基于IP協(xié)議的藍(lán)牙移動網(wǎng)絡(luò)（一）

　　近年來，隨著方便，快捷，可靠成為個人通信追求的目標(biāo)，又興起了對以實(shí)現(xiàn)快速，高效，短距離通信為主要目的的PAN(Personal Area Network)技術(shù)的研究。

　　目前各種各樣的短距離通信技術(shù)中，采用不同技術(shù)的產(chǎn)品之間的兼容性以及和INTERNET的互操作性不強(qiáng)，這使得短距離通信技術(shù)的發(fā)展受到了很大的限制。最近興起的藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth Technology)充分考慮了這方面的因素，提出了BLUEPAC(BLUEtooth Public Access)的概念，目的是使普通的藍(lán)牙設(shè)備可以方便地接入INTERNET，與IP網(wǎng)絡(luò)互通。利用IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的最大優(yōu)勢在于，基于IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)無處不在，滲透到人們的日常工作，科研和生活中，使用廉價藍(lán)牙芯片的無線通信可以高效地為無線終端提供因特網(wǎng)服務(wù)，依靠IP協(xié)議的強(qiáng)大功能，藍(lán)牙設(shè)備的互聯(lián)以及移動切換變得更加便捷。同時，使用IP協(xié)議互聯(lián)的藍(lán)牙設(shè)備形成的BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)，不需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行地過多修改，這樣大大減小了投資成本，提高了組網(wǎng)效率。

2、 藍(lán)牙技術(shù)簡介

　　藍(lán)牙技術(shù)是一種廉價的，低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用這種技術(shù)，用戶可以控制10米之內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備。藍(lán)牙系統(tǒng)由無線電單元、鏈路控制單元、鏈路管理支持單元以及主機(jī)終端接口所組成。

　　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。時分雙工傳輸方案被用來實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。 由于ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。為此，藍(lán)牙特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。

　　跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道"跳"到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進(jìn)行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個窄帶寬成百倍地擴(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成更小。

　　與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。FEC（Forward Error Correction，前向糾錯）的使用抑制了長距離鏈路的隨機(jī)噪音。應(yīng)用了二進(jìn)制調(diào)頻（FM）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落。

　　藍(lán)牙協(xié)議采用了電路交換和分組交換技術(shù)。信道被劃分為時隙，時隙則可以預(yù)留給同步數(shù)據(jù)包。 藍(lán)牙協(xié)議棧支持針對數(shù)據(jù)的異步無連接（ACL）鏈路和針對語音的多達(dá)三條同步定向（SCO）鏈路，此外藍(lán)牙還支持異步數(shù)據(jù)和同步語音的組合鏈路，即所謂的DV分組類型。協(xié)議棧主要由作為物理層的基帶以及鏈路層的鏈路管理器和控制器所組成。更上層的協(xié)議接口取決于這些層次所實(shí)現(xiàn)的方式以及應(yīng)用程序的使用，通過該層和藍(lán)牙協(xié)議棧中的低層協(xié)議交互。

　　藍(lán)牙的鏈路管理器可以從其他鏈路管理器那里請求時鐘偏移、時隙偏移、計時精度、鏈路管理器版本和各類支持特性如認(rèn)證、SCO數(shù)據(jù)包等。

　　鏈路管理器還可以處理主-從交換過程和模式交換過程（強(qiáng)迫或者請求某臺設(shè)備把所處模式變更為以下模式之一：保持(hold)、監(jiān)聽(sniff)或者暫停(park)）。除了以上的特性之外，鏈路管理器還可以處理功率控制、通過預(yù)留時隙和交換SCO參數(shù)建立SCO鏈路。如果設(shè)備之間打算采用鏈路管理器以上層建立連接，那么必須打開兩臺設(shè)備之間的連接。藍(lán)牙設(shè)備連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖所示：

圖1、藍(lán)牙設(shè)備連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　如果藍(lán)牙設(shè)備沒有接收到通信請求，設(shè)備就會進(jìn)入睡眠狀態(tài)等待(standby)，當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備進(jìn)行通信時，藍(lán)牙主設(shè)備(master)根據(jù)通信對端的地址來確定發(fā)送狀態(tài)，如果地址已知，藍(lán)牙主設(shè)備直接發(fā)送尋呼(page)消息，如果地址未知，就會進(jìn)入問詢(inquiry)狀態(tài)，得到返回的地址再進(jìn)入尋呼狀態(tài)。然后，藍(lán)牙設(shè)備就會與通信對端進(jìn)行連接，由鏈路層控制設(shè)備進(jìn)入前文所述的三種不同工作模式。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完成后，設(shè)備再一次回到等待狀態(tài)，進(jìn)入節(jié)能模式。

3、BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)介紹

　　BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)主要由如下網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成：

　　藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)：

　　藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)是BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)到INTERNET的出口，其主要作用是完成BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)的信息交互，以及藍(lán)牙設(shè)備的相應(yīng)IP協(xié)議配置。

　　藍(lán)牙基站：

　　藍(lán)牙基站的主要作用是負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備接入BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)，為藍(lán)牙設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，基站與設(shè)備之間的交換主要在數(shù)據(jù)鏈路層完成。

　　藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)代理：

　　藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)代理主要完成藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)配置，BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)中只有配置IP地址的藍(lán)牙通信設(shè)備才可以正常發(fā)送和接受IP數(shù)據(jù)包，由于藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的移動強(qiáng)，基于固定IP地址的配置方式會對數(shù)據(jù)包選路帶來困難，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)代理服務(wù)器利用DHCP協(xié)議為藍(lán)牙設(shè)備配置IP地址。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有新的藍(lán)牙設(shè)備加入時，同樣需要藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)代理服務(wù)器完成配置。需要特別指出的是，如果BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備使用的是供本地網(wǎng)絡(luò)使用的本地地址，而不是一個合法的IP地址，需要代理服務(wù)器作地址轉(zhuǎn)換。

　　IP路由器：

　　IP路由器雖然不是由BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)定義，但它在BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)中的作用非常重要。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，藍(lán)牙基站不可能全部與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)直接相連，必須利用現(xiàn)有的IP路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。藍(lán)牙基站中應(yīng)該配置完整的IP層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證與處于BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)中的IP路由器兼容，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，互通。

3．1、BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2、BLUEPAC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖