蓝牙CTP应用模型及FMC接入解决方案
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1ctp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2pstn 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3pstn 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4voip 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。
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图1展示了ctp应用模型所涉及的蓝牙协议。
图1ctp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2pstn 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。
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图3pstn 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。
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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4voip 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。
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