2.3 蓝牙组网与蓝牙路由机制

2.3.1 蓝牙网络拓扑结构

蓝牙支持点对点和点对多点通信。蓝牙最基本的网络组成是微微网，而微微网实际上是一种个人区域网。这是一种以个人区域（即办公室区域）为应用环境的网络结构。这里要指出的是，微微网并不能够代替局域网，它只是用来代替或简化个人区域的电缆连接的。

微微网由主设备单元和从设备单元两种设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号和调频序列。而从设备单元一般是受控同步的设备单元，并接受主设备单元的控制。在同一微微网中，所有设备单元均采用同一调频序列。一个微微网中，一般只有一个主设备单元，而从设备单元目前最多可以有7个。

当主设备单元为一个，从设备单元也是一个的时候，这种操作方式是单一从方式。当主设备单元是一个，从设备单元是多个的时候，这种操作方式是多从方式。例如，办公室的PC可以是一个主设备单元，而无线键盘、无线鼠标和无线打印机可以充当从设备单元的角色。

不同的微微网之间可以互相连接。蓝牙标准指出，几个相互独立并不同步的、以特定方式连接起来的微微网构成了散射网络，又称作微微互联网。相邻或相近的不同的微微网采用不同的调频序列以避免干扰。一个微微网中的主设备单元同时也可以作为另一个微微网中的从设备单元，我们把这种设备单元叫做复合设备单元。对于多个微微网络，在10个满负荷、独立的微微网络结构中，全双工速率不会超过6Mbps。这是因为系统需要同步，同步信号占一定的开销，使数据传输量降低10%，故而使数据速率有所降低。

2.3.2 蓝牙路由机制

目前，蓝牙技术仍不完善。如蓝牙的传输距离短，要突破目前10m的限制，使通话范围在整个大楼、甚至整个系统还比较困难，且不支持漫游功能。它可以在微微网或散射网络之间切换，但是每次切换都必须断开与当前APN的连接。这对于某些应用是可以忍受的，然而对于手提通话、数据同步传输和信息提取等要求自始至终保持稳定的数据连接的应用来说，这样的切换将使传输中断，是不能允许的。要解决这一问题，当务之急是将移动IP技术与蓝牙技术有效地结合在一起。

为加快蓝牙技术的实用化进程，对蓝牙技术及其协议的研究与完善十分重要。本章就是针对蓝牙规范的，并在此基础上提出一种全新的蓝牙路由机制。该机制中信息交换中心与固定蓝牙主设备之间通过有线电缆连接，二者之间的通信不通过蓝牙跳频技术，移动终端与FM之间进行正常的蓝牙通信。这样可使不同MSC的移动终端MT之间进行路由、切换，可使蓝牙网络突破10m的限制，从而覆盖整个楼层，甚至整个大楼。

蓝牙路由机制包括3个主要的功能模块，如图2.7所示。

1）信息交换中心（MSC）

负责跟踪系统内各蓝牙设备的漫游，并在数据包路由过程中充当中继器，它通过光缆或双绞线直接与固定蓝牙主设备（FM）连接。

2）固定蓝牙主设备（FM）

位置间隔是固定的，在信息交换中心与其他蓝牙设备，如移动终端（MT）之间提供接口。

3）移动终端（MT）

移动终端是普通的蓝牙设备，与其他普通的蓝牙设备或更大的蓝牙系统之间进行通信。移动终端MT是固定蓝牙主设备FM的从设备，固定蓝牙主设备FM是信息交换中心MSC的从设备。在移动终端MT与固定蓝牙主设备FM之间进行连接建立的过程中，FM是主设备，当连接建立完成后，MT与FM之间要进行主从转换。

在该蓝牙路由机制中，链路管理协议（LMP）被用来传输路由协议数据单元（PDU）；此外，在固定蓝牙主设备FM与信息交换中心MSC链路之间使用了一种修改的蓝牙基带连接，且不使用蓝牙跳频技术。

1.信息交换中心（MSC）

信息交换中心是整个蓝牙路由机制的核心部分。没有信息交换中心，一个区域的蓝牙设备就不能够与10m外的其他蓝牙设备进行通信。MSC应放置在相对于各固定蓝牙主设备FM的中心位置，如建筑物的中心位置或Internet的接口处。MSC通过光缆或双绞线直接与固定蓝牙主设备FM进行连接，所以理论上MSC与FM之间没有距离的约束。但MSC不直接与蓝牙移动终端MT进行连接通信，而是通过FM来与MT进行连接通信。

信息交换中心MSC有3个主要的功能：通过路由表，跟踪和定位本系统内所有蓝牙设备：在2个属于不同微微网的蓝牙设备之间建立路由连接，并在设备之间交流路由信息，在需要的情况下帮助完成系统的切换功能。此外，如果MSC连接到一个hitmeet端口，则对于BRS系统，MSC起到一个网关的作用。这就使得蓝牙信息流可以出入该BRS系统或进入到其他蓝牙系统。

1）路由表

MSC路由表包含了所有的固定蓝牙主设备FM及其从设备（移动终端MT）的地址。路由表分2层，每当有MT进入/离开一个FM微微网或每当一个FM被激活/使不活动时，路由表就更新一次。一个MT可以有多个入口（即可以属于多个FM的从设备），但在一个FM微微网中只有代表一个入口。

2）路由的建立

通常情况下，蓝牙设备会向MSC发出路由连接请求，该请求信息包含被请求连接蓝牙设备的地址BD_ADDR（设备号）。发出连接请求的蓝牙设备可能是固定蓝牙主设备FM或蓝牙移动终端MT。在路由连接中，发出连接请求的蓝牙设备是源端，被请求连接的蓝牙设备是目的端。当MSC收到该路由连接请求时，它将会通知目的端。如果目的端是固定蓝牙主设备FM，MSC将直接把路由连接请求信息发给FM，如果目的端是MT，MSC将通过路由表找到该MT所属的FM微微网，进而通过此FM转发路由连接请示信息至目的端MT。当目的端收到路由请求信息时，将通知MSC，然后MSC通知源端可以进行通信。源端的基带数据包通过MSC、FM时要进行包头和接入码的检测，然后修改包头或接入码路由到下一链路。当路由链路出错或链路中有一蓝牙设备发出特殊链路管理信息来终止链路时，路由链路会被终止。

3）切换

信息交换中心MSC可以帮助并加速完成蓝牙移动终端MT从一个FM微微网切换到另一个FM微微网。当一个蓝牙移动终端MT需要信息交换中心MSC来帮助完成切换时，它会通过当前的主设备FM向MSC发送切换请求信息。切换请求信息包含发出请求的MT蓝牙地址，新的主设备FM的地址，及MT与新的主设备FM之间的时钟偏移量。信息交换中心MSC收到MT的切换请求后，会把MT的蓝牙地址及MT与新的主设备FM之间的时钟偏移量发送给新的主设备FM，并通知该新的主设备FM对MT进行寻呼。这样会减少新的主设备FM进行寻呼的时间，并在新的主设备FM与MT之间不再进行主从转换，从而使整个切换时间快7倍（相对于信息交换中心MSC没有参与切换的情况下）。

2.固定蓝牙主设备FM

FM在位置上是固定的，通常是在房间里以覆盖最大范围。FM是移动终端MT到信息交换中心MSC的接口，并负责MT与MSC之间信息的转换。此外，FM也实现了正常的蓝牙功能。固定蓝牙主设备FM通过光缆或双绞线与信息交换中心MSC进行连接，二者之间使用了一种修改的蓝牙基带连接，且不使用蓝牙跳频技术。FM与移动终端MT之间进行正常的蓝牙通信。2个FM之间不能够直接通信，需要信息交换中心MSC作中介。

固定蓝牙主设备FM除了具有正常的蓝牙功能外，还有许多其他功能。如接收新的蓝牙从设备进入整个BRS系统；通知MSC本FM微微网的变化；到其他FM微微网的路由信息；在本FM微微网和MSC之间充当中继器的角色。

3.蓝牙移动终端MT

蓝牙移动终端MT是普通的蓝牙设备，此外还附加一些特殊的功能。MT直接与固定蓝牙主设备FM进行通信，或通过FM、MSC与BRS系统内的其他蓝牙设备进行通信。当与信息交换中心MSC进行通信的时候，FM起到中继器的作用。当与超出本FM微微网范围的其他FM或MT进行通信时，必须通过信息交换中心MSC，即MT-FM-MSC-FM（-MT）。相对于FM、SMC，MT的附加功能要少些，但共享FM的一些特殊功能。MT的主要特点是：可进出一个FM微微网；当从一个FM微微网漫游到另一个FM微微网时，可以发出切换帮助信息；可以与本FM微微网外的其他蓝牙设备建立连接进行通信。

4.BRS系统与外部的路由连接

当BRS系统与外部进行路由连接时，信息交换中心MSC起到网关的作用。路由的源端/目的端可能是蓝牙设备，也可能不是蓝牙设备。

在BRS系统之间，各BRS系统的信息交换中心MSC通过以太网连接构成一个非面向连接的系统。各信息交换中心MSC对从其他MSC传送过来的蓝牙数据包，进行接入码中蓝牙地址的检测，只有与路由表相匹配的包才会被转发，否则拒绝该包。

BRS与LAN/WAN之间的路由：源端的MSC在发送蓝牙数据包时，加上TCP/IP包头，然后通过LAN/WAN路由到目的端，目的端的MSC收到包后再去掉TCP/IP包头。

蓝牙路由机制BRS基于现行最新蓝牙协议规范，并做了适量的修改，具有一定的灵活性和可升级性。此外，本章介绍的蓝牙路由机制BRS也考虑到网络的扩展，如BRS系统之间的路由、BRS与局域网LAN/广域网WAN之间的路由等。相信随着蓝牙技术及其协议的不断完善，路由机制将成为蓝牙技术的一个重要方面。