2.3 藍牙組網與藍牙路由機制

2.3.1 藍牙網絡拓撲結構

藍牙支持點對點和點對多點通信。藍牙最基本的網絡組成是微微網，而微微網實際上是一種個人區域網。這是一種以個人區域（即辦公室區域）為應用環境的網絡結構。這里要指出的是，微微網并不能夠代替局域網，它只是用來代替或簡化個人區域的電纜連接的。

微微網由主設備單元和從設備單元兩種設備單元構成。主設備單元負責提供時鐘同步信號和調頻序列。而從設備單元一般是受控同步的設備單元，并接受主設備單元的控制。在同一微微網中，所有設備單元均采用同一調頻序列。一個微微網中，一般只有一個主設備單元，而從設備單元目前最多可以有7個。

當主設備單元為一個，從設備單元也是一個的時候，這種操作方式是單一從方式。當主設備單元是一個，從設備單元是多個的時候，這種操作方式是多從方式。例如，辦公室的PC可以是一個主設備單元，而無線鍵盤、無線鼠標和無線打印機可以充當從設備單元的角色。

不同的微微網之間可以互相連接。藍牙標準指出，幾個相互獨立并不同步的、以特定方式連接起來的微微網構成了散射網絡，又稱作微微互聯網。相鄰或相近的不同的微微網采用不同的調頻序列以避免干擾。一個微微網中的主設備單元同時也可以作為另一個微微網中的從設備單元，我們把這種設備單元叫做復合設備單元。對于多個微微網絡，在10個滿負荷、獨立的微微網絡結構中，全雙工速率不會超過6Mbps。這是因為系統需要同步，同步信號占一定的開銷，使數據傳輸量降低10%，故而使數據速率有所降低。

2.3.2 藍牙路由機制

目前，藍牙技術仍不完善。如藍牙的傳輸距離短，要突破目前10m的限制，使通話范圍在整個大樓、甚至整個系統還比較困難，且不支持漫游功能。它可以在微微網或散射網絡之間切換，但是每次切換都必須斷開與當前APN的連接。這對于某些應用是可以忍受的，然而對于手提通話、數據同步傳輸和信息提取等要求自始至終保持穩定的數據連接的應用來說，這樣的切換將使傳輸中斷，是不能允許的。要解決這一問題，當務之急是將移動IP技術與藍牙技術有效地結合在一起。

為加快藍牙技術的實用化進程，對藍牙技術及其協議的研究與完善十分重要。本章就是針對藍牙規范的，并在此基礎上提出一種全新的藍牙路由機制。該機制中信息交換中心與固定藍牙主設備之間通過有線電纜連接，二者之間的通信不通過藍牙跳頻技術，移動終端與FM之間進行正常的藍牙通信。這樣可使不同MSC的移動終端MT之間進行路由、切換，可使藍牙網絡突破10m的限制，從而覆蓋整個樓層，甚至整個大樓。

藍牙路由機制包括3個主要的功能模塊，如圖2.7所示。

1）信息交換中心（MSC）

負責跟蹤系統內各藍牙設備的漫游，并在數據包路由過程中充當中繼器，它通過光纜或雙絞線直接與固定藍牙主設備（FM）連接。

2）固定藍牙主設備（FM）

位置間隔是固定的，在信息交換中心與其他藍牙設備，如移動終端（MT）之間提供接口。

3）移動終端（MT）

移動終端是普通的藍牙設備，與其他普通的藍牙設備或更大的藍牙系統之間進行通信。移動終端MT是固定藍牙主設備FM的從設備，固定藍牙主設備FM是信息交換中心MSC的從設備。在移動終端MT與固定藍牙主設備FM之間進行連接建立的過程中，FM是主設備，當連接建立完成后，MT與FM之間要進行主從轉換。

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

1.信息交換中心（MSC）

信息交換中心是整個藍牙路由機制的核心部分。沒有信息交換中心，一個區域的藍牙設備就不能夠與10m外的其他藍牙設備進行通信。MSC應放置在相對于各固定藍牙主設備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牙主設備FM進行連接，所以理論上MSC與FM之間沒有距離的約束。但MSC不直接與藍牙移動終端MT進行連接通信，而是通過FM來與MT進行連接通信。

信息交換中心MSC有3個主要的功能：通過路由表，跟蹤和定位本系統內所有藍牙設備：在2個屬于不同微微網的藍牙設備之間建立路由連接，并在設備之間交流路由信息，在需要的情況下幫助完成系統的切換功能。此外，如果MSC連接到一個hitmeet端口，則對于BRS系統，MSC起到一個網關的作用。這就使得藍牙信息流可以出入該BRS系統或進入到其他藍牙系統。

1）路由表

MSC路由表包含了所有的固定藍牙主設備FM及其從設備（移動終端MT）的地址。路由表分2層，每當有MT進入/離開一個FM微微網或每當一個FM被激活/使不活動時，路由表就更新一次。一個MT可以有多個入口（即可以屬于多個FM的從設備），但在一個FM微微網中只有代表一個入口。

2）路由的建立

通常情況下，藍牙設備會向MSC發出路由連接請求，該請求信息包含被請求連接藍牙設備的地址BD_ADDR（設備號）。發出連接請求的藍牙設備可能是固定藍牙主設備FM或藍牙移動終端MT。在路由連接中，發出連接請求的藍牙設備是源端，被請求連接的藍牙設備是目的端。當MSC收到該路由連接請求時，它將會通知目的端。如果目的端是固定藍牙主設備FM，MSC將直接把路由連接請求信息發給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，進而通過此FM轉發路由連接請示信息至目的端MT。當目的端收到路由請求信息時，將通知MSC，然后MSC通知源端可以進行通信。源端的基帶數據包通過MSC、FM時要進行包頭和接入碼的檢測，然后修改包頭或接入碼路由到下一鏈路。當路由鏈路出錯或鏈路中有一藍牙設備發出特殊鏈路管理信息來終止鏈路時，路由鏈路會被終止。

3）切換

信息交換中心MSC可以幫助并加速完成藍牙移動終端MT從一個FM微微網切換到另一個FM微微網。當一個藍牙移動終端MT需要信息交換中心MSC來幫助完成切換時，它會通過當前的主設備FM向MSC發送切換請求信息。切換請求信息包含發出請求的MT藍牙地址，新的主設備FM的地址，及MT與新的主設備FM之間的時鐘偏移量。信息交換中心MSC收到MT的切換請求后，會把MT的藍牙地址及MT與新的主設備FM之間的時鐘偏移量發送給新的主設備FM，并通知該新的主設備FM對MT進行尋呼。這樣會減少新的主設備FM進行尋呼的時間，并在新的主設備FM與MT之間不再進行主從轉換，從而使整個切換時間快7倍（相對于信息交換中心MSC沒有參與切換的情況下）。

2.固定藍牙主設備FM

FM在位置上是固定的，通常是在房間里以覆蓋最大范圍。FM是移動終端MT到信息交換中心MSC的接口，并負責MT與MSC之間信息的轉換。此外，FM也實現了正常的藍牙功能。固定藍牙主設備FM通過光纜或雙絞線與信息交換中心MSC進行連接，二者之間使用了一種修改的藍牙基帶連接，且不使用藍牙跳頻技術。FM與移動終端MT之間進行正常的藍牙通信。2個FM之間不能夠直接通信，需要信息交換中心MSC作中介。

固定藍牙主設備FM除了具有正常的藍牙功能外，還有許多其他功能。如接收新的藍牙從設備進入整個BRS系統；通知MSC本FM微微網的變化；到其他FM微微網的路由信息；在本FM微微網和MSC之間充當中繼器的角色。

3.藍牙移動終端MT

藍牙移動終端MT是普通的藍牙設備，此外還附加一些特殊的功能。MT直接與固定藍牙主設備FM進行通信，或通過FM、MSC與BRS系統內的其他藍牙設備進行通信。當與信息交換中心MSC進行通信的時候，FM起到中繼器的作用。當與超出本FM微微網范圍的其他FM或MT進行通信時，必須通過信息交換中心MSC，即MT-FM-MSC-FM（-MT）。相對于FM、SMC，MT的附加功能要少些，但共享FM的一些特殊功能。MT的主要特點是：可進出一個FM微微網；當從一個FM微微網漫游到另一個FM微微網時，可以發出切換幫助信息；可以與本FM微微網外的其他藍牙設備建立連接進行通信。

4.BRS系統與外部的路由連接

當BRS系統與外部進行路由連接時，信息交換中心MSC起到網關的作用。路由的源端/目的端可能是藍牙設備，也可能不是藍牙設備。

在BRS系統之間，各BRS系統的信息交換中心MSC通過以太網連接構成一個非面向連接的系統。各信息交換中心MSC對從其他MSC傳送過來的藍牙數據包，進行接入碼中藍牙地址的檢測，只有與路由表相匹配的包才會被轉發，否則拒絕該包。

BRS與LAN/WAN之間的路由：源端的MSC在發送藍牙數據包時，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TCP/IP包頭。

藍牙路由機制BRS基于現行最新藍牙協議規范，并做了適量的修改，具有一定的靈活性和可升級性。此外，本章介紹的藍牙路由機制BRS也考慮到網絡的擴展，如BRS系統之間的路由、BRS與局域網LAN/廣域網WAN之間的路由等。相信隨著藍牙技術及其協議的不斷完善，路由機制將成為藍牙技術的一個重要方面。