蓝牙路由机制

2019-11-05 00:39:55

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供稿：网友

　　蓝牙技术提供低成本、短距离的无线通信，构成固定和移动设备通信环境中的个人网络，使得近距离内各种信息设备的资源共享得以实现。
　　
　　　　但是，蓝牙技术仍不完善。如蓝牙的传输距离短，要突破目前蓝牙10米距离的限制，使通话范围在整个大楼、整个厂区、甚至整个系统还比较困难，且2个移动电话之间的交换/传输问题，蓝牙协议未作规范。
　　
　　　　为加快蓝牙技术的商用化进程，对蓝牙技术及其协议的研究与完善十分重要。本文就是针对蓝牙最新规范1.1，在些基础上提出一种全新的蓝牙路由机制。该机制中信息交换中心MSC与固定蓝牙主设备FM之间通过有线电缆连接，二者之间的通信不通过蓝牙跳频技术，移动终端MT与FM之间进行正常的蓝牙通信。这样可使不同MSC的移动终端MT之间进行路由、切换，可使蓝牙网络突破10米的限制，从而覆盖整个楼层，甚至整个大楼。
　　蓝牙技术概述
　　蓝牙技术是便携式电子设备和固定式电子设备之间代替电缆联接的短距离无线通信的标准，它的主要特点是工作稳定、设备简单、功率低、价格便宜。蓝牙的速率为1mbit/s，每个时隙宽度为325μs，采用时分双工TDD方式，高斯频移键控（GFSK）调制方式。蓝牙支持一个异步数据信道。每一个话音信道支持64kbit/s的同步语音；异步信道支持的最大速率为721kbit/s，反向应答信道是速率为57.6kbit/s的非对称连接，或者是432kbit/s的对称连接。系统采用跳频技术抗信号衰落，使用快跳频的短分组技术减少同频干扰来保证传输的可靠性，采用前向纠错FEC技术来减少远距离传输时的随机噪声影响。蓝牙网络的基本单元是微微网，它可以同最最多支持8个电子设备，其中发起通信的那个设备称为主设备，其它设备称为从设备。一组相互独立、以特定的方式连接在一起的微微网构成分布式网络，各微微网通过使用不同的跳频序列来区分。蓝牙技术支持多种类型的业务，包括声音和数据，为将来的电器设备提供联网和数据传输的功能，它将使来自各个设备制造商的设备能以同样的“语言”进行交流，这种“语言”可以认为是一种虚拟的电缆。
　　微微网是由采用蓝牙技术的设备以特定的方式组成的网络，是蓝牙网络的基本单元。在同一区域中可以有多个微微网，它们连接相互交叉在一起，就构成了分布式网络。因为每个微微网的主设备是不同的，所以跳频序列和相位是独立的，但增加更多的网络，就会增加碰撞的机会。假如同一区域中有多个微微网共存，一个Bluetooth设备可以利用时分复用工作在多个网络中，它可以在多个网络中做从设备，甚至可以在一个网络中作为主设备，同时在多个网络中作为从设备。假如两个网络有同一个主设备，就会使用同样的跳频序列和相位，就变成了同一个网络。
　　蓝牙路由机制　　本文介绍的蓝牙路由机制（BRS）是在目前蓝牙最新协议规范1.1版本基础上提出的，并考虑了以后版本的升级性。该路由机制包括3个主要的功能模块：
　　*信息交换（MSC）
　　负责跟踪系统内各蓝牙设备的漫游，并在数据包路由过程中充当中继器作用，它通过光缆或双绞线直接与固定蓝牙主设备（FM）连接。
　　*固定蓝牙主设备（FM）
　　位置是间隔固定的，在信息交换中心MSR与其它蓝牙设备如移动终端（MT）之间提供接口。
　　*移动终端MT
　　是普通的蓝牙设备，与其它普通的蓝牙设备或更大的蓝牙系统之间进行通信。
　　移动终端MT是固定蓝牙主设备FM的从设备，固定蓝牙主设备FM是信息交换中心MSC的从设备。在移动终端MT与固定蓝牙主设备FM进行连接建立过程中，FM是设备，当连接建立完成后，MT与FM之间要进行主从转换。
　　在该蓝牙路由机制中，链路治理协议（LMP）被用来传输路由协议数据单元（PDU）；此外，在固定蓝牙主设备FM与信息交换中心MSC链路之间使用了一种修改的蓝牙基带连接，且不使用蓝牙跳频技术。
　　1.信息交换中心（MSC）
　　信息交换中心是整个蓝牙路由机制的核心部分。没有信息交换中心，一个区域的蓝牙设备就不能够与10米外的其它蓝牙设备进行通信。MSC应放置在相对于各固定蓝牙主设备FM的中心位置，如建筑物的中心位置或Internet的接口处。MSC通过光缆或双绞线直接与固定蓝牙主设备FM进行连接，所以理论上MSC与FM之间没有距离的约束。但MSC不直接与蓝牙移动终端MT进行连接通信，而是通过FM来与MT进行连接通信。
　　信息交换中心MSC有3个主要的功能：通过路由表，跟踪和定位本系统内所有蓝牙设备；在2个属于不同微微网的蓝牙设备之间建立路由连接，并在设备之间交流路由信息；在需要的情况下帮助完成系统的切换功能。此外，假如MSC连接到一个Internet端口外，则对BRS系统外，MSC起到一个网关的作用。这就使得蓝牙信息流可以出入该BRS系统或进入到其它蓝牙系统。
　　（1）路由表
　　MSC路由表包含了所有的固定蓝牙主设备FM及其从设备（移动终端MT）的地址。路由表分2层，每当有MT进入/离开一个FM微微网或每当一个FM被激活/使不活动时，路由表就更新一次。一个MT可以有多个入口（即可以属于多个FM的从设备），但在一个FM微微网中只有代表一个入口。
　　（2）路由的建立
　　通常情况下，蓝牙设备会向MSC发出路由连接请求，该请求信息包含被请求连接蓝牙设备的地址BD_ADDR（设备号）。发出连接请求的蓝牙设备可能是固定蓝牙主设备FM或蓝牙移动终端MT。在路由连接中，发出连接请求的蓝牙设备是源端，被请求连接的蓝牙设备是目的端。当MSC收到该路由连接请求时，它将会通知目的端。假如目的端是固定蓝牙主设备FM，MSC将直接把路由连接请求信息发给FM，假如目的端是MT，MSC将通过路由表找到该MT所属的FM微微网，进而通过此FM转发路由连接请示信息至目的端MT。
　　当目的端收到路由请求信息时，将通过MSC，然后MSC通知源端可以进行通信。源端的基带数据包通过MSC、FM时要进行包头和接入码的检测，然后修改懈头或接入码路由到下一代链路。当路由链路出错或链路中有一蓝牙设备发出非凡链路治理信息来终止链路时，路由链路会被终止。
　　（3）切换
　　信息交换中心MSC可以帮助并加速完成蓝牙移动终端MT从一个FM微微网切换到另一个FM微微网。当一个蓝牙移动终端MT需要信息交换中心MSC来帮助完成切换时，它会通过当前的主设备FM向MSC发送切换请求信息（1）。切换请求信息包含发出请求的MT蓝牙地址，新的主设备FM的地址，及MT与新的主设备FM之间的时钟偏移量。信息交换中心MSC收到MT的切换请求后，会把MT的蓝牙地址及MT与新的主设备FM之间的时钟偏移量发送给新的主设备FM（2），并通知该新的主设备FM对MT进行寻呼（3）。这样会减少新的主设备FM进行寻呼的时间，并在新的主设备FM与MT之间不再进行主从转换，从而使整个切换时间快7倍（相对于信息交换中心MSC没有参与切换和情况下）。
　　2.固定蓝牙主设备FM
　　FM在位置上是固定的，通常是在房间里或走廊里以覆盖最大范围。FM是移动终端MT到信息交换中心MSC的接口，并负责MT与MSC之间信息的转换。此外，FM也实现正常的蓝牙功能。固定蓝牙主设备FM通过光缆或双绞线与信息交换中心MSC进行连接，二者之间使用了一种修改的蓝牙基带连接，且不使用蓝牙跳频技术。FM与移动终端MT之间进行正常的蓝牙通信。2个FM之间不能够直接通信，需要信息交换中心MSC作中介。
　　固定蓝牙主设备FM除了具有正常的蓝牙功能外，还有许多其它功能。如接收新的蓝牙从设备进入整个BRS系统；通知MSC本FM微微网的变化；到其它FM微微网路由信息；在本FM微微网和MSC之间充当中继器的角色。
　　3.蓝牙移动终端MT
　　蓝牙移动终端MT是普通的蓝牙设备，此外还附加一些非凡的功能。MT直接与固定蓝牙主设备FM进行通信，或通过FM、MSC与BRS系统内的其它蓝牙设备进行通信。当与信息交换中心MSC进行通信的时候，FM起到中继器的作用。当与超出本FM微微网范围的其它FM或MT进行通信时，必须通过信息交换中心MSC，即MT-FM-MSC-FM(-MT)。相对于FM、SMC、MT的附加功能要少些，但共享FM的一些非凡功能。MT的主要特点是：进出一个FM微微网；当从一个FM微微网漫游到另一个FM微微网时，可以发出切换帮助信息；可以与本FM微微网外的其它蓝牙设备建立连接进行通信。
　　BRS系统与外部的路由连接
　　当BRS系统与外部进行路由连接时，信息交换中心MSC起到网关的作用。路由的源端/目的端可能是牙设备，也可能不是蓝牙设备。
　　在BRS系统之间，各BRS系统的信息交换中心MSC通过以太网连接构成一个非面向连接的系统。各信息交换中心MSC对从其它MSC传送过来的蓝牙数据包，进行接入码中蓝牙地址的检测，只有与路由表相匹配的包才被转发，否则拒绝该包。
　　BRS与LAN/WAN之间的路由：源端的MSC在发送蓝牙数据包时，加上TCP/ip包头，然后通过LAN/WAN路由到目的端，目的端的MSC收到包后再去掉的TCP/IP包头。
　　蓝牙路由机制BRS基于现行最新蓝牙协议规范，并做了适量的修改，具有一定的灵活性和可升级性。此外，本文介绍的蓝牙路由机制BRS也考虑到网络的扩展，如BRS系统之间的路由、BRS与局域网LAN/广域网WAN之间的路由等。相信随着蓝牙技术及其协议的不断完善，路由机制将成为蓝牙技术的一个重要方面。

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