1.3藍牙散射網(wǎng)拓撲構建的規(guī)則

　　在一個藍牙WPAN拓撲結構中，主設備或從設備只是節(jié)點的一個邏輯狀態(tài)。一個單元只能是一個微微網(wǎng)的主設備，但可以參與多個相互重疊的微微網(wǎng)。一個主設備或一個參與多個微微網(wǎng)的活動從設備稱為橋；允許微微網(wǎng)構成一個被稱為散射網(wǎng)的較大網(wǎng)絡。由于使用了跳頻技術，一個橋在同一時間不能作為多個微微網(wǎng)的活動設備；橋必須在一個時分基上的2個微微網(wǎng)間進行轉換，轉換時必須與當前的微微網(wǎng)再同步，這會帶來一個嚴重影響系統(tǒng)性能的重要開銷。

　　藍牙WPAN最主要的問題在于構造散射網(wǎng)時遇到由系統(tǒng)規(guī)范和通信量需求造成的約束。節(jié)點如何組成微微網(wǎng)以及哪個節(jié)點作為主設備或橋，對系統(tǒng)的容量、吞吐量和電池的使用時間具有重要影響。

　　因此，在散列網(wǎng)的構建過程中必須要減少設備間不必要的通信鏈接以提高網(wǎng)絡的吞吐量。每個微微網(wǎng)內設備間的鏈接是必須的，各微微網(wǎng)內的設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)之間需要通過橋互連形成藍牙自組織網(wǎng)。如果兩個微微網(wǎng)之間存在過多的橋，或者一個橋鏈接多個微微網(wǎng)均會增加冗余通信鏈接，造成藍牙自組織網(wǎng)通信性能的下降。通過合理的選橋算法，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，我們總結出能夠提高散射網(wǎng)性能的組網(wǎng)規(guī)則如下：

　?。?）在藍牙組網(wǎng)的形成過程中應合理控制微微網(wǎng)的數(shù)目，使其限定在一個固定值，以減少微微網(wǎng)之間的通信干擾，保持網(wǎng)絡復雜性最小。

　?。?）減少自組織網(wǎng)內橋節(jié)點的負載，防止其成為網(wǎng)絡通信的瓶頸。這樣不僅能簡化橋節(jié)點的調度算法，還能縮短因橋節(jié)點在不同微微網(wǎng)間切換的而造成的通信傳輸時延，從而提高網(wǎng)絡的性能。

　?。?）限制設備間的冗余通信鏈接，尤其是微微網(wǎng)之間的通信鏈接。通過限制設備間的冗余鏈接量，可減少設備間的電力消耗，延長網(wǎng)絡的使用壽命，還能因減少橋的負載而提高網(wǎng)絡的吞吐量。

　　（在組建藍牙自組織網(wǎng)的過程中，應優(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)點上的轉發(fā)時延，增加藍牙自組織網(wǎng)的通信量。

　?。?）網(wǎng)絡拓撲形狀優(yōu)良，可以使網(wǎng)絡具有自路由功能，從而提高網(wǎng)絡的通信能。

　　1.4藍牙散射網(wǎng)拓撲構建的關鍵問題

　　藍牙散射網(wǎng)拓撲構建就是將一組彼此分離的藍牙節(jié)點連接起來，因此藍牙節(jié)點的互相發(fā)現(xiàn)過程和節(jié)點的角色分配等問題對藍牙網(wǎng)絡的構建以及網(wǎng)絡負載均衡影響很大。

　?。?）藍牙節(jié)點的互相發(fā)現(xiàn)

　　藍牙節(jié)點的互相發(fā)現(xiàn)過程是藍牙散射網(wǎng)拓撲構建過程中的關鍵部分，在這一過程中，每個藍牙節(jié)點都應該知道它自己通信范圍內的節(jié)點信息，這個信息應該是對稱的，但藍牙網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目的不確定性和藍牙基帶規(guī)范中節(jié)

　　點連接機制的不對稱性給藍牙節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程的成功實現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)。

　　藍牙規(guī)范中規(guī)定藍牙的鏈接形成由查詢（Inquiry）和尋呼（page）兩個過程組成，查詢過程并沒有保證查詢節(jié)點與被查詢節(jié)點互相知道對方。欲發(fā)現(xiàn)相鄰節(jié)點的查詢者在發(fā)送查詢包時，并沒有發(fā)送它自己的唯一藍牙識別碼，被查詢者收到查詢包時不知道查詢者的信息；另外藍牙發(fā)現(xiàn)機制要求處于相對模式（查詢Inquiry和查詢掃描Inquiry scan模式）的兩個節(jié)點才能互相交換數(shù)據(jù)，但如何保證兩個相鄰節(jié)點處于相對模式的方法卻沒有明確規(guī)定。這是藍牙散射網(wǎng)拓撲構建算法應該解決的關鍵問題。

　　目前大多數(shù)算法采用以下做法：在預定義的節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間長度內，允許每個節(jié)點在Inquiry查詢模式和Inquiry scan查詢掃描模式之間交替變化，每個模式的持續(xù)時間在給定的時間范圍內是隨機的，當兩個處于相對模式的節(jié)點握手時，他們建立一個臨時的微微網(wǎng)。查詢者進入尋呼模式（Page）成為主節(jié)點，被查詢者進入尋呼掃描（Page scan）模式，成為從節(jié)點。兩個節(jié)點交換他們的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。

　　這樣在充足時間內兩個相鄰節(jié)點處于相對模式，從而互相發(fā)現(xiàn)的概率值很大。

　?。?）首領節(jié)點的選舉過程和方法

　　因為節(jié)點開始時是異步的，還沒有其他參與網(wǎng)絡構成的節(jié)點的相關信息。所以通過選舉方式選取首領節(jié)點將控制整個網(wǎng)絡的構成，獲得所有參與構成網(wǎng)絡的節(jié)點的相關信息，并保證最終形成的散射網(wǎng)是連通的。另外，首領節(jié)點的資源應該是豐富的，保證整個網(wǎng)絡的健壯性。

　　（3）各微微網(wǎng)中的主節(jié)點的選舉

　　主節(jié)點負責維護各個微微網(wǎng)內的節(jié)點通信，主節(jié)點性能的好壞直接影響該網(wǎng)絡的性能。主節(jié)點消耗的能量大，因此應該選擇能量充分，健壯的節(jié)點作為主節(jié)點。

　?。?）橋節(jié)點的選擇

　　橋節(jié)點對保證藍牙散射網(wǎng)的連通起著關鍵性的作用，在網(wǎng)絡中，橋節(jié)點在同一時刻只能在一個微微網(wǎng)中處于活動狀態(tài)，它采取時分復用方式在這些微微網(wǎng)間切換，每切換到一個微微網(wǎng)，就與該微微網(wǎng)同步。橋節(jié)點一般分為兩類：主橋節(jié)點和從橋節(jié)點，主橋節(jié)點是橋節(jié)點在一個微微網(wǎng)中為主節(jié)點而在另一個微微網(wǎng)中為從節(jié)點，稱為M/S橋。從橋節(jié)點是橋節(jié)點在兩個微微網(wǎng)中都為從節(jié)點，稱為S/S橋。

　　藍牙微微網(wǎng)通過M/S橋連接而形成的藍牙散射網(wǎng)的拓撲為分級結構，

　　如圖4示：

　　圖4 牙散射網(wǎng)的分級拓撲結構

　　分級結構中，網(wǎng)絡拓撲表現(xiàn)為樹形，假設樹的根節(jié)點所在的微微網(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)點為根微微網(wǎng)的從節(jié)點。各微微網(wǎng)的內部通信可獨立進行，但微微網(wǎng)之間的通信要通過根微微網(wǎng)。因為葉微微網(wǎng)的主節(jié)點為橋節(jié)點，當它參與根微微網(wǎng)的通信時，所有葉微微網(wǎng)的通信將被掛起，嚴重降低了系統(tǒng)的吞吐量。

　　藍牙微微網(wǎng)通過S/S橋連接而形成的藍牙散射網(wǎng)的拓撲為平面結構，如

　　圖5所示：

　　圖5 藍牙散射網(wǎng)的平面拓撲結構

　　平面結構中，相鄰微微網(wǎng)之間通過共享從節(jié)點進行通信，共享的從節(jié)點在休眠模式與活動模式之間切換，可以在這些微微網(wǎng)中交替地處于活動狀態(tài)，實現(xiàn)微微網(wǎng)之間的通信，這種結構是分布式的，利于負載平衡，網(wǎng)絡也更健壯。

　　綜上所述，橋節(jié)點的選擇在保證網(wǎng)絡連通性的前提下，還要考慮所連通網(wǎng)絡的健壯性，橋節(jié)點本身的健壯性也就很關鍵，因此應選擇能量充足的節(jié)點作為橋節(jié)點；另外橋節(jié)點參與的微微網(wǎng)數(shù)量應盡量少，保證網(wǎng)絡負載平衡，以及避免橋節(jié)點在不同微微網(wǎng)間切換帶來的時間延遲和能量消耗。通過以上分析，我們知道只有對以上幾個關鍵問題有所突破的拓撲構建算法才能構建出連通的，分布式的，時間延遲小的，健壯的藍牙散射網(wǎng)。