蓝牙CTP在FMC接入网中的应用

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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。