藍牙無線個人局域網(wǎng)的組建

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1、第四章藍牙無線個人局域網(wǎng)的組建藍牙技術作為一種小范圍無線連接技術，能夠在設備間實現(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，是目前實現(xiàn)無線個域網(wǎng)的主流技術之一。同時，藍牙系統(tǒng)以AdHoc的方式工作，每個藍牙設備都可以再網(wǎng)絡中實現(xiàn)路由選擇的功能，可以形成移動自組網(wǎng)絡。藍牙的特性在許多方面正好符合AdHoc和WPAN的概念，顯示了其真正的潛力所在。而且，將藍牙與其他網(wǎng)絡相連接可帶來更廣泛的應用，例如接入互聯(lián)網(wǎng)、PSTN或公眾移動通信網(wǎng)，可以使用戶應用更方便或給用戶帶來更大的實惠。作為醫(yī)院有線局域網(wǎng)的補充，藍牙無

2、線個域網(wǎng)克服了有線網(wǎng)絡的弊端，可利用電腦等隨時隨地進行生命體征數(shù)據(jù)等的查詢錄入，在無線監(jiān)護方面發(fā)揮著重要作用。4.1藍牙組網(wǎng)機制4.1.1藍牙個域網(wǎng)的網(wǎng)絡特性作為藍牙SIG的一個工作組，藍牙個人區(qū)域網(wǎng)工作組的主要目標是定義基于IP的藍牙個域網(wǎng)應用協(xié)議，解決以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的封裝、單個微微網(wǎng)中基于IP的個人區(qū)域網(wǎng)絡、主設備的轉(zhuǎn)發(fā)以及局域網(wǎng)接入點的問題。藍牙個人區(qū)域網(wǎng)協(xié)議描述了2個及多個的藍牙設備如何組成一個AdHoc網(wǎng)絡以及如何使用同樣的機制通過網(wǎng)絡接入點接入遠程網(wǎng)絡。網(wǎng)絡接入點可以是傳統(tǒng)的LAN數(shù)據(jù)接入點，而分組AdHo

3、c網(wǎng)絡表示的僅是一組相互連接的設備。分組AdHoc網(wǎng)絡是一組移動主機的集合，它們可以再無需其他網(wǎng)絡硬件或網(wǎng)絡設施的支持下組成一個AdHoc無線網(wǎng)絡。PAN協(xié)議更側(cè)重的是由一個藍牙微微網(wǎng)構成的簡單個人AdHoc網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中有最多可容納8個設備，其中一個是主節(jié)點，其余是從節(jié)點。藍牙PAN網(wǎng)絡具有以下AdHoc網(wǎng)絡的共同特點：（1）獨立組網(wǎng)能力各節(jié)點在一定網(wǎng)絡構成算法的支持下，可以在很短的時間內(nèi)自動組成一個獨立的網(wǎng)絡而無需任何網(wǎng)絡設施支持。（2）多跳路由節(jié)點的發(fā)射功率較低，因此覆蓋范圍有限。相互通信范圍之外的節(jié)點通信需要經(jīng)

4、過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過多跳實現(xiàn)。（3）拓撲動態(tài)變化在藍牙PAN中，某些節(jié)點具有移動性，可能隨時離開或再次加入網(wǎng)絡，也有些節(jié)點會隨時關閉電源，引起節(jié)點和鏈路數(shù)量分布的變化，因此藍牙PAN的拓撲結構可能隨時發(fā)生變化。（4）特殊的信道特征收無線信道的沖突、信號衰減、噪聲以及信道之間的干擾等影響，藍牙鏈路的實際帶寬遠小于理論帶寬，而且動態(tài)變化。（5）節(jié)點的局限性大部分藍牙節(jié)點依靠電池供電，能量受限，而且節(jié)點存在移動性、內(nèi)存小以及處理器處理能力有限等特點，因此有效的減少節(jié)點能耗非常重要。（6）安全性雖然藍牙采取了嚴密的安全機制

5、，但由于AdHoc網(wǎng)絡特點，藍牙節(jié)點易受到竊聽、主動入侵與拒絕服務等網(wǎng)絡攻擊。14藍牙PAN還有不同于其他AdHoc網(wǎng)絡的一些特性：（1）節(jié)點通信范圍有限藍牙節(jié)點有效發(fā)射距離一般為幾米到幾十米，兒IEEE802.11等自組織網(wǎng)絡可達到幾百米。（2）移動性相對較小相比其他AdHoc網(wǎng)絡設備，藍牙節(jié)點的移動速度和頻率較小。（3）帶寬窄藍牙通常用做數(shù)據(jù)、語音與低速率的視頻傳輸?shù)葢?，因此帶寬較窄，目前藍牙2.0規(guī)范定義的最高帶寬也只有3Mbit/s,因此，藍牙網(wǎng)絡帶寬的優(yōu)化是個很重要的發(fā)展方向。4.1.2藍牙網(wǎng)絡的拓撲結構

6、藍牙系統(tǒng)采用一種靈活的無基站的組網(wǎng)方式，使得一個藍牙設備可與7個其他的藍牙設備相連接。藍牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構的拓撲結構有2種形式：微微網(wǎng)（Piconet）和散射網(wǎng)（Scatternet）。（1）微微網(wǎng)微微網(wǎng)是通過藍牙技術以特定方式連接起來的一種微型網(wǎng)絡，一個微微網(wǎng)可以只是2臺相連的設備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設備。在一個微微網(wǎng)中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權限。藍牙采用自組式組網(wǎng)方式(AdHoc),微微網(wǎng)主設備（Master）單元（發(fā)起鏈接的設備）和從設備（Slave）單元構成，

7、有一個主設備單元和最多7個從設備單元，如圖4-1所示。主設備單元負責提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設備單元一般是受控同步的設備單元，受主設備單元控制。圖4-1一個主設備和多達7個從設備組成的微微網(wǎng)在每個微微網(wǎng)中，用一組偽隨機跳頻序列來確定79個跳頻信道，這個跳頻序列對于每個微微網(wǎng)來說是唯一的，由主節(jié)點的地址和時鐘決定。藍牙無線信道使用跳頻/時分復用（FH/TDD）方案，信道以625μ14s時間長度劃分時隙，根據(jù)微微網(wǎng)主節(jié)點的時鐘對時隙進行編號，號碼從0-（227-1）以227為一個循環(huán)長度，每個時隙對應一個跳頻頻率，

8、通常跳頻速率為1600跳/s。主節(jié)點只在偶數(shù)時隙開始傳送信息，從節(jié)點只在奇數(shù)時隙開始傳送，信息包的開始與時隙的開始相對應。微微網(wǎng)中信道的特性完全由主節(jié)點決定，主節(jié)點的藍牙地址（BD_ADDR）決定跳頻序列和信道接入碼，主節(jié)點的系統(tǒng)時鐘決定跳頻序列的相位和時間。根據(jù)藍牙節(jié)點的平等性，任何一個設備都可以成為網(wǎng)絡中的主節(jié)點，而且主、從節(jié)點可轉(zhuǎn)換角色。