藍(lán)牙無線個人局域網(wǎng)的組建方案解析

　　藍(lán)牙技術(shù)作為一種小范圍無線連接技術(shù)，能夠在設(shè)備間實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通信，是目前實(shí)現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)的主流技術(shù)之一。

　　1藍(lán)牙組網(wǎng)機(jī)制

　　1.1藍(lán)牙個域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性

　　藍(lán)牙PAN網(wǎng)絡(luò)具有以下Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的共同特點(diǎn)：

　?。?）獨(dú)立組網(wǎng)能力

　?。?）多跳路由

　?。?）拓?fù)鋭討B(tài)變化

　　（4）特殊的信道特征

　?。?）節(jié)點(diǎn)的局限性

　?。?）安全性

　　1.2藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種靈活的無基站的組網(wǎng)方式，使得一個藍(lán)牙設(shè)備可與7個其他的藍(lán)牙設(shè)備相連接。藍(lán)牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有2種形式：微微網(wǎng)（Piconet）和散射網(wǎng)（Scatternet）。

　　微微網(wǎng)是通過藍(lán)牙技術(shù)以特定方式連接起來的一種微型網(wǎng)絡(luò)，一個微微網(wǎng)可以只是2臺相連的設(shè)備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設(shè)備。在一個微微網(wǎng)中，所有設(shè)備的級別是相同的，具有相同的權(quán)限。藍(lán)牙采用自組式組網(wǎng)方式（Ad Hoc），微微網(wǎng)主設(shè)備（Master）單元（發(fā)起鏈接的設(shè)備）和從設(shè)備（Slave）單元構(gòu)成，有一個主設(shè)備單元和最多7個從設(shè)備單元，如圖1所示。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元，受主設(shè)備單元控制。

　　1.3藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建的規(guī)則

　　在一個藍(lán)牙WPAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，主設(shè)備或從設(shè)備只是節(jié)點(diǎn)的一個邏輯狀態(tài)。一個單元只能是一個微微網(wǎng)的主設(shè)備，但可以參與多個相互重疊的微微網(wǎng)。一個主設(shè)備或一個參與多個微微網(wǎng)的活動從設(shè)備稱為橋；允許微微網(wǎng)構(gòu)成一個被稱為散射網(wǎng)的較大網(wǎng)絡(luò)。由于使用了跳頻技術(shù)，一個橋在同一時間不能作為多個微微網(wǎng)的活動設(shè)備；橋必須在一個時分基上的2個微微網(wǎng)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時必須與當(dāng)前的微微網(wǎng)再同步，這會帶來一個嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能的重要開銷。

　　1.4藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建的關(guān)鍵問題

　　藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建就是將一組彼此分離的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)連接起來，因此藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的互相發(fā)現(xiàn)過程和節(jié)點(diǎn)的角色分配等問題對藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡影響很大。

　　藍(lán)牙微微網(wǎng)通過M/S橋連接而形成的藍(lán)牙散射網(wǎng)的拓?fù)錇榉旨壗Y(jié)構(gòu)，如圖4示：

　　圖4 牙散射網(wǎng)的分級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔憩F(xiàn)為樹形，假設(shè)樹的根節(jié)點(diǎn)所在的微微網(wǎng)為根微微網(wǎng)，其他的微微網(wǎng)為葉微微網(wǎng)，則葉微微網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)為根微微網(wǎng)的從節(jié)點(diǎn)。各微微網(wǎng)的內(nèi)部通信可獨(dú)立進(jìn)行，但微微網(wǎng)之間的通信要通過根微微網(wǎng)。因?yàn)槿~微微網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)為橋節(jié)點(diǎn)，當(dāng)它參與根微微網(wǎng)的通信時，所有葉微微網(wǎng)的通信將被掛起，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的吞吐量。

　　藍(lán)牙微微網(wǎng)通過S/S橋連接而形成的藍(lán)牙散射網(wǎng)的拓?fù)錇槠矫娼Y(jié)構(gòu)，如圖5所示：

　　圖5 藍(lán)牙散射網(wǎng)的平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　2藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建算法

　　藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建算法就是將一組彼此分離的，對相鄰節(jié)點(diǎn)信息一無所知的節(jié)點(diǎn)連接起來，確定每個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的角色，從而形成一個連通的藍(lán)牙散射網(wǎng)。本節(jié)提出的算法可以對微微網(wǎng)數(shù)目進(jìn)行合理控制，并能有效減少微微網(wǎng)間的冗余通信鏈接，減輕橋設(shè)備的負(fù)載，從而提高藍(lán)牙散列網(wǎng)的性能。

　　藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建算法就是將一組彼此分離的，對相鄰節(jié)點(diǎn)信息一無所知的節(jié)點(diǎn)連接起來，確定每個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的角色，從而形成一個連通的藍(lán)牙散射網(wǎng)。本節(jié)提出的算法可以對微微網(wǎng)數(shù)目進(jìn)行合理控制，并能有效減少微微網(wǎng)間的冗余通信鏈接，減輕橋設(shè)備的負(fù)載，從而提高藍(lán)牙散列網(wǎng)的性能。

　　2.1主節(jié)點(diǎn)的選擇

　　算法采用分布式機(jī)制，在組網(wǎng)空間內(nèi)選出部分權(quán)值較高的設(shè)備為主節(jié)點(diǎn)。每個藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)都有變量WEIGHT、變量BACK和變量TIMEOUT，其中變量WEIGHT代表節(jié)點(diǎn)的權(quán)值（電力等級、剩余能量、數(shù)據(jù)處理能力等資源狀況），這個值表示節(jié)點(diǎn)作為主設(shè)備的適合度，軟件模擬時，每個節(jié)點(diǎn)的WEIGHT值由程序隨即設(shè)為（1－255）之間的整數(shù)；變量BACK代表節(jié)點(diǎn)是否需要備份，初始值為0，當(dāng)節(jié)點(diǎn)角色確定為主節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)時，變量BACK變?yōu)?，變量TIMEOUT為超時設(shè)定值。

　　2.2.橋節(jié)點(diǎn)的選擇

　　各個已選出的主節(jié)點(diǎn)根據(jù)選橋策略確定互連各微微網(wǎng)的橋節(jié)點(diǎn)，并且優(yōu)先使用權(quán)值較高的設(shè)備作橋。

　　2.3組成散射網(wǎng)

　　每個主節(jié)點(diǎn)尋呼各自所發(fā)現(xiàn)的設(shè)備。通過互連各個微微網(wǎng)，形成藍(lán)牙散列網(wǎng)。

　　第二、三階段程序流程圖如圖6所示：

　　圖6逐級構(gòu)建微微網(wǎng)從而構(gòu)成散射網(wǎng)

　　3.對于算法的節(jié)點(diǎn)插入和移除的兩個過程

　　對于一個被給定的藍(lán)牙WPAN拓?fù)?，討論兩種分布式過程來處理拓?fù)渥兓?。第一個過程是允許在WPAN中插入一個新的節(jié)點(diǎn);第二個過程是從網(wǎng)絡(luò)中去除一個節(jié)點(diǎn)，這兩個過程要達(dá)到的主要目標(biāo)是滿足藍(lán)牙規(guī)范的限制條件，即全網(wǎng)絡(luò)連通性，有高的吞吐流量，降低控制信息的開銷等。當(dāng)然，可以加入一個新節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中去，也意味著可以同時加入幾個節(jié)點(diǎn)。因此，根據(jù)這個，我們可以依靠最初給定的一系列藍(lán)牙設(shè)備用來建立一個可增長的BT--WPAN或者形成一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

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