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蓝牙无线个人局域网的组建
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2014-02-12
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蓝牙技术作为一种小范围无线连接技术,能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信,是目前实现无线个域网的主流技术之一。同时,蓝牙系统以Ad Hoc的方式工作,每个蓝牙设备都可以再网络中实现路由选择的功能,可以形成移动自组网络。
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第四章 蓝牙无线个人局域网的组建
蓝牙技术作为一种小范围无线连接技术,能够在设备间实现方便快捷、灵
活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信,是目前实现无线个域网的主流技术
之一。同时,蓝牙系统以 Ad Hoc 的方式工作,每个蓝牙设备都可以再网络中实
现路由选择的功能,可以形成移动自组网络。蓝牙的特性在许多方面正好符合
Ad Hoc 和 WPAN 的概念,显示了其真正的潜力所在。而且,将蓝牙与其他网络
相连接可带来更广泛的应用,例如接入互联网、PSTN 或公众移动通信网,可以
使用户应用更方便或给用户带来更大的实惠。作为医院有线局域网的补充,蓝牙
无线个域网克服了有线网络的弊端,可利用电脑等随时随地进行生命体征数据等
的查询录入,在无线监护方面发挥着重要作用。
4.1 蓝牙组网机制
4.1.1 蓝牙个域网的网络特性
作为蓝牙 SIG 的一个工作组,蓝牙个人区域网工作组的主要目标是定义基
于 IP 的蓝牙个域网应用协议,解决以太网数据包的封装、单个微微网中基于 IP
的个人区域网络、主设备的转发以及局域网接入点的问题。蓝牙个人区域网协议
描述了 2 个及多个的蓝牙设备如何组成一个 Ad Hoc 网络以及如何使用同样的机
制通过网络接入点接入远程网络。网络接入点可以是传统的 LAN 数据接入点,
而分组 Ad Hoc 网络表示的仅是一组相互连接的设备。
分组 Ad Hoc 网络是一组移动主机的集合,它们可以再无需其他网络硬件或
网络设施的支持下组成一个 Ad Hoc 无线网络。PAN 协议更侧重的是由一个蓝牙
微微网构成的简单个人 Ad Hoc 网络。网络中有最多可容纳 8 个设备,其中一个
是主节点,其余是从节点。
蓝牙 PAN 网络具有以下 Ad Hoc 网络的共同特点:
(1)独立组网能力
各节点在一定网络构成算法的支持下,可以在很短的时间内自动组成一个独
立的网络而无需任何网络设施支持。
(2)多跳路由
节点的发射功率较低,因此覆盖范围有限。相互通信范围之外的节点通信需
要经过中间节点的转发,经过多跳实现。
(3)拓扑动态变化
在蓝牙 PAN 中,某些节点具有移动性,可能随时离开或再次加入网络,也
有些节点会随时关闭电源,引起节点和链路数量分布的变化,因此蓝牙 PAN 的
拓扑结构可能随时发生变化。
(4)特殊的信道特征
收无线信道的冲突、信号衰减、噪声以及信道之间的干扰等影响,蓝牙链路
的实际带宽远小于理论带宽,而且动态变化。
(5)节点的局限性
大部分蓝牙节点依靠电池供电,能量受限,而且节点存在移动性、内存小以
及处理器处理能力有限等特点,因此有效的减少节点能耗非常重要。
(6)安全性
虽然蓝牙采取了严密的安全机制,但由于 Ad Hoc 网络特点,蓝牙节点易
受到窃听、主动入侵与拒绝服务等网络攻击。
2
蓝牙 PAN 还有不同于其他 Ad Hoc 网络的一些特性:
(1)节点通信范围有限
蓝牙节点有效发射距离一般为几米到几十米,儿 IEEE802.11 等自组织网络
可达到几百米。
(2)移动性相对较小
相比其他 Ad Hoc 网络设备,蓝牙节点的移动速度和频率较小。
(3)带宽窄
蓝牙通常用做数据、语音与低速率的视频传输等应用,因此带宽较窄,目前
蓝牙 2.0 规范定义的最高带宽也只有 3Mbit/s,因此,蓝牙网络带宽的优化是个很
重要的发展方向。
4.1.2 蓝牙网络的拓扑结构
蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组网方式,使得一个蓝牙设备可与 7 个其
他的蓝牙设备相连接。蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有 2 种形式:微微网
(Piconet)和散射网(Scatternet)。
(1) 微微网
微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络,一个微微网
可以只是 2 台相连的设备,比如一台便携式电脑和一部移动电话,也可以是 8
台连在一起的设备。在一个微微网中,所有设备的级别是相同的,具有相同的权
限。蓝牙采用自组式组网方式(Ad Hoc),微微网主设备(Master)单元(发起链接
的设备)和从设备(Slave)单元构成,有一个主设备单元和最多 7 个从设备单
元,如图 4-1 所示。主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列,从设备单元
一般是受控同步的设备单元,受主设备单元控制。
图 4-1 一个主设备和多达 7 个从设备组成的微微网
在每个微微网中,用一组伪随机跳频序列来确定 79 个跳频信道,这个跳频
序列对于每个微微网来说是唯一的,由主节点的地址和时钟决定。蓝牙无线信道
使用跳频/时分复用(FH/TDD)方案,信道以 625μs 时间长度划分时隙,根据
微微网主节点的时钟对时隙进行编号,号码从 0-(227-1)以 227 为一个循环长
度,每个时隙对应一个跳频频率,通常跳频速率为 1600 跳/s。主节点只在偶数
时隙开始传送信息,从节点只在奇数时隙开始传送,信息包的开始与时隙的开始
3
相对应。微微网中信道的特性完全由主节点决定,主节点的蓝牙地址
(BD_ADDR)决定跳频序列和信道接入码,主节点的系统时钟决定跳频序列的
相位和时间。根据蓝牙节点的平等性,任何一个设备都可以成为网络中的主节点,
而且主、从节点可转换角色。
主节点通过轮询从节点实现两者之间的通信。从节点只有收到主节点的的信
息包方可发送数据。如图 4-2,从节点 2 在 t 时刻收到来自主节点的数据包,此
时频率为 f(k),之后它可以在下一个时隙通过 f(k+1)频率向主节点发送数据包。同
理,从节点 1 在 t2 时刻收到主节点的数据包,此时频率为 f(k+2),并且在时间 t3
通过频率 f(k+3)发送数据包给主节点。
图 4-2 微微网内通信轮询机制
(2)散射网
一个微微网最多只能有 7 个从节点同时处于通信状态。为了能容纳更多的
装置,并且扩大网络通讯范围,多个微微网互连在一起,就构成了蓝牙自组织网,
即散射网,图 4-3。在散射网中,不同微微网间使用不同的跳频序列,因此,只要
彼此没有同时跳跃到同一频道上,即便有多组资料流同时传送也不会造成干扰。
连接微微网之间的串连装置角色称为桥(Bridge)。桥节点可以是所有所属微微
网中的 Slave 角色,这样的 Bridge 的类别为 Slave/Slave(S/S);也可以是在其中某
一所属的微微网中当 Master,在其他微微网中当 Slave,这样的 Bridge 类别为
Master/Slave(M/S)。桥节点通过不同时隙在不同的微微网之间的转换而实现在跨
微微网之间的资料传输。蓝牙独特的组网方式赋予了桥节点强大的生命力,同时
可以有 7 个移动蓝牙用户通过一个网络节点与因特网相连。它靠跳频顺序识别每
个微微网,同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步。
蓝牙散射网是自组网的一种特例。其最大特点是可以无基站支持,每个移
动终端的地位是平等的,并可以独立进行分组转发的决策,其建网灵活性、多跳
性、拓扑结构动态变化和分布式控制等特点是构建蓝牙散射网的基础。
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资源评论
- qingcaoqing2014-02-19只有基本的组网过程 没有其他算法 还是有一定用处的
water798
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