序存储在FLASH和EEPROM中。系统结构如图2所示。

图2 PSTN AP系统结构图

  其中,BC04支持最大4个活动连接(包括耳机),同时支持两路SCO语音,所以语音通过PCM和ASIC PCM相接可以有多路被送到模拟端,从而实现3方通话。ASIC部分实现PCM语音数据与模拟语音信号的相互转换,通过发送和接收PSTN信令,负责对人机界面的控制。它通过GPIO(General Purpose Input/Output)控制LED和KEY的输入和输出,当需要通知BC04时,通过UART端口发送AT指令。AFE(Analog Front End)由分立元件组成,包括发送通路和接收通路,并实现接收通路的自动增益控制,使得到达ASIC的语音信号能够达到一定的电平和信噪比要求。FUI(Firmware Upgrade Interface)实现对ASIC的调试和升级。

  蓝牙PSTN接入点,通过与PSTN线路相连,为用户提供无线数据语音接入。AFE接收来自PSTN线路的语音信号,通过模/数转换和ASIC的处理,最后转换为CVSD(Continuously Variable Slope Delta modulation)数据,由蓝牙模块的空中接口发送出去;蓝牙模块的空中接口接收到CVSD数据,将其转换为u律的PCM信号发给ASIC,经过ASIC处理和数模转换,最后发送至PSTN线路。

  PSTN接入点,通过在100 m的范围内,建立蓝牙无线微微网(Piconet),为具有蓝牙功能的语音终端设备,如手机、耳机,提供无线的电话呼入/呼出功能;在语音终端设备与接入点之间,可以进行无线语音呼叫;实现了蓝牙SIG规范的CTP应用模型,使得蓝牙手机能够通过蓝牙PSTN接入点,作为无绳电话进入固定电话网。

  如图3所示,使用蓝牙CTP MS(mobile station)和PSTN AP,通过本地交换机与固网相连。其中,MS为双模终端,可以根据不同网络的资费差异预先设置采用何种网络接打电话。在蓝牙覆盖范围内,根据设置,CTP MS可以自动选择使用固网或移动网,而呼入路由的选择策略依赖于用户是否通过蓝牙AP进行过注册。注册过的用户将可以拨打到固定电话号码;反之,将直接拨打到移动电话号码。CTP MS经过AP注册后,当有打给该手机的电话时,可以做到蓝牙接入点和蓝牙手机同时振铃。

图3 PSTN AP网络结构图

  室内环境下,即蓝牙覆盖范围内,蓝牙CTP MS与AP建立连接并向蜂窝网络注册呼叫转移,将蜂窝电话呼叫转移到AP所连接的PSTN线路上。当AP检测到来自PSTN的呼叫,AP发送信号到CTP MS,并建立路径,然后用户可以通过AP与另外一端通话。而当CTP MS没有连接到AP上时,AP能够自动向移动网络注册呼叫转移功能,将呼叫转移到附近的蓝牙网关上,从而将PSTN电话转移到预先设定的蜂窝网络号码上,这样可以避免漏接PSTN电话。

  室外环境下,即脱离蓝牙网络覆盖范围,CTP MS可以通过蜂窝网络接打电话。当CTP MS从室外进入到蓝牙网络覆盖区,不需要人工干预,MS可以自动通过AP进行注册,并将蜂窝网络的电话转移到蓝牙语音网关所连接的线路上,拨打PSTN网络电话。

3、VoIP接入解决方案

  SIP(Session Initiation Protocol)是专门为IP电话,尤其是结合Internet设计的信令协议,可以建立,修改或者中止多媒体会话或者呼叫,因此广泛地应用于VoIP中。

  如图4所示,使用蓝牙CTP手机和具有CTP功能的VoIP接入点,即CTP-SIP AP,通过宽带网络与VoIP网络相连。这里的VoIP网络支持SIP协议,VoIP接入点支持蓝牙CTP和SIP协议,MS则不需要具备SIP功能。CTP-SIP AP有两个10/100 M速率的RJ45以太网接口,其中一个用于连接PC机或LAN,另外一个用于连接DSL路由器或WAN。我们还可以用一个CTP-SIP网关代替AP和DSL/cable modem,实现两者功能的融合。同时网关需支持蓝牙CTP、SIP、TCS Binary协议,并且具有调制解调和路由功能。

图4 VoIP AP网络结构图

  在蓝牙覆盖范围内,AP首先通过SIP服务器进行注册,然后蓝牙CTP手机根据设置,可以选择使用蜂窝网络或VoIP网络。所以CTP手机既可以作为IP电话使用,又可以作为一个普通的手机使用蜂窝网络。每个AP可以注册多个MS,同时在AP上又对应的为每个MS分配了各自的VoIP应用模型。当拨打电话时,AP根据VoIP号码,建立一条到MS的路径,从而实现拨打IP电话。

  在蓝牙覆盖范围外,CTP手机直接拨打蜂窝电话。为保证CTP移动用户的无缝接入,可以采用在AP中增加缓冲区的办法减少包的丢失率,这种方案的具体实现如下:当蓝牙用户移动位置时,如果蓝牙用户的接收信号强度(RSSI)小于某个门限值时,它将发出查询命令,查找是否有更近的AP存在,同时它也向原先的AP发出声明,告之它将切换到新的AP。蓝牙用户移动到新的AP的注册请求没有被当前AP确认前,当前AP将通信对端发送来的数据包存储在缓冲区里。在注册请求确认后,当前AP通过新AP给蓝牙用户发出确认消息,同时刷新通信对端的转交地址,使通信对端获得蓝牙用户的新的转交地址,将以后的数据包发送到新的AP中,再转发给蓝牙用户。蓝牙用户收到注册确认消息后,解除其在旧AP中的登记,并且通知它新的转交地址,使它释放缓冲区的数据包到新AP中,再转发给蓝牙用户,这样就避免了切换时的数据丢失。

4、结束语

  上述两种应用解决方案,针对发达国家完善的IP网络和发展中国家的PSTN电信网络,充分利用已有的网络资源,通过很少的投入,实现了固网和移动网的融合。

  将蓝牙技术众多的应用模型融合到一起,简化整个系统结构,从而使得CTP在FMC接入网中的应用更加广泛,功能更加完善。因此我们可以乐观地说蓝牙CTP解决方案在FMC接入网中的应用将会赢得越来越多运营商的青睐。