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摘要：當(dāng)前，如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶的無縫因特網(wǎng)接入成為通信領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)，本文首先介紹了基于藍(lán)牙技術(shù)的兩種無線接入技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單討論了它的路由技術(shù)，提出了針對(duì)越區(qū)切換問題的一種簡(jiǎn)單解決方案，最后給出了藍(lán)牙接入網(wǎng)中微微網(wǎng)的幾種實(shí)現(xiàn)方案。
1 概述
隨著筆記本電腦和個(gè)人數(shù)字助理（PDA）的逐漸普及，人們對(duì)通信技術(shù)的期望越來越高，希望隨時(shí)都能夠接入因特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)。
無線接入網(wǎng)的概念就是指在該網(wǎng)內(nèi)存在著多個(gè)無線接入點(diǎn)，移動(dòng)終端通過它附近的無線接入點(diǎn)接入到局域網(wǎng)。此時(shí)的移動(dòng)終端可以訪問該局域網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備，也可以通過路由器、網(wǎng)關(guān)訪問因特網(wǎng)上的資源。無線局域網(wǎng)支持用戶漫游，即用戶從一個(gè)位置移動(dòng)到另外的位置時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，保持通信的連續(xù)性。目前，按照無線接入網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式可分為固定無線接入網(wǎng)和移動(dòng)無線接入網(wǎng)。
基于藍(lán)牙技術(shù)的無線接入簡(jiǎn)稱為BLUEPAC（Bluetooth Public Access），本文主要介紹藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)上的無線接入。
2 藍(lán)牙簡(jiǎn)介
藍(lán)牙是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它能使包括移動(dòng)電話、掌上電腦、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)和家庭電器等眾多設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s，通信范圍為10米到100米，可以同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音的傳輸。
藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的基本單元是微微網(wǎng)（Piconet），微微網(wǎng)由主設(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。藍(lán)牙采用自組式組網(wǎng)方式（Ad-hoc），一個(gè)微微網(wǎng)中，有一個(gè)主設(shè)備單元和最多7個(gè)從設(shè)備單元。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元，接受主設(shè)備單元的控制。例如，辦公室的PC機(jī)可以是一個(gè)主設(shè)備單元。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元，接受主設(shè)備單元的控制。例如，辦公室的PC機(jī)可以是一個(gè)主設(shè)備單元，而無線鏈盤、無線鼠標(biāo)和無線打印機(jī)可以充當(dāng)從設(shè)備單元的角色。一組相互獨(dú)立、以特定的方式連接在一起的微微網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)（Scatternet），一個(gè)微微網(wǎng)中的主設(shè)備單元同時(shí)也可以作為另一個(gè)微微網(wǎng)中的從設(shè)備單元，這種設(shè)備單元又稱為復(fù)合設(shè)備單元。藍(lán)牙獨(dú)特的組網(wǎng)方式賦予了它無線接入的強(qiáng)大生命力，同時(shí)可以有7個(gè)移動(dòng)藍(lán)牙用戶通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與因特網(wǎng)相連。
3 蜂窩IP和移動(dòng)IP
目前將TCP/IP協(xié)議用于移動(dòng)用戶主要有兩種技術(shù)：蜂窩IP移動(dòng)和移動(dòng)IP。本文將結(jié)合藍(lán)牙技術(shù)分別討論它們的工作原理。
3.1 蜂窩IP(Cellular IP)的概念的工作原理
TCP/IP是在假定終端設(shè)備固定的情況下設(shè)計(jì)的，基于TCP/IP的高層協(xié)議也不可能滿足終端移動(dòng)性的要求。當(dāng)無線LAN接入應(yīng)用于移動(dòng)用戶時(shí)，移動(dòng)用戶在不同的基站間快速切換必然會(huì)引起嚴(yán)重的路由問題，這樣就引入了移動(dòng)用戶使用一個(gè)依賴于子網(wǎng)的IP地址的技術(shù)，這就是蜂窩IP。在藍(lán)牙技術(shù)下應(yīng)用蜂窩IP的工作原理如下：
移動(dòng)藍(lán)牙用戶（以下簡(jiǎn)稱BT用戶）需要無線接入時(shí)，它將發(fā)出查詢命令，當(dāng)基站能夠接受新用戶時(shí)，連接就建立起來了。這時(shí)BT用戶將通過基站向藍(lán)牙代理發(fā)送登記請(qǐng)求，藍(lán)牙代理經(jīng)過驗(yàn)證返回一個(gè)包含分配給BT用戶的臨時(shí)IP地址、代理服務(wù)器端口地址、以及DNS地址的分組。BT用戶收到這個(gè)分組后，就可以采用該IP地址向因特網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)，也可以與本局域網(wǎng)內(nèi)其他的BT用戶通信。
當(dāng)BT用戶移動(dòng)位置時(shí)，如果BT用戶的接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）小于某個(gè)門限值時(shí)，它將發(fā)出查詢命令，查找是否有更近的基站存在，如果有，將與新的基站建立連接，這時(shí)BT用戶將通過新的基站向藍(lán)牙代理發(fā)送登記請(qǐng)求，藍(lán)牙代理返回一個(gè)新的包含臨時(shí)IP地址、代理服務(wù)器端口地址、以及DNS地址的分組，BT用戶通過該IP地址向因特網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)。
3.2 移動(dòng)IP的概念和工作原理
與蜂窩IP的工作機(jī)理不同，在移動(dòng)IP中，移動(dòng)用戶可以使用一個(gè)固定的IP地址在任何地點(diǎn)采用任何方式連接到因特網(wǎng)上，當(dāng)移動(dòng)用戶移動(dòng)到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或者子網(wǎng)時(shí)，移動(dòng)用戶可以在不改變IP地址的情況下仍保持通信，移動(dòng)IP正是當(dāng)前移動(dòng)通信的研究熱點(diǎn)。在藍(lán)牙技術(shù)下應(yīng)用移動(dòng)IP的工作原理如下：
·本地代理（BT用戶所在的本地網(wǎng)上的路由器）和外地代理（BT用戶當(dāng)前所在網(wǎng)絡(luò)上的路由器）不停地向網(wǎng)上發(fā)送代理消息，以證明自己的存在。
·BT用戶接收到這些消息后，確定自己是在本地網(wǎng)還是在外地網(wǎng)。
·如果BT用戶發(fā)現(xiàn)自己是在本地網(wǎng)，并且收到的是本地代理發(fā)來的消息，則不啟動(dòng)移動(dòng)功能：如果仍然收到外地代理發(fā)來的消息，則向本地代理發(fā)送注銷原位置（外地網(wǎng)）的命令，聲明自己已經(jīng)回到本地網(wǎng)。
·當(dāng)一個(gè)BT用戶檢測(cè)到它已移動(dòng)到外地網(wǎng)，它將獲得一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，該地址包含兩方面的信息：一個(gè)是外地代理的IP地址，一個(gè)是外地代理通過某種機(jī)制與BT用戶暫時(shí)對(duì)應(yīng)起來的網(wǎng)絡(luò)地址。
·然后BT用戶向本地代理注冊(cè)，表明自己已經(jīng)離開本地網(wǎng)，并把所獲得的轉(zhuǎn)交地址通知本地代理。
·注冊(cè)完畢后，所有通向BT用戶的數(shù)據(jù)包將被本地代理截獲，并由本地代理通過IP隧道（tunnel）發(fā)往外地代理。外地代理接收到后，再把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶。這樣即使BT用戶已經(jīng)從一個(gè)子網(wǎng)移動(dòng)到另一個(gè)子網(wǎng)，BT用戶的數(shù)據(jù)通信仍然能夠繼續(xù)。
·BT用戶發(fā)往外地?cái)?shù)據(jù)包一般按IP尋徑方法送出，不必通過本地代理。值得一提的是移動(dòng)I賓路由問題，傳統(tǒng)移動(dòng)IP采用三角路由技術(shù)。
BT用戶向通信對(duì)端發(fā)送信息時(shí)，直接通過外地代理傳送，但是從通信對(duì)端發(fā)往BT用戶的數(shù)據(jù)卻由本地代理截收，再根據(jù)轉(zhuǎn)交地址中的地址信息，采用隧道技術(shù)發(fā)送給外地代理，外地代理再傳送給BT用戶。這種方案的缺點(diǎn)在于它增加了本地代理的負(fù)擔(dān)，并且路由的選擇不是最佳的，增加了路由的延時(shí)。IETF建議的一種改進(jìn)方案如下：通信對(duì)端在向BT用戶發(fā)送數(shù)據(jù)之前首先向本地代理注冊(cè)，從而獲得BT用戶的轉(zhuǎn)交地址，再根據(jù)地址信息，直接傳送給BT用戶。這種方案在BT用戶頻繁越區(qū)移動(dòng)時(shí)，若本地代理來不及刷新轉(zhuǎn)交地址信息，將容易造成數(shù)據(jù)包的丟失。下面我們給出一種簡(jiǎn)單的解決越區(qū)切換問題的方法。
3.3 越區(qū)切換問題
要實(shí)現(xiàn)BT用戶的無縫接入，最關(guān)鍵的問題就是越區(qū)切換。為了提高切換性能，可以采用在外地代理加緩沖區(qū)的辦法來減少包的丟失率，這種方案的具體實(shí)現(xiàn)如下：當(dāng)BT用戶移動(dòng)位置時(shí)，如果BT用戶的接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）小于某個(gè)門限值時(shí)，它將發(fā)出查詢命令，查找是否有更近的外地代理存在，同時(shí)它也向原先的外地代理發(fā)出聲明，告之它將切換到新的外地代理。BT用戶移動(dòng)到新的外地代理的登記請(qǐng)求沒有被本地代理確認(rèn)前，原先的外地代理將通信對(duì)端發(fā)送來的數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在緩沖區(qū)里。在登記請(qǐng)求確認(rèn)后，本地代理通過新的外地代理給BT用戶發(fā)出確認(rèn)消息，同時(shí)刷新通信對(duì)端的轉(zhuǎn)交地址，使通信對(duì)端獲得BT用戶的新的轉(zhuǎn)交地址，將以后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到新的外地代理，再轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶。BT用戶收到登記確認(rèn)消息后，解除其在舊的外地代理的全記，并且通知它新的轉(zhuǎn)交地址，使它釋放緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包到新的外地代理，再轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶，這樣就避免了切換時(shí)的數(shù)據(jù)丟失。
3.4 移動(dòng)IP和蜂窩IP在藍(lán)牙中的不同應(yīng)用
蜂窩IP主要應(yīng)用于BT用戶地點(diǎn)相對(duì)固定的場(chǎng)合，比如火車站、醫(yī)院等，它可以通過藍(lán)牙技術(shù)與固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（公共電話網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)）技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，這里藍(lán)牙技術(shù)主要用于BLUEPAC網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的無線傳輸。這種技術(shù)的應(yīng)用也可以很方便地實(shí)現(xiàn)一個(gè)家庭中的幾臺(tái)電腦的無線連接，并且能同時(shí)通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)上網(wǎng)。移動(dòng)IP主要應(yīng)用于BT用戶移動(dòng)區(qū)域較大的場(chǎng)合，比如火車、飛機(jī)等，它可以通過藍(lán)牙技術(shù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（帶WAP功能的手機(jī)）技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。由此可以看出藍(lán)牙的無線接入網(wǎng)方案是與其它技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，因此它可以最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備，節(jié)省開支，為藍(lán)牙技術(shù)的普及打下基礎(chǔ)。
4 BLUEPAC中微微網(wǎng)的組網(wǎng)方式
BLUEPAC技術(shù)的關(guān)鍵在于能夠允許BT用戶在基站之間移動(dòng)，并且確保外界的通信不受到影響。在BLUEPAC中的微微網(wǎng)有以下幾種組網(wǎng)方式。
4.1 基站作為藍(lán)牙從設(shè)備，BT用戶作為主設(shè)備
在該網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)BT用戶都將基站作為它的從設(shè)備而建立一個(gè)微微網(wǎng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)BT用戶需要新的基站建立連接時(shí)，它只需發(fā)送一個(gè)查詢（Inquiry）和尋呼（Page）消息來查找新的基站，切換的處理過程很簡(jiǎn)單。這種方法的缺點(diǎn)是：這時(shí)的基站同時(shí)處于幾個(gè)微微網(wǎng)中，必須與它們都保持同步，因此基站必須應(yīng)用時(shí)分復(fù)用來滿足多個(gè)微微網(wǎng)的尋址及通信，這樣在不同時(shí)鐘的微微網(wǎng)下的時(shí)分復(fù)用必將帶來通信性能的惡化。這種方案更適用于移動(dòng)IP技術(shù)。
4.2 基站作為藍(lán)牙主設(shè)備，BT用戶作為從設(shè)備
在該網(wǎng)絡(luò)中基站作為主設(shè)備與多個(gè)BT用戶建立一個(gè)微微網(wǎng)。在藍(lán)牙技術(shù)中，從設(shè)備只有在被主設(shè)備尋址之后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此在這種方式下，基站控制著該鏈路的介質(zhì)訪問權(quán)，并且BT用戶在某個(gè)時(shí)間段發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量也由基站控制。這樣BT用戶訪問因特網(wǎng)的效率將大打折扣，并且，在這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)藍(lán)牙微微網(wǎng)只能由一個(gè)主設(shè)備和7個(gè)從設(shè)備構(gòu)成，因此一個(gè)基站最多只能與7個(gè)BT用戶相連。這種方案更適用于蜂窩IP技術(shù)。
4.3 主從切換方式
鑒于上面兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們給出下面一個(gè)折中的方案。
初始時(shí)，基站作為主設(shè)備，BT用戶作為從設(shè)備，當(dāng)某個(gè)連接建立后，BT用戶變?yōu)橹髟O(shè)備，基站變?yōu)閺脑O(shè)備，也就是說在連接建立后進(jìn)行一次主從切換。這時(shí)對(duì)于其他BT用戶來說，基站仍然是主設(shè)備。這種方案最大的缺點(diǎn)是切換過程處理起來很復(fù)雜。
比較這三種方案的性能時(shí)，一個(gè)不可忽略的參數(shù)就是當(dāng)BT用戶從一個(gè)基站轉(zhuǎn)移到國(guó)一個(gè)基站的失鎖時(shí)間，它包括：鏈路管理計(jì)時(shí)器檢測(cè)到的與當(dāng)前基站失去連接的時(shí)間、查詢區(qū)域內(nèi)新基站的時(shí)間、通過發(fā)送尋呼消息與新基站建立同步的時(shí)間。
5 小結(jié)
本文詳細(xì)介紹了基于藍(lán)牙技術(shù)的兩種無線接入技術(shù)的工作原理，提出了在外地代理中增設(shè)緩沖區(qū)來解決越區(qū)切換問題的方案，并且給出了BLUEPAC網(wǎng)中微微網(wǎng)的幾種組網(wǎng)方式。
今天，藍(lán)牙被認(rèn)為“不僅是技術(shù)的集成，更是概念的創(chuàng)新”，它取代了電纜，更以其成本低廉，組網(wǎng)靈活而成為下一代個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的理想實(shí)現(xiàn)技術(shù)。基于藍(lán)牙技術(shù)的蜂窩IP和移動(dòng)IP中的基站可以是任一具有藍(lán)牙內(nèi)核的PC機(jī)、筆記本電腦、甚至手機(jī)，增加的只是上層軟件的復(fù)雜度，與目前提得較多的IEEE802.11無線接入技術(shù)相比，我們認(rèn)為藍(lán)牙在小區(qū)域組網(wǎng)中將更具優(yōu)勢(shì)。
摘自《移動(dòng)通信（2001年第11期）》
