《一种新型的分类蓝牙组网技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种新型的分类蓝牙组网技术（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上海交通大学 硕士学位论文 一种新型的分类蓝牙组网技术 姓名：张功伟 申请学位级别：硕士 专业：计算机科学与工程 指导教师：过敏意 20090101 一种新型的分类蓝牙组网技术 第 I 页 一种新型的分类蓝牙组网技术 摘 一种新型的分类蓝牙组网技术 摘 要 要 蓝牙，一种以 10 世纪丹麦国王 Harold Bluetooth 的名字来命名的新 无线短距离通信技术，具有常开，低功耗等特点，并致力于简化固定和 移动设备之间的短距离通信。由于蓝牙芯片的便宜和低功耗，在过去几 年， 它取得了持续的成。 据估测， 2008 年蓝牙设备的出货量将达到 10 亿。 然而，蓝牙特别兴趣小组却只规定了如何组成
2、一个小型网络，称为微微 网，每个微微网最多只能有 8 个设备。对于组建个人局域网具有很重要 意义的更大的网络， 即散射网， 蓝牙特别兴趣小组却没给出具体的方案， 因而关于散射网组网的研究也成为近几年的热点。 虽然许多杰出的研究员就散射网组网问题提出了许多具体的协议， 并且这些协议也覆盖了许多方面：集中式的或是分布式的，节点度限制 的或者非节点度限制的，不同的拓扑形状，扩张性和性能等，然而绝大 部分的这些散射网组网算法都把设备认为是同构的。即使是那些少数的 例外算法，也仅仅就区别对待网络中的一些特别节点，如根节点等，这 些节点通常都是网络中的瓶颈，并且，也仅仅针对这些节点的一些物理 属性进行区分
3、。 在这篇论文中，我们第一次将设备分类的概念引进蓝牙组网技术中。 我们不仅仅基于物理属性，如计算能力，流量负载，带宽等，对设备进 行分类，还可以基于一些虚拟属性，如所属班级，所属组，所属国家等， 对设备进行区分。 当开始组网的时候， 最理想的情形是只连接同类设备。 一种新型的分类蓝牙组网技术 第 II 页 但这种情况，连接性一般都很差，为了改善连接性，我们需要引进其它 类别的设备作为桥节点。论文的目标之一就是让这些桥节点的数目最少。 在引入分类概念后，我们可以保证网路中的瓶颈设备最少，这改善了性 能。另外一个成就是，设备基本只将消息发给需要的设备，这将减少发 送消息的数目，最后可以达到降低总体
4、时间和能量消耗的目的。 有两种方法可以给设备分类：一种是在设备名中做标记，另外一种 是提供一个哈希函数。分类后，我们提高一个 2 个阶段的组网算法。第 一阶段将采用传统的任意一种组网算法，不过我们要修改连接函数，使 得只要同类的设备才能建立连接，最后的结果是一个或多个孤立的同类 设备组成的散射网。第二阶段是为了改善连接性。我们会用别的类别的 设备作为桥接到来尽可能的连接第一接到孤立的散射网。我们的目标是 要使这些桥节点的数目最少。 关键词：关键词：蓝牙，散射网，分类 一种新型的分类蓝牙组网技术 第 III 页 A Scatternet Formation Algorithm for Solvi
5、ng A New Emerging Problem ABSTRACT Bluetooth, the new technology named after the 10th Century Danish King Harold Bluetooth, is an always on, low-power, and short-range radio technology, aiming at simplifying short-range communications among fixed and mobile devices. Since Bluetooth is cheap and low-
6、power, it has seen continued success in recent several years, and over one billion Bluetooth-based devices are expected to ship in 2008. However, Bluetooth Special Interest Group (SIG) only defines the formation of a small network, which is called Piconet and can only have up to eight devices. The f
7、ormation of bigger network, which is called Scatternet for creating Personal Area Networks (PAN), remains open, and it has become research hot-spot in the last several years. Thought many concrete protocols of Bluetooth Scatternet Formation have been provided by distinguish researchers, and these pr
8、otocols concern about many problems: centralized or decentralized, degree limited or not degree limited, different topologies, scalability and performance, almost all these Bluetooth Scatternet Formation Algorithms assume devices are homogeneous. Even the exceptional algorithms barely mentioned a li
9、ttle about the different hardware characteristics of devices for special nodes like bridge nodes or super nodes, which are usually the bottleneck in the scatternet. In this paper, we will first introduce the classification of devices into the formation of Bluetooth Scatternet. We treat the devices d
10、ifferently not only based on hardware characteristics, like computational abilities, traffic load, network bandwidth etc, but also considering virtual properties, like different 一种新型的分类蓝牙组网技术 第 IV 页 classes, different groups, different countries and so on. When form the scatternet, the ideal situati
11、on is only to connect the devices of the same kind, but in order to guarantee connectivity, we may also need to involve devices of other kinds. One of the goals of this paper is to make such devices least. After integrating classification into Bluetooth Scatternet Formation, we can assure the bottle
12、neck least, this improves the performance. Another achievement is that, we mostly sending messages to necessary devices, and this can reduce message number, total time and energy consuming. We use two ways to tag the devices: one is to set the device name; the other is providing a hash function. Aft
13、er classification, we use a two-phase Scatternet Formation Algorithm. The first phase we will utilize a traditional Scatternet Formation Algorithm, but we will modify the connect function to ensure only the same kind devices can be connected, this will result in several separate scatternets. The sec
14、ond phase is to ensure the connectivity. We will use other kinds of devices as bridge nodes to connect the scatternets. Our goal is to make the bridge nodes least. Keywords: Bluetooth, Scatternet Formation, Classification 一种新型的分类蓝牙组网方法 第 1 页 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 1994 年，瑞典的爱立信公司进行研发一种研发短距离无线通信技术。1998
15、 年 2 月，五大跨国公司爱立信，诺基亚，英特尔，IBM，东芝组成了一个特别兴 趣小组来继续发展这种技术，目标是使其成为全球性的小范围无线通信技术，并 以 10 世纪丹麦国王的名字来命名这种无线通信技术：蓝牙。 蓝牙技术工作在2.4GHZ频段， 采用跳频技术， 最初是作为替代电缆的方案， 以减少凌乱的电线。现在的蓝牙还应用于流传输立体声，传输数据或进行语音通 信。蓝牙技术具有许多优点20: (1). 全球通用 蓝牙工作在 2.4GHZ 频段， 该频段是全球通用的不需授权的工业， 科技， 医学（ISM）无线电波段。 (2). 设备范围 蓝牙技术得到了空前的应用，集成该技术的产品从手机，汽车到医疗
16、设 备。甚至当前研究热点的无线传感器都有可能集成蓝牙技术。 (3). 易于使用 蓝牙设备的连接极其简单，蓝牙的连接过程大部份都有蓝牙协议栈自动 完成，用户只要在最后输入 4 位数字的 PIN 码。 (4). 价格低廉 一方面是由于蓝牙工作的频段不需要授权费，另一方面是由于技术的进 步以及产量的扩大，单个蓝牙芯片的产品已越来越低。 (5). 低耗电 蓝牙的最重要的一个特点就低耗电， 这也是蓝牙从一开始就形成的目标， 并在以后的版本发展中得到不断改进。 (6). 多连接 蓝牙设备一次可以跟多达 7 个的蓝牙设备同时连接， 由于采用跳频技术， 一个蓝牙还可以同时出现在不同的网络中。 正因为蓝牙具有如此多的优点，蓝牙得到了许多的应用1,20: (1). 构建个人局域网（PAN） 不仅仅在可以连接机器，而且还可以连接外部设备如键盘，鼠标，打印 机等，甚至还可以通过将手机作为 modem 接入 Internet。 一种新型的分类蓝牙组网方法 第 2 页 (2). 充当遥控器 不仅仅代替了传统的红外遥控器。蓝牙遥控具有许多新的优点。如可以 蓝牙耳机不及可以控制蓝牙手机，而且还可以同蓝牙
