藍(lán)牙路由機(jī)制

呂志虎　陳前斌
　　摘要：藍(lán)牙路由機(jī)制（BRS）基于最新藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范，并對(duì)之進(jìn)行了改進(jìn)，可提供可靠的鏈路，使藍(lán)牙移動(dòng)終端漫游切換時(shí)間大大減少，使網(wǎng)絡(luò)突破10米的限制。BRS還具有一定的靈活性和可擴(kuò)展性，可實(shí)現(xiàn)BRS系統(tǒng)之間、與LAN/WAN之間的路由。


　　主題詞：藍(lán)牙　路由　切換　信息交換中心　固定藍(lán)牙主設(shè)備　藍(lán)牙移動(dòng)終端


　　藍(lán)牙技術(shù)提供低成本、短距離的無線通信，構(gòu)成固定和移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境中的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，使得近距離內(nèi)各種信息設(shè)備的資源共享得以實(shí)現(xiàn)。


　　但是，藍(lán)牙技術(shù)仍不完善。如藍(lán)牙的傳輸距離短，要突破目前藍(lán)牙10米距離的限制，使通話范圍在整個(gè)大樓、整個(gè)廠區(qū)、甚至整個(gè)系統(tǒng)還比較困難，且2個(gè)移動(dòng)電話之間的交換/傳輸問題，藍(lán)牙協(xié)議未作規(guī)范。


　　為加快藍(lán)牙技術(shù)的商用化進(jìn)程，對(duì)藍(lán)牙技術(shù)及其協(xié)議的研究與完善十分重要。本文就是針對(duì)藍(lán)牙最新規(guī)范1.1，在些基礎(chǔ)上提出一種全新的藍(lán)牙路由機(jī)制。該機(jī)制中信息交換中心MSC與固定藍(lán)牙主設(shè)備FM之間通過有線電纜連接，二者之間的通信不通過藍(lán)牙跳頻技術(shù)，移動(dòng)終端MT與FM之間進(jìn)行正常的藍(lán)牙通信。這樣可使不同MSC的移動(dòng)終端MT之間進(jìn)行路由、切換，可使藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)突破10米的限制，從而覆蓋整個(gè)樓層，甚至整個(gè)大樓。


　　藍(lán)牙技術(shù)概述


　　藍(lán)牙技術(shù)是便攜式電子設(shè)備和固定式電子設(shè)備之間代替電纜聯(lián)接的短距離無線通信的標(biāo)準(zhǔn)，它的主要特點(diǎn)是工作穩(wěn)定、設(shè)備簡單、功率低、價(jià)格便宜。藍(lán)牙的速率為1mbit/s，每個(gè)時(shí)隙寬度為325μs，采用時(shí)分雙工TDD方式，高斯頻移鍵控（GFSK）調(diào)制方式。藍(lán)牙支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)信道。每一個(gè)話音信道支持64kbit/s的同步語音；異步信道支持的最大速率為721kbit/s，反向應(yīng)答信道是速率為57.6kbit/s的非對(duì)稱連接，或者是432kbit/s的對(duì)稱連接。系統(tǒng)采用跳頻技術(shù)抗信號(hào)衰落，使用快跳頻的短分組技術(shù)減少同頻干擾來保證傳輸?shù)目煽啃�，采用前向糾錯(cuò)FEC技術(shù)來減少遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的基本單元是微微網(wǎng)，它可以同最最多支持8個(gè)電子設(shè)備，其中發(fā)起通信的那個(gè)設(shè)備稱為主設(shè)備，其它設(shè)備稱為從設(shè)備。一組相互獨(dú)立、以特定的方式連接在一起的微微網(wǎng)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，各微微網(wǎng)通過使用不同的跳頻序列來區(qū)分。藍(lán)牙技術(shù)支持多種類型的業(yè)務(wù)，包括聲音和數(shù)據(jù)，為將來的電器設(shè)備提供聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�，它將使來自各個(gè)設(shè)備制造商的設(shè)備能以同樣的“語言”進(jìn)行交流，這種“語言”可以認(rèn)為是一種虛擬的電纜。


　　微微網(wǎng)是由采用藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備以特定的方式組成的網(wǎng)絡(luò)，是藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的基本單元。在同一區(qū)域中可以有多個(gè)微微網(wǎng)，它們連接相互交叉在一起，就構(gòu)成了分布式網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)槊總�(gè)微微網(wǎng)的主設(shè)備是不同的，所以跳頻序列和相位是獨(dú)立的，但增加更多的網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)增加碰撞的機(jī)會(huì)。如果同一區(qū)域中有多個(gè)微微網(wǎng)共存，一個(gè)Bluetooth設(shè)備可以利用時(shí)分復(fù)用工作在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，它可以在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中做從設(shè)備，甚至可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中作為主設(shè)備，同時(shí)在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中作為從設(shè)備。如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)有同一個(gè)主設(shè)備，就會(huì)使用同樣的跳頻序列和相位，就變成了同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。


　　藍(lán)牙路由機(jī)制
　　本文介紹的藍(lán)牙路由機(jī)制（BRS）是在目前藍(lán)牙最新協(xié)議規(guī)范1.1版本基礎(chǔ)上提出的，并考慮了以后版本的升級(jí)性。該路由機(jī)制包括3個(gè)主要的功能模塊：


　　*信息交換（MSC）


　　負(fù)責(zé)跟蹤系統(tǒng)內(nèi)各藍(lán)牙設(shè)備的漫游，并在數(shù)據(jù)包路由過程中充當(dāng)中繼器作用，它通過光纜或雙絞線直接與固定藍(lán)牙主設(shè)備（FM）連接。


　　*固定藍(lán)牙主設(shè)備（FM）


　　位置是間隔固定的，在信息交換中心MSR與其它藍(lán)牙設(shè)備如移動(dòng)終端（MT）之間提供接口。


　　*移動(dòng)終端MT


　　是普通的藍(lán)牙設(shè)備，與其它普通的藍(lán)牙設(shè)備或更大的藍(lán)牙系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。


　　移動(dòng)終端MT是固定藍(lán)牙主設(shè)備FM的從設(shè)備，固定藍(lán)牙主設(shè)備FM是信息交換中心MSC的從設(shè)備。在移動(dòng)終端MT與固定藍(lán)牙主設(shè)備FM進(jìn)行連接建立過程中，F(xiàn)M是設(shè)備，當(dāng)連接建立完成后，MT與FM之間要進(jìn)行主從轉(zhuǎn)換。


　　在該藍(lán)牙路由機(jī)制中，鏈路管理協(xié)議（LMP）被用來傳輸路由協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）；此外，在固定藍(lán)牙主設(shè)備FM與信息交換中心MSC鏈路之間使用了一種修改的藍(lán)牙基帶連接，且不使用藍(lán)牙跳頻技術(shù)。


　　1.信息交換中心（MSC）


　　信息交換中心是整個(gè)藍(lán)牙路由機(jī)制的核心部分。沒有信息交換中心，一個(gè)區(qū)域的藍(lán)牙設(shè)備就不能夠與10米外的其它藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。MSC應(yīng)放置在相對(duì)于各固定藍(lán)牙主設(shè)備FM的中心位置，如建筑物的中心位置或Internet的接口處。MSC通過光纜或雙絞線直接與固定藍(lán)牙主設(shè)備FM進(jìn)行連接，所以理論上MSC與FM之間沒有距離的約束。但MSC不直接與藍(lán)牙移動(dòng)終端MT進(jìn)行連接通信，而是通過FM來與MT進(jìn)行連接通信。


　　信息交換中心MSC有3個(gè)主要的功能：通過路由表，跟蹤和定位本系統(tǒng)內(nèi)所有藍(lán)牙設(shè)備；在2個(gè)屬于不同微微網(wǎng)的藍(lán)牙設(shè)備之間建立路由連接，并在設(shè)備之間交流路由信息；在需要的情況下幫助完成系統(tǒng)的切換功能。此外，如果MSC連接到一個(gè)Internet端口外，則對(duì)BRS系統(tǒng)外，MSC起到一個(gè)網(wǎng)關(guān)的作用。這就使得藍(lán)牙信息流可以出入該BRS系統(tǒng)或進(jìn)入到其它藍(lán)牙系統(tǒng)。


　　（1）路由表


　　MSC路由表包含了所有的固定藍(lán)牙主設(shè)備FM及其從設(shè)備（移動(dòng)終端MT）的地址。路由表分2層，每當(dāng)有MT進(jìn)入/離開一個(gè)FM微微網(wǎng)或每當(dāng)一個(gè)FM被激活/使不活動(dòng)時(shí)，路由表就更新一次。一個(gè)MT可以有多個(gè)入口（即可以屬于多個(gè)FM的從設(shè)備），但在一個(gè)FM微微網(wǎng)中只有代表一個(gè)入口。


　　（2）路由的建立


　　通常情況下，藍(lán)牙設(shè)備會(huì)向MSC發(fā)出路由連接請(qǐng)求，該請(qǐng)求信息包含被請(qǐng)求連接藍(lán)牙設(shè)備的地址BD_ADDR（設(shè)備號(hào)）。發(fā)出連接請(qǐng)求的藍(lán)牙設(shè)備可能是固定藍(lán)牙主設(shè)備FM或藍(lán)牙移動(dòng)終端MT。在路由連接中，發(fā)出連接請(qǐng)求的藍(lán)牙設(shè)備是源端，被請(qǐng)求連接的藍(lán)牙設(shè)備是目的端。當(dāng)MSC收到該路由連接請(qǐng)求時(shí)，它將會(huì)通知目的端。如果目的端是固定藍(lán)牙主設(shè)備FM，MSC將直接把路由連接請(qǐng)求信息發(fā)給FM，如果目的端是MT，MSC將通過路由表找到該MT所屬的FM微微網(wǎng)，進(jìn)而通過此FM轉(zhuǎn)發(fā)路由連接請(qǐng)示信息至目的端MT。


　　當(dāng)目的端收到路由請(qǐng)求信息時(shí)，將通過MSC，然后MSC通知源端可以進(jìn)行通信。源端的基帶數(shù)據(jù)包通過MSC、FM時(shí)要進(jìn)行包頭和接入碼的檢測(cè)，然后修改懈頭或接入碼路由到下一代鏈路。當(dāng)路由鏈路出錯(cuò)或鏈路中有一藍(lán)牙設(shè)備發(fā)出特殊鏈路管理信息來終止鏈路時(shí)，路由鏈路會(huì)被終止。


　�。�3）切換


　　信息交換中心MSC可以幫助并加速完成藍(lán)牙移動(dòng)終端MT從一個(gè)FM微微網(wǎng)切換到另一個(gè)FM微微網(wǎng)。當(dāng)一個(gè)藍(lán)牙移動(dòng)終端MT需要信息交換中心MSC來幫助完成切換時(shí)，它會(huì)通過當(dāng)前的主設(shè)備FM向MSC發(fā)送切換請(qǐng)求信息（1）。切換請(qǐng)求信息包含發(fā)出請(qǐng)求的MT藍(lán)牙地址，新的主設(shè)備FM的地址，及MT與新的主設(shè)備FM之間的時(shí)鐘偏移量。信息交換中心MSC收到MT的切換請(qǐng)求后，會(huì)把MT的藍(lán)牙地址及MT與新的主設(shè)備FM之間的時(shí)鐘偏移量發(fā)送給新的主設(shè)備FM（2），并通知該新的主設(shè)備FM對(duì)MT進(jìn)行尋呼（3）。這樣會(huì)減少新的主設(shè)備FM進(jìn)行尋呼的時(shí)間，并在新的主設(shè)備FM與MT之間不再進(jìn)行主從轉(zhuǎn)換，從而使整個(gè)切換時(shí)間快7倍（相對(duì)于信息交換中心MSC沒有參與切換和情況下）。


　　2.固定藍(lán)牙主設(shè)備FM


　　FM在位置上是固定的，通常是在房間里或走廊里以覆蓋最大范圍。FM是移動(dòng)終端MT到信息交換中心MSC的接口，并負(fù)責(zé)MT與MSC之間信息的轉(zhuǎn)換。此外，F(xiàn)M也實(shí)現(xiàn)正常的藍(lán)牙功能。固定藍(lán)牙主設(shè)備FM通過光纜或雙絞線與信息交換中心MSC進(jìn)行連接，二者之間使用了一種修改的藍(lán)牙基帶連接，且不使用藍(lán)牙跳頻技術(shù)。FM與移動(dòng)終端MT之間進(jìn)行正常的藍(lán)牙通信。2個(gè)FM之間不能夠直接通信，需要信息交換中心MSC作中介。


　　固定藍(lán)牙主設(shè)備FM除了具有正常的藍(lán)牙功能外，還有許多其它功能。如接收新的藍(lán)牙從設(shè)備進(jìn)入整個(gè)BRS系統(tǒng)；通知MSC本FM微微網(wǎng)的變化；到其它FM微微網(wǎng)路由信息；在本FM微微網(wǎng)和MSC之間充當(dāng)中繼器的角色。


　　3.藍(lán)牙移動(dòng)終端MT


　　藍(lán)牙移動(dòng)終端MT是普通的藍(lán)牙設(shè)備，此外還附加一些特殊的功能。MT直接與固定藍(lán)牙主設(shè)備FM進(jìn)行通信，或通過FM、MSC與BRS系統(tǒng)內(nèi)的其它藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。當(dāng)與信息交換中心MSC進(jìn)行通信的時(shí)候，F(xiàn)M起到中繼器的作用。當(dāng)與超出本FM微微網(wǎng)范圍的其它FM或MT進(jìn)行通信時(shí)，必須通過信息交換中心MSC，即MT-FM-MSC-FM(-MT)。相對(duì)于FM、SMC、MT的附加功能要少些，但共享FM的一些特殊功能。MT的主要特點(diǎn)是：進(jìn)出一個(gè)FM微微網(wǎng)；當(dāng)從一個(gè)FM微微網(wǎng)漫游到另一個(gè)FM微微網(wǎng)時(shí)，可以發(fā)出切換幫助信息；可以與本FM微微網(wǎng)外的其它藍(lán)牙設(shè)備建立連接進(jìn)行通信。


　　BRS系統(tǒng)與外部的路由連接


　　當(dāng)BRS系統(tǒng)與外部進(jìn)行路由連接時(shí)，信息交換中心MSC起到網(wǎng)關(guān)的作用。路由的源端/目的端可能是牙設(shè)備，也可能不是藍(lán)牙設(shè)備。


　　在BRS系統(tǒng)之間，各BRS系統(tǒng)的信息交換中心MSC通過以太網(wǎng)連接構(gòu)成一個(gè)非面向連接的系統(tǒng)。各信息交換中心MSC對(duì)從其它MSC傳送過來的藍(lán)牙數(shù)據(jù)包，進(jìn)行接入碼中藍(lán)牙地址的檢測(cè)，只有與路由表相匹配的包才被轉(zhuǎn)發(fā)，否則拒絕該包。


　　BRS與LAN/WAN之間的路由：源端的MSC在發(fā)送藍(lán)牙數(shù)據(jù)包時(shí)，加上TCP/IP包頭，然后通過LAN/WAN路由到目的端，目的端的MSC收到包后再去掉的TCP/IP包頭。


　　藍(lán)牙路由機(jī)制BRS基于現(xiàn)行最新藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范，并做了適量的修改，具有一定的靈活性和可升級(jí)性。此外，本文介紹的藍(lán)牙路由機(jī)制BRS也考慮到網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，如BRS系統(tǒng)之間的路由、BRS與局域網(wǎng)LAN/廣域網(wǎng)WAN之間的路由等。相信隨著藍(lán)牙技術(shù)及其協(xié)議的不斷完善，路由機(jī)制將成為藍(lán)牙技術(shù)的一個(gè)重要方面。


摘自《世界電信》2001.11