藍牙網絡數(shù)據傳輸分析

藍牙網絡的結構
微微網是實現(xiàn)藍牙無線通信的最基本方式。每個微微網只有一個主設備，一個主設備最多可以同時與七個從設備同時進行通信，多個藍牙設備組成微微網如圖1所示。
散射網是多個微微網相互連接所形成的比微微網覆蓋范圍更大的藍牙網絡，其特點是不同的微微網之間有互聯(lián)的藍牙設備，如圖2所示。

雖然每個微微網只有一個主設備，但從設備可以基于時分復用機制加入不同的微微網，而且一個微微網的主設備可以成為另外一個微微網的從設備。每個微微網都有其獨立的跳頻序列，它們之間并不跳頻同步，由此避免了同頻干擾。

藍牙物理層鏈路
藍牙技術規(guī)范規(guī)定在主設備和從設備之間，可以建立兩種不同類型鏈路：同步鏈路(Synchronous Connection-Orientation，SCO)和異步鏈路(Asynchronous
Connection-Less，ACL)。
SCO鏈路是主設備與從設備之間點對點鏈路，主設備通過使用規(guī)則間隔的保留時隙運行SCO鏈路，其傳輸速率為64 kb/s，用于支持話音通訊。每個主設備最多同時支持三路SCO鏈路。
ACL鏈路是指在非SCO保留時隙，主設備以時隙為單位與從設備進行數(shù)據分組交換。主設備與一個從設備之間只能存在一條ACL鏈路，每個主設備最多同時支持七個從設備。對于多數(shù)ACL分組，采用分組重傳保障數(shù)據完整性和正確性。ACL鏈路建立后，主設備和從設備以時分復用方式，交替?zhèn)鬏敺纸M。主設備僅在偶數(shù)時隙開始傳輸分組，從設備僅在奇數(shù)時隙開始傳輸分組。由主設備或從設備分組傳輸可選1個時隙、3個時隙、5個時隙的傳輸方式。

藍牙ACL分組傳輸

藍牙ACL分組數(shù)據包分為中數(shù)據速率類型(Data Medium，DM)和高數(shù)據速率類型(Data High，DH)。DH包使用較少的錯誤糾正來獲得較高的數(shù)據傳輸率。

在一個單時隙包內，需要傳送72 b微微網訪問碼以及54 b數(shù)據包報頭，以及包與包之間需要一個220 μs的防護頻帶，因此，在實際傳輸?shù)臒o線接口上所獲得的數(shù)據傳輸率遠小于最大的原始數(shù)據傳輸率1 Mb/s[5]。
在不同的時隙傳輸方式(DH1、DH2、DH3)中，藍牙數(shù)據包的有效載荷比例如表1所示[5]。
表1 數(shù)據包有效載荷比
每數(shù)據包時隙數(shù)
1個時隙
3個時隙
5個時隙
有效載荷比例
1/3
7/9
13/15
由此可見，盡可能采用大時隙方式進行數(shù)據傳輸，可以通過較高的有效載荷，達到提高藍牙網整體通訊性能的效果。
2 基于BER模式的數(shù)據傳輸算法
在藍牙應用的數(shù)據傳輸中采用比特誤碼率(Bit Error Rate ，BER)進行描述傳輸?shù)馁|量，BER值越大表示通訊過程中誤碼率越高。當前藍牙應用中采用的數(shù)據傳輸算法，為簡化藍牙網的連接管理，未考慮具體通訊鏈路中BER的變化，在整個傳輸過程中均采用單一鏈路幀方式，導致傳輸效率不高。
在實際通訊過程中由于周邊環(huán)境的噪聲影響，使得采用單一時隙模式進行數(shù)據通訊得到的效果并非最優(yōu)。若采用BER參數(shù)描述當外界環(huán)境變化，并根據BER參數(shù)動態(tài)選用不同類型的數(shù)據包，可改善在環(huán)境變化劇烈時造成數(shù)據傳輸大幅下降的情況。
在藍牙協(xié)議中[5]，通過調用Get_Link_ Quality 函數(shù)可以獲取當前鏈路通訊質量信息，其值范圍在0～255之間，值越大表示信道質量越好，并允許自定義衡量鏈路質量的標準將它映射到0～255之間的數(shù)值上。
基于文獻[6]的CSR芯片數(shù)據模擬結果，可以將BER模式劃分成為四個區(qū)分段，在進行數(shù)據傳輸過程中，通過對鏈路通訊質量的實時偵測，根據累計一段時間內的鏈路通訊質量狀況選用較好的幀模式進行數(shù)據傳輸。
根據上述分析，為改善藍牙網絡的數(shù)傳效率，本文所提出的一種基于BER模式的自適應數(shù)傳算法描述如下：
(1) 采用Get_Link_Quality( )函數(shù)獲取BER當前狀態(tài)值。
(2) 統(tǒng)計該段時間內的平均BER狀況。

(3) 進行統(tǒng)計結果的分析，并調整傳輸方式：
若BER < 0.000 152 9，則選用DH5方式進行數(shù)據傳輸；
若0.000 152 9 ≤ BER < 0.006 079 5，則選用DH3方式進行數(shù)據傳輸；
若0.006 079 5 ≤ BER < 0.015 781 3，則選用DH1方式進行數(shù)據傳輸；
若0.015 781 3 ≤ BER，則選用DM1方式進行數(shù)據傳輸。
(4) 返回(1)，繼續(xù)下一次計時統(tǒng)計與調整傳輸模式。
在算法中當出現(xiàn)最糟糕情況時，則采用DM1方式帶FEC糾錯的最短時隙數(shù)據包進行數(shù)據傳輸，其余采用高速無FEC糾錯的DH1、DH3、DH5方式進行數(shù)據傳輸。

算法的效率實驗與分析
在本文實驗環(huán)境中，采用P41.8 G的PC機安裝Redhat Linux9.0 作為藍牙網主設備，通過安裝Bluetake BT007X USB Adapter的七臺便攜式電腦作為從設備，另有25臺帶藍牙設備的PDA和掌上電腦共同組成藍牙ACL分組數(shù)據傳輸實驗網。