蓝牙网络数据传输分析

蓝牙网络数据传输分析

蓝牙网络的结构
微微网是实现蓝牙无线通信的最基本方式。每个微微网只有一个主设备，一个主设备最多可以同时与七个从设备同时进行通信，多个蓝牙设备组成微微网如图1所示。
散射网是多个微微网相互连接所形成的比微微网覆盖范围更大的蓝牙网络，其特点是不同的微微网之间有互联的蓝牙设备，如图2所示。

虽然每个微微网只有一个主设备，但从设备可以基于时分复用机制加入不同的微微网，而且一个微微网的主设备可以成为另外一个微微网的从设备。每个微微网都有其独立的跳频序列，它们之间并不跳频同步，由此避免了同频干扰。

蓝牙物理层链路
蓝牙技术规范规定在主设备和从设备之间，可以建立两种不同类型链路：同步链路(Synchronous Connection-Orientation，SCO)和异步链路(Asynchronous
Connection-Less，ACL)。
SCO链路是主设备与从设备之间点对点链路，主设备通过使用规则间隔的保留时隙运行SCO链路，其传输速率为64 kb/s，用于支持话音通讯。每个主设备最多同时支持三路SCO链路。
ACL链路是指在非SCO保留时隙，主设备以时隙为单位与从设备进行数据分组交换。主设备与一个从设备之间只能存在一条ACL链路，每个主设备最多同时支持七个从设备。对于多数ACL分组，采用分组重传保障数据完整性和正确性。ACL链路建立后，主设备和从设备以时分复用方式，交替传输分组。主设备仅在偶数时隙开始传输分组，从设备仅在奇数时隙开始传输分组。由主设备或从设备分组传输可选1个时隙、3个时隙、5个时隙的传输方式。

蓝牙ACL分组传输

蓝牙ACL分组数据包分为中数据速率类型(Data Medium，DM)和高数据速率类型(Data High，DH)。DH包使用较少的错误纠正来获得较高的数据传输率。

在一个单时隙包内，需要传送72 b微微网访问码以及54 b数据包报头，以及包与包之间需要一个220 μs的防护频带，因此，在实际传输的无线接口上所获得的数据传输率远小于最大的原始数据传输率1 Mb/s[5]。
在不同的时隙传输方式(DH1、DH2、DH3)中，蓝牙数据包的有效载荷比例如表1所示[5]。
表1 数据包有效载荷比
每数据包时隙数
1个时隙
3个时隙
5个时隙
有效载荷比例
1/3
7/9
13/15
由此可见，尽可能采用大时隙方式进行数据传输，可以通过较高的有效载荷，达到提高蓝牙网整体通讯性能的效果。
2 基于BER模式的数据传输算法
在蓝牙应用的数据传输中采用比特误码率(Bit Error Rate ，BER)进行描述传输的质量，BER值越大表示通讯过程中误码率越高。当前蓝牙应用中采用的数据传输算法，为简化蓝牙网的连接管理，未考虑具体通讯链路中BER的变化，在整个传输过程中均采用单一链路帧方式，导致传输效率不高。
在实际通讯过程中由于周边环境的噪声影响，使得采用单一时隙模式进行数据通讯得到的效果并非最优。若采用BER参数描述当外界环境变化，并根据BER参数动态选用不同类型的数据包，可改善在环境变化剧烈时造成数据传输大幅下降的情况。
在蓝牙协议中[5]，通过调用Get_Link_ Quality 函数可以获取当前链路通讯质量信息，其值范围在0～255之间，值越大表示信道质量越好，并允许自定义衡量链路质量的标准将它映射到0～255之间的数值上。
基于文献[6]的CSR芯片数据模拟结果，可以将BER模式划分成为四个区分段，在进行数据传输过程中，通过对链路通讯质量的实时侦测，根据累计一段时间内的链路通讯质量状况选用较好的帧模式进行数据传输。
根据上述分析，为改善蓝牙网络的数传效率，本文所提出的一种基于BER模式的自适应数传算法描述如下：
(1) 采用Get_Link_Quality( )函数获取BER当前状态值。
(2) 统计该段时间内的平均BER状况。

(3) 进行统计结果的分析，并调整传输方式：
若BER < 0.000 152 9，则选用DH5方式进行数据传输；
若0.000 152 9 ≤ BER < 0.006 079 5，则选用DH3方式进行数据传输；
若0.006 079 5 ≤ BER < 0.015 781 3，则选用DH1方式进行数据传输；
若0.015 781 3 ≤ BER，则选用DM1方式进行数据传输。
(4) 返回(1)，继续下一次计时统计与调整传输模式。
在算法中当出现最糟糕情况时，则采用DM1方式带FEC纠错的最短时隙数据包进行数据传输，其余采用高速无FEC纠错的DH1、DH3、DH5方式进行数据传输。

算法的效率实验与分析
在本文实验环境中，采用P41.8 G的PC机安装Redhat Linux9.0 作为蓝牙网主设备，通过安装Bluetake BT007X USB Adapter的七台便携式电脑作为从设备，另有25台带蓝牙设备的PDA和掌上电脑共同组成蓝牙ACL分组数据传输实验网。