基于IP协议的蓝牙移动网络（一）

　　近年来，随着方便，快捷，可靠成为个人通信追求的目标，又兴起了对以实现快速，高效，短距离通信为主要目的的PAN(Personal Area Network)技术的研究。

　　目前各种各样的短距离通信技术中，采用不同技术的产品之间的兼容性以及和INTERNET的互操作性不强，这使得短距离通信技术的发展受到了很大的限制。最近兴起的蓝牙技术(Bluetooth Technology)充分考虑了这方面的因素，提出了BLUEPAC(BLUEtooth Public Access)的概念，目的是使普通的蓝牙设备可以方便地接入INTERNET，与IP网络互通。利用IP协议实现蓝牙网络互联的最大优势在于，基于IP协议的互联网已经无处不在，渗透到人们的日常工作，科研和生活中，使用廉价蓝牙芯片的无线通信可以高效地为无线终端提供因特网服务，依靠IP协议的强大功能，蓝牙设备的互联以及移动切换变得更加便捷。同时，使用IP协议互联的蓝牙设备形成的BLUEPAC网络，不需要对网络设备和网络层协议进行地过多修改，这样大大减小了投资成本，提高了组网效率。

2、 蓝牙技术简介

　　蓝牙技术是一种廉价的，低功耗的无线网络技术，利用这种技术，用户可以控制10米之内的蓝牙设备。蓝牙系统由无线电单元、链路控制单元、链路管理支持单元以及主机终端接口所组成。

　　蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。 由于ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。

　　跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道"跳"到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成更小。

　　与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC（Forward Error Correction，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。

　　蓝牙协议采用了电路交换和分组交换技术。信道被划分为时隙，时隙则可以预留给同步数据包。 蓝牙协议栈支持针对数据的异步无连接（ACL）链路和针对语音的多达三条同步定向（SCO）链路，此外蓝牙还支持异步数据和同步语音的组合链路，即所谓的DV分组类型。协议栈主要由作为物理层的基带以及链路层的链路管理器和控制器所组成。更上层的协议接口取决于这些层次所实现的方式以及应用程序的使用，通过该层和蓝牙协议栈中的低层协议交互。

　　蓝牙的链路管理器可以从其他链路管理器那里请求时钟偏移、时隙偏移、计时精度、链路管理器版本和各类支持特性如认证、SCO数据包等。

　　链路管理器还可以处理主-从交换过程和模式交换过程（强迫或者请求某台设备把所处模式变更为以下模式之一：保持(hold)、监听(sniff)或者暂停(park)）。除了以上的特性之外，链路管理器还可以处理功率控制、通过预留时隙和交换SCO参数建立SCO链路。如果设备之间打算采用链路管理器以上层建立连接，那么必须打开两台设备之间的连接。蓝牙设备连接状态转移图如下图所示：

图1、蓝牙设备连接状态转移图

　　如果蓝牙设备没有接收到通信请求，设备就会进入睡眠状态等待(standby)，当设备准备进行通信时，蓝牙主设备(master)根据通信对端的地址来确定发送状态，如果地址已知，蓝牙主设备直接发送寻呼(page)消息，如果地址未知，就会进入问询(inquiry)状态，得到返回的地址再进入寻呼状态。然后，蓝牙设备就会与通信对端进行连接，由链路层控制设备进入前文所述的三种不同工作模式。当数据传送完成后，设备再一次回到等待状态，进入节能模式。

3、BLUEPAC网络特点介绍

　　BLUEPAC网络主要由如下网络单元构成：

　　蓝牙网关：

　　蓝牙网关是BLUEPAC网络到INTERNET的出口，其主要作用是完成BLUEPAC网络与因特网的信息交互，以及蓝牙设备的相应IP协议配置。

　　蓝牙基站：

　　蓝牙基站的主要作用是负责蓝牙设备接入BLUEPAC网络，为蓝牙设备提供网络层服务，基站与设备之间的交换主要在数据链路层完成。

　　蓝牙网关代理：

　　蓝牙网关代理主要完成蓝牙网络的动态配置，BLUEPAC网络中只有配置IP地址的蓝牙通信设备才可以正常发送和接受IP数据包，由于蓝牙网络中设备的移动强，基于固定IP地址的配置方式会对数据包选路带来困难，蓝牙网关代理服务器利用DHCP协议为蓝牙设备配置IP地址。当网络中有新的蓝牙设备加入时，同样需要蓝牙网关代理服务器完成配置。需要特别指出的是，如果BLUEPAC网络中的设备使用的是供本地网络使用的本地地址，而不是一个合法的IP地址，需要代理服务器作地址转换。

　　IP路由器：

　　IP路由器虽然不是由BLUEPAC网络定义，但它在BLUEPAC网络中的作用非常重要。在实际网络建设中，出于经济上的考虑，蓝牙基站不可能全部与蓝牙网关直接相连，必须利用现有的IP路由器转发数据信息。蓝牙基站中应该配置完整的IP层网络协议，保证与处于BLUEPAC网络中的IP路由器兼容，实现互联，互通。

3．1、BLUEPAC网络结构

　　BLUEPAC网络结构如下图所示：

图2、BLUEPAC网络结构示意图