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1.3藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建的規(guī)則
在一個(gè)藍(lán)牙WPAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，主設(shè)備或從設(shè)備只是節(jié)點(diǎn)的一個(gè)邏輯狀態(tài)。一個(gè)單元只能是一個(gè)微微網(wǎng)的主設(shè)備，但可以參與多個(gè)相互重疊的微微網(wǎng)。一個(gè)主設(shè)備或一個(gè)參與多個(gè)微微網(wǎng)的活動(dòng)從設(shè)備稱為橋；允許微微網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)被稱為散射網(wǎng)的較大網(wǎng)絡(luò)。由于使用了跳頻技術(shù)，一個(gè)橋在同一時(shí)間不能作為多個(gè)微微網(wǎng)的活動(dòng)設(shè)備；橋必須在一個(gè)時(shí)分基上的2個(gè)微微網(wǎng)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)必須與當(dāng)前的微微網(wǎng)再同步，這會(huì)帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能的重要開(kāi)銷。
藍(lán)牙WPAN最主要的問(wèn)題在于構(gòu)造散射網(wǎng)時(shí)遇到由系統(tǒng)規(guī)范和通信量需求造成的約束。節(jié)點(diǎn)如何組成微微網(wǎng)以及哪個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主設(shè)備或橋，對(duì)系統(tǒng)的容量、吞吐量和電池的使用時(shí)間具有重要影響。
因此，在散列網(wǎng)的構(gòu)建過(guò)程中必須要減少設(shè)備間不必要的通信鏈接以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。每個(gè)微微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的鏈接是必須的，各微微網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備必須要建立通信鏈接，以交互信息。因此，冗余通信鏈接主要在微微網(wǎng)互連階段。在該階段中，各微微網(wǎng)之間需要通過(guò)橋互連形成藍(lán)牙自組織網(wǎng)。如果兩個(gè)微微網(wǎng)之間存在過(guò)多的橋，或者一個(gè)橋鏈接多個(gè)微微網(wǎng)均會(huì)增加冗余通信鏈接，造成藍(lán)牙自組織網(wǎng)通信性能的下降。通過(guò)合理的選橋算法，可以有效降低微微網(wǎng)之間的冗余通信鏈接。
基于上述分析，我們總結(jié)出能夠提高散射網(wǎng)性能的組網(wǎng)規(guī)則如下：
?。?）在藍(lán)牙組網(wǎng)的形成過(guò)程中應(yīng)合理控制微微網(wǎng)的數(shù)目，使其限定在一個(gè)固定值，以減少微微網(wǎng)之間的通信干擾，保持網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性最小。
?。?）減少自組織網(wǎng)內(nèi)橋節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，防止其成為網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸。這樣不僅能簡(jiǎn)化橋節(jié)點(diǎn)的調(diào)度算法，還能縮短因橋節(jié)點(diǎn)在不同微微網(wǎng)間切換的而造成的通信傳輸時(shí)延，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能。
（3）限制設(shè)備間的冗余通信鏈接，尤其是微微網(wǎng)之間的通信鏈接。通過(guò)限制設(shè)備間的冗余鏈接量，可減少設(shè)備間的電力消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，還能因減少橋的負(fù)載而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。
?。ㄔ诮M建藍(lán)牙自組織網(wǎng)的過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先使用Slave/Slave（S/S）橋，盡量避免使用Master/Slave（M/S）橋，以減少數(shù)據(jù)包在橋節(jié)點(diǎn)上的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，增加藍(lán)牙自組織網(wǎng)的通信量。
（5）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螤顑?yōu)良，可以使網(wǎng)絡(luò)具有自路由功能，從而提高網(wǎng)絡(luò)的通信能。
1.4藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建的關(guān)鍵問(wèn)題
藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建就是將一組彼此分離的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，因此藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的互相發(fā)現(xiàn)過(guò)程和節(jié)點(diǎn)的角色分配等問(wèn)題對(duì)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡影響很大。
?。?）藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的互相發(fā)現(xiàn)
藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的互相發(fā)現(xiàn)過(guò)程是藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建過(guò)程中的關(guān)鍵部分，在這一過(guò)程中，每個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該知道它自己通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)信息，這個(gè)信息應(yīng)該是對(duì)稱的，但藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目的不確定性和藍(lán)牙基帶規(guī)范中節(jié)
點(diǎn)連接機(jī)制的不對(duì)稱性給藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的成功實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
藍(lán)牙規(guī)范中規(guī)定藍(lán)牙的鏈接形成由查詢（Inquiry）和尋呼（page）兩個(gè)過(guò)程組成，查詢過(guò)程并沒(méi)有保證查詢節(jié)點(diǎn)與被查詢節(jié)點(diǎn)互相知道對(duì)方。欲發(fā)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)的查詢者在發(fā)送查詢包時(shí)，并沒(méi)有發(fā)送它自己的唯一藍(lán)牙識(shí)別碼，被查詢者收到查詢包時(shí)不知道查詢者的信息；另外藍(lán)牙發(fā)現(xiàn)機(jī)制要求處于相對(duì)模式（查詢Inquiry和查詢掃描Inquiry scan模式）的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)才能互相交換數(shù)據(jù)，但如何保證兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)處于相對(duì)模式的方法卻沒(méi)有明確規(guī)定。這是藍(lán)牙散射網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建算法應(yīng)該解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
目前大多數(shù)算法采用以下做法：在預(yù)定義的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)在Inquiry查詢模式和Inquiry scan查詢掃描模式之間交替變化，每個(gè)模式的持續(xù)時(shí)間在給定的時(shí)間范圍內(nèi)是隨機(jī)的，當(dāng)兩個(gè)處于相對(duì)模式的節(jié)點(diǎn)握手時(shí)，他們建立一個(gè)臨時(shí)的微微網(wǎng)。查詢者進(jìn)入尋呼模式（Page）成為主節(jié)點(diǎn)，被查詢者進(jìn)入尋呼掃描（Page scan）模式，成為從節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)交換他們的ID和下階段協(xié)議需要的信息。信息交換完畢后，微微網(wǎng)就斷開(kāi)。
這樣在充足時(shí)間內(nèi)兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)處于相對(duì)模式，從而互相發(fā)現(xiàn)的概率值很大。
?。?）首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)的選舉過(guò)程和方法
因?yàn)楣?jié)點(diǎn)開(kāi)始時(shí)是異步的，還沒(méi)有其他參與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。所以通過(guò)選舉方式選取首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)將控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，獲得所有參與構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并保證最終形成的散射網(wǎng)是連通的。另外，首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)的資源應(yīng)該是豐富的，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。
?。?）各微微網(wǎng)中的主節(jié)點(diǎn)的選舉
主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)各個(gè)微微網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通信，主節(jié)點(diǎn)性能的好壞直接影響該網(wǎng)絡(luò)的性能。主節(jié)點(diǎn)消耗的能量大，因此應(yīng)該選擇能量充分，健壯的節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)。
?。?）橋節(jié)點(diǎn)的選擇
橋節(jié)點(diǎn)對(duì)保證藍(lán)牙散射網(wǎng)的連通起著關(guān)鍵性的作用，在網(wǎng)絡(luò)中，橋節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻只能在一個(gè)微微網(wǎng)中處于活動(dòng)狀態(tài)，它采取時(shí)分復(fù)用方式在這些微微網(wǎng)間切換，每切換到一個(gè)微微網(wǎng)，就與該微微網(wǎng)同步。橋節(jié)點(diǎn)一般分為兩類：主橋節(jié)點(diǎn)和從橋節(jié)點(diǎn)，主橋節(jié)點(diǎn)是橋節(jié)點(diǎn)在一個(gè)微微網(wǎng)中為主節(jié)點(diǎn)而在另一個(gè)微微網(wǎng)中為從節(jié)點(diǎn)，稱為M/S橋。從橋節(jié)點(diǎn)是橋節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)微微網(wǎng)中都為從節(jié)點(diǎn)，稱為S/S橋。
藍(lán)牙微微網(wǎng)通過(guò)M/S橋連接而形成的藍(lán)牙散射網(wǎng)的拓?fù)錇榉旨?jí)結(jié)構(gòu)，
如圖4示：
圖4 牙散射網(wǎng)的分級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
分級(jí)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔憩F(xiàn)為樹(shù)形，假設(shè)樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)所在的微微網(wǎng)為根微微網(wǎng)，其他的微微網(wǎng)為葉微微網(wǎng)，則葉微微網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)為根微微網(wǎng)的從節(jié)點(diǎn)。各微微網(wǎng)的內(nèi)部通信可獨(dú)立進(jìn)行，但微微網(wǎng)之間的通信要通過(guò)根微微網(wǎng)。因?yàn)槿~微微網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)為橋節(jié)點(diǎn)，當(dāng)它參與根微微網(wǎng)的通信時(shí)，所有葉微微網(wǎng)的通信將被掛起，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的吞吐量。
藍(lán)牙微微網(wǎng)通過(guò)S/S橋連接而形成的藍(lán)牙散射網(wǎng)的拓?fù)錇槠矫娼Y(jié)構(gòu)，如
圖5所示：
圖5 藍(lán)牙散射網(wǎng)的平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
平面結(jié)構(gòu)中，相鄰微微網(wǎng)之間通過(guò)共享從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，共享的從節(jié)點(diǎn)在休眠模式與活動(dòng)模式之間切換，可以在這些微微網(wǎng)中交替地處于活動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)微微網(wǎng)之間的通信，這種結(jié)構(gòu)是分布式的，利于負(fù)載平衡，網(wǎng)絡(luò)也更健壯。
綜上所述，橋節(jié)點(diǎn)的選擇在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下，還要考慮所連通網(wǎng)絡(luò)的健壯性，橋節(jié)點(diǎn)本身的健壯性也就很關(guān)鍵，因此應(yīng)選擇能量充足的節(jié)點(diǎn)作為橋節(jié)點(diǎn)；另外橋節(jié)點(diǎn)參與的微微網(wǎng)數(shù)量應(yīng)盡量少，保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡，以及避免橋節(jié)點(diǎn)在不同微微網(wǎng)間切換帶來(lái)的時(shí)間延遲和能量消耗。通過(guò)以上分析，我們知道只有對(duì)以上幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題有所突破的拓?fù)錁?gòu)建算法才能構(gòu)建出連通的，分布式的，時(shí)間延遲小的，健壯的藍(lán)牙散射網(wǎng)。
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