1、 虽然蓝牙采取了严密的平安机制，但由于Ad Hoc网络特点，蓝牙节点易受到窃听、主动入侵与回绝效劳等网络攻击。蓝牙PAN还有不同于其他Ad Hoc网络的一些特性：1节点通信范围有限 蓝牙节点有效发射间隔 一般为几米到几十米，儿IEEE802.11等自组织网络可到达几百米。 2挪动性相对较小 相比其他Ad Hoc网络设备，蓝牙节点的挪动速度和频率较小。 3带宽窄 蓝牙通常用做数据、语音与低速率的视频传输等应用，因此带宽较窄，目前蓝牙2.0标准定义的最高带宽也只有3Mbit/s,因此，蓝牙网络带宽的优化是个很重要的开展方向。 蓝牙网络的拓扑构造蓝牙系统采用一种灵敏的无基站的组网方式，使得一个蓝牙设
2、备可与7个其他的蓝牙设备相连接。蓝牙系统的网络构造的拓扑构造有2种形式：微微网Piconet和散射网Scatternet。（1）微微网微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络，一个微微网可以只是2台相连的设备，比方一台便携式电脑和一部挪动 ，也可以是8台连在一起的设备。在一个微微网中，所有设备的级别是一样的，具有一样的权限。蓝牙采用自组式组网方式（Ad Hoc）,微微网主设备Master单元发起链接的设备和从设备Slave单元构成，有一个主设备单元和最多7个从设备单元，如图4-1所示。主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列，从设备单元一般是受控同步的设备单元，受主设备单元控制。
3、图4-1 一个主设备和多达7个从设备组成的微微网在每个微微网中，用一组伪随机跳频序列来确定79个跳频信道，这个跳频序列对于每个微微网来说是唯一的，由主节点的地址和时钟决定。蓝牙无线信道使用跳频/时分复用FH/TDD方案，信道以625s时间长度划分时隙，根据微微网主节点的时钟对时隙进展编号，号码从0-227-1以227为一个循环长度，每个时隙对应一个跳频频率，通常跳频速率为1600跳/s。主节点只在偶数时隙开始传送信息，从节点只在奇数时隙开始传送，信息包的开始与时隙的开始相对应。微微网中信道的特性完全由主节点决定，主节点的蓝牙地址BD_ADDR决定跳频序列和信道接入码，主节点的系统时钟决定跳频序
4、列的相位和时间。根据蓝牙节点的平等性，任何一个设备都可以成为网络中的主节点，而且主、从节点可转换角色。主节点通过轮询从节点实现两者之间的通信。从节点只有收到主节点的的信息包方可发送数据。如图4-2，从节点2在t时刻收到来自主节点的数据包，此时频率为f（k）,之后它可以在下一个时隙通过f（k+1）频率向主节点发送数据包。同理，从节点1在t2时刻收到主节点的数据包，此时频率为f（k+2）,并且在时间t3通过频率f（k+3）发送数据包给主节点。 图4-2微微网内通信轮询机制 2散射网一个微微网最多只能有7个从节点同时处于通信状态。为了能包容更多的装置，并且扩大网络通讯范围，多个微微网互连在一起，就构
5、成了蓝牙自组织网，即散射网,图4-3。在散射网中，不同微微网间使用不同的跳频序列，因此，只要彼此没有同时跳跃到同一频道上，即便有多组资料流同时传送也不会造成干扰。连接微微网之间的串连装置角色称为桥Bridge。桥节点可以是所有所属微微网中的Slave角色，这样的Bridge的类别为Slave/Slave（S/S）；也可以是在其中某一所属的微微网中当Master，在其他微微网中当Slave，这样的Bridge类别为Master/Slave（M/S）。桥节点通过不同时隙在不同的微微网之间的转换而实如今跨微微网之间的资料传输。蓝牙独特的组网方式赋予了桥节点强大的生命力，同时可以有7个挪动蓝牙用户通过
6、一个网络节点与因特网相连。它靠跳频顺序识别每个微微网，同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步。 蓝牙散射网是自组网的一种特例。其最大特点是可以无基站支持，每个挪动终端的地位是平等的，并可以独立进展分组转发的决策，其建网灵敏性、多跳性、拓扑构造动态变化和分布式控制等特点是构建蓝牙散射网的根底。 图4-3蓝牙散射网实例 在一个蓝牙WPAN拓扑构造中，主设备或从设备只是节点的一个逻辑状态。一个单元只能是一个微微网的主设备，但可以参与多个互相重叠的微微网。一个主设备或一个参与多个微微网的活动从设备称为桥；允许微微网构成一个被称为散射网的较大网络。由于使用了跳频技术，一个桥在同一时间不能作为多个微微网的
7、活动设备；桥必须在一个时分基上的2个微微网间进展转换，转换时必须与当前的微微网再同步，这会带来一个严重影响系统性能的重要开销。蓝牙WPAN最主要的问题在于构造散射网时遇到由系统标准和通信量需求造成的约束。节点如何组成微微网以及哪个节点作为主设备或桥，对系统的容量、吞吐量和电池的使用时间具有重要影响。因此，在散列网的构建过程中必需要减少设备间不必要的通信链接以进步网络的吞吐量。每个微微网内设备间的链接是必须的，各微微网内的设备必需要建立通信链接，以交互信息。因此，冗余通信链接主要在微微网互连阶段。在该阶段中，各微微网之间需要通过桥互连形成蓝牙自组织网。假设两个微微网之间存在过多的桥，或者一个桥链
8、接多个微微网均会增加冗余通信链接，造成蓝牙自组织网通信性能的下降。通过合理的选桥算法，可以有效降卑微微网之间的冗余通信链接。 基于上述分析，我们总结出可以进步散射网性能的组网规那么如下：1在蓝牙组网的形成过程中应合理控制微微网的数目，使其限定在一个固定值，以减少微微网之间的通信干扰，保持网络复杂性最小。2减少自组织网内桥节点的负载，防止其成为网络通信的瓶颈。这样不仅能简化桥节点的调度算法，还能缩短因桥节点在不同微微网间切换的而造成的通信传输时延，从而进步网络的性能。3限制设备间的冗余通信链接，尤其是微微网之间的通信链接。通过限制设备间的冗余链接量，可减少设备间的电力消耗，延长网络的使用寿命，还
9、能因减少桥的负载而进步网络的吞吐量。4在组建蓝牙自组织网的过程中，应优先使用Slave/Slave（S/S）桥，尽量防止使用Master/Slave（M/S）桥，以减少数据包在桥节点上的转发时延，增加蓝牙自组织网的通信量。5网络拓扑形状优良，可以使网络具有自路由功能，从而进步网络的通信能。蓝牙散射网拓扑构建就是将一组彼此别离的蓝牙节点连接起来，因此蓝牙节点的互相发现过程和节点的角色分配等问题对蓝牙网络的构建以及网络负载平衡影响很大。1蓝牙节点的互相发现蓝牙节点的互相发现过程是蓝牙散射网拓扑构建过程中的关键部分，在这一过程中，每个蓝牙节点都应该知道它自己通信范围内的节点信息，这个信息应该是对称的
10、，但蓝牙网络中节点数目的不确定性和蓝牙基带标准中节点连接机制的不对称性给蓝牙节点发现过程的成功实现带来了挑战。蓝牙标准中规定蓝牙的链接形成由查询Inquiry和寻呼page两个过程组成，查询过程并没有保证查询节点与被查询节点互相知道对方。欲发现相邻节点的查询者在发送查询包时，并没有发送它自己的唯一蓝牙识别码，被查询者收到查询包时不知道查询者的信息；另外蓝牙发现机制要求处于相对形式查询Inquiry和查询扫描Inquiry scan形式的两个节点才能互相交换数据，但如何保证两个相邻节点处于相对形式的方法却没有明确规定。这是蓝牙散射网拓扑构建算法应该解决的关键问题。目前大多数算法采用以下做法：在预
11、定义的节点发现时间长度内，允许每个节点在Inquiry查询形式和Inquiry scan查询扫描形式之间交替变化，每个形式的持续时间在给定的时间范围内是随机的，当两个处于相对形式的节点握手时，他们建立一个临时的微微网。查询者进入寻呼形式Page成为主节点，被查询者进入寻呼扫描（Page scan）形式，成为从节点。两个节点交换他们的ID和下阶段协议需要的信息。信息交换完毕后，微微网就断开。这样在充足时间内两个相邻节点处于相对形式，从而互相发现的概率值很大。2领袖节点的选举过程和方法因为节点开始时是异步的，还没有其他参与网络构成的节点的相关信息。所以通过选举方式选取领袖节点将控制整个网络的构成，
12、获得所有参与构成网络的节点的相关信息，并保证最终形成的散射网是连通的。另外，首领节点的资源应该是丰富的，保证整个网络的强健性。3各微微网中的主节点的选举主节点负责维护各个微微网内的节点通信，主节点性能的好坏直接影响该网络的性能。主节点消耗的能量大，因此应该选择能量充分，强健的节点作为主节点。4桥节点的选择桥节点对保证蓝牙散射网的连通起着关键性的作用，在网络中，桥节点在同一时刻只能在一个微微网中处于活动状态，它采取时分复用方式在这些微微网间切换，每切换到一个微微网，就与该微微网同步。桥节点一般分为两类：主桥节点和从桥节点，主桥节点是桥节点在一个微微网中为主节点而在另一个微微网中为从节点，称为M/
13、S桥。从桥节点是桥节点在两个微微网中都为从节点，称为S/S桥。蓝牙微微网通过M/S桥连接而形成的蓝牙散射网的拓扑为分级构造，如图2-4所示：图2-4蓝牙散射网的分级拓扑构造分级构造中,网络拓扑表现为树形，假设树的根节点所在的微微网为根微微网，其他的微微网为叶微微网，那么叶微微网的主节点为根微微网的从节点。各微微网的内部通信可独立进展，但微微网之间的通信要通过根微微网。因为叶微微网的主节点为桥节点，当它参与根微微网的通信时，所有叶微微网的通信将被挂起，严重降低了系统的吞吐量。蓝牙微微网通过S/S桥连接而形成的蓝牙散射网的拓扑为平面构造，如图2-5所示：图25蓝牙散射网的平面拓扑构造平面构造中，相
14、邻微微网之间通过共享从节点进展通信，共享的从节点在休眠形式与活动形式之间切换，可以在这些微微网中交替地处于活动状态，实现微微网之间的通信，这种构造是分布式的，利于负载平衡，网络也更强健。综上所述，桥节点的选择在保证网络连通性的前提下，还要考虑所连通网络的强健性，桥节点本身的强健性也就很关键，因此应选择能量充足的节点作为桥节点；另外桥节点参与的微微网数量应尽量少，保证网络负载平衡，以及防止桥节点在不同微微网间切换带来的时间延迟和能量消耗。通过以上分析，我们知道只有对以上几个关键问题有所打破的拓扑构建算法才能构建出连通的，分布式的，时间延迟小的，强健的蓝牙散射网。蓝牙散射网拓扑构建算法就是将一组彼
15、此别离的，对相邻节点信息一无所知的节点连接起来，确定每个节点在网络中的角色，从而形成一个连通的蓝牙散射网。本节提出的算法可以对微微网数目进展合理控制，并能有效减少微微网间的冗余通信链接，减轻桥设备的负载，从而进步蓝牙散列网的性能。 算法采用分布式机制，在组网空间内选出部分权值较高的设备为主节点。每个蓝牙节点都有变量WEIGHT、变量BACK和变量TIMEOUT，其中变量WEIGHT代表节点的权值电力等级、剩余能量、数据处理才能等资源状况，这个值表示节点作为主设备的适宜度，软件模拟时，每个节点的WEIGHT值由程序随即设为1255之间的整数；变量BACK代表节点是否需要备份，初始值为0，当节点角
16、色确定为主节点和桥节点时，变量BACK变为1，变量TIMEOUT为超时设定值。每个组网蓝牙设备接通电源后周期性切换成Inquiry或Inquiry Scan状态，以发现其他设备或被发现。当两个处于相对形式的蓝牙节点互相发现后，便进展WEIGHT值的比较相等时，蓝牙地址大的一方获胜，WEIGHT值较小的一方将已搜集到的FHS封包传给WEIGHT值较大的一方，并进入Page scan状态，WEIGHT值较大的一方接收对方的FHS封包后，将其TIMEOUT值复位，继续随机进入Inquiry或Inquiry scan程序；如此一再重复，直到TIMEOUT时间内，都没有再发现任何节点为止节点会相继进入P
17、age scan，只有处于Inquiry或Inquiry scan状态的节点能互相发现，该节点就是选举出来的主节点，它将进入Page程序，它的变量BACK值变为1，整个程序将进入桥节点的选择阶段。各个已选出的主节点根据选桥策略确定互连各微微网的桥节点，并且优先使用权值较高的设备作桥。由于第一阶段选出的主节点具有所有节点的FHS封包，从而获得需要连接成网的总节点数N总。此时，除了主节点处于Page状态，其余节点均处于Page scan状态，主节点可以通过Page程序与附近节点沟通，主节点运行微微网构成程序此时，程序first变量的值为0，表示是初始微微网，选择最多7个节点构成初始微微网，并根据总
18、节点数目的多少和选择weight值较大的从节点为原那么，选择其中的最多3个节点作为桥节点。确定为纯从节点角色的节点同主节点建立连接，进入连接状态，不会再被其它节点搜索到；确定为桥节点角色的节点，会被主节点告知，参与初始微微网后，会再次进入Page scan状态，等待次主节点与之沟通，主节点通过桥节点将次主节点需要的信息传递给次主节点。因为算法需要为散射网形成以后的每个微微网中的主节点和桥节点提供一个备份节点，而每个微微网的节点总数为8，除去一个主节点和它的一个备份从节点，还剩6个节点数，为满足备份要求，所以每个微微网的桥节点数最多为3。选择的桥节点数2时，散射网的创立过程是横向展开的，速度较慢
19、，呈线性增长。当桥节点数3时，创立过程是全方位展开，速度很快，呈指数增长。随着桥节点数目的增加，创立过程加快了，但所形成散射网中微微网数量也相应增加了，网间干扰也随之加大了，所以综合考虑，在需要连接的节点数大于22时，桥节点数量Nb定为3是较好的选择。从节点数Ns尽量为7，详细选择方案如下：当N总8时，Nb0，NsN总1；当9N总15时，Nb1，Ns7；当16N总22时，Nb2，Ns7；当N总22时，Nb3，Ns7；初始微微网构成后，并确定桥节点数后，整个程序进入第三阶段。每个主节点寻呼各自所发现的设备。通过互连各个微微网，形成蓝牙散列网.次主节点收到主节点传来的数据后，搜索通信范围内的节点，
20、运行一样的微微网构成程序程序first变量的值为1，表示生成的为次微微网，因为次主节点已经与一个桥节点相连，所以此时选择最多6个节点作为从节点，并根据搜索到的节点数目N次总，综合从节点的weight值，选择其中的最多2个从节点作为桥节点。次微微网的从节点数目Ns和桥节点数目Nb的选择方案如下：当N次总8时，选择从节点数目Ns为6，其中桥节点数目Nb为2，再选择2个节点为新的次主节点；当7N次总8时，选择从节点数目Ns为6，其中桥节点数目Nb为1，再选择1个节点为新的次主节点；当N次总6时，选择从节点数目Ns为N次总，其中桥节点数目Nb为0。程序完毕后，新微微网形成，次主节点成为该微微网的主节点
21、，新的主节点继续选择它的次主节点，新的次主节点同样运行微微网构成程序，微微网的构成过程逐步展开，最后生成一个将所有节点连接起来的散射网。第二、三阶段程序流程图如图46所示：图46逐级构建微微网从而构成散射网散射网构建算法描绘如下：其中主节点为N0，微微网构成程序为Piconet（N0,first），Mu为次主节点集合，C（v）为第n次产生的次主节点集合。Scatternet（n,Mu）if（n=0）N0=Mu-;First=0;Return Piconet（N0,first）;elseMu=Scatternet（n-1,Mu）;C（v）=;while（Mu!=0）u=Mu-;C（v）=C（v）
22、+Piconet（u,first）;Mu=Mu-u;return C（v）;网络构建过程应尽量向外扩展，所以次主节点的选取应离当前主节点尽量远，可以利用蓝牙中的接收信号强度指示RSSI来判断节点之间的间隔 。RSSI越大表示间隔 越远。因此，主节点选择RSSI值较大的节点为它的次主节点。算法的节点插入和移除的两个过程对于一个被给定的蓝牙WPAN拓扑，讨论两种分布式过程来处理拓扑变化。第一个过程是允许在WPAN中插入一个新的节点;第二个过程是从网络中去除一个节点，这两个过程要到达的主要目的是满足蓝牙标准的限制条件，即全网络连通性，有高的吞吐流量，降低控制信息的开销等。当然，可以参加一个新节点到网
23、络中去，也意味着可以同时参加几个节点。因此，根据这个，我们可以依靠最初给定的一系列蓝牙设备用来建立一个可增长的BT-WPAN或者形成一个网络拓扑。1插入节点过程一个节点想快速参加到WPAN中来，它必须首先发送一个普通的查询信息来恳求它附近的节点是否可以参加。相反，假设一个节点的目的是参加到一个网络中并有良好连接，即想参加到具有低流量的微微网中或者扮演一个特殊的角色，它就必须使用专用的查询。下面部分，讨论承载查询回复的FHS包。注意到，一个数据包FHS它包含有设备类型的标记，加上5比特就可以用于传递将来的信息。这其中2位比特预留下来以备将来使用，AM-ADDR领域的3位在查询回应中不使用。我们定
24、义这5位传送以下信息:2位：电池的电量等级（如：低于25%，在25%和50%之间，在50%到75%之间，高于75%）；节点的流量的等级；1位：这个节点是否属于孤立微微网。假设一个微微网没有于任何一个微微网连接或者它附近的微微网都只仅仅与它相连那我们就称之为孤立的微微网。假设该节点属于孤立的微微网，那么该位置1，否那么置0。设a是开始查询过程的节点，正如上所述，根据收到的邻近的节点的回应，a它将决定对哪个节点进展寻呼，回应的节点要么是属于孤立的徽微网要么不属于孤立的微微网。除此之外，它还具有以下可能：具有少于7个从节点的主节点；从节点；即是从节点又是桥节点；即是主节点又是桥节点；已经具有7个节点
25、的主节点；像a一样也在等着参加到蓝牙WPAN中。a根据以下的优先顺序来选择参加到哪个回应节点；1属于孤立的微微网主节点（或者既是主节点又是桥节点的网络节点）假设a收到不止一个属于孤立微微网的主节点的回应，它将选择从节点少于7个和低流量的的主节点参加。假设不止一个主节点满足上述条件，那么它还根据该节点的电池电量的等级来考虑。注意到a节点根据相关的RSSI估计每个回应节点的间隔 。把被选择的主节点记为u，节点a寻呼u并创立一个新的微微网，此时“a是主节点，u是从节点，过一会儿，这两个节点的角色进展互换，这样，在微微网中，a就变成从节点，并且受主节点u的支配。假设a收到一个不属于孤立微微网的节点的回
26、应，它将按如下的方式选择：1）假设回复的是从节点少于7个的主节点（或者既是主节点又是桥节点），那么a参加此节点并且创立一个新的微微网。通过主从节点的角色互换，a变成孤立的微微网中的从节点（或者是桥节点）2）假设回复的节点是从节点（或者既是从节点又是桥节点）或者是具有7个从节点的主节点（或者既是主节点又是桥节点），那么“创立一个新的含有该节点的微微网。2属于孤立的微微网从节点（或者既是从节点又是桥节点的网络节点）有两种不同的情况：1）没有连接到散射网的其它节点回复了a的查询，在这种情况下，a将有以下的情形:（1）a具有可以成为主节点的足够的处理才能和能t容盘，假设这样，那么a通过寻呼一个或多个对
27、它的查询做过响应的从节点来创立一个新的微微网。那么这些从节点就成了刚形成的微微网和以前微微网之间的桥节点。对于这些被寻呼的从节点，a可以根据其节点的流量、电池状态和空间的间隔 来选择。假设一个微微网被一短比特位的字符来标识，即小于5位的长度，并且在微徽网中的每一个节点都知道所在的微微网的标识。一个被a寻呼的从节点可以在承载寻呼响应的FHS包中利用这5位来标示这个信息。这样，a随时有可能中断寻呼的过程，因为它连接的节点属于已经有微徽网间连接的节点。（2）a想成为从节点。a.根据流t，电池等级和空间间隔 来选择可以参加的节点，它和被选择的节点形成一个新的微微网，然后，在该微微网中，这两个节点互换角
28、色，这样，。就变成了从节点，而被选择的节点那么变成了在新微微网和以前微微网之间的主节点和桥节点。2）a收到一个不属于孤立微微网的的节点的回复。在这种情况下，a试图连接剩余部分散射网中的孤立节点，并且按照以下优先次序在散射网中选择要连接的节点:从节点、既是从节点又是桥节点的节点、主节点、既是主节点又是桥节点、具有7个从节点的主节点。假设有必要，将按照以下准那么进一步进展选择:流量，电池等级，空间间隔 。然后，完成要选择的节点后，a创立一个新的微微网。3、不属于孤立的微微网但是又少于7个从节点的主节点在现有的可利用的主节点之中，。选择具有最小流量的一个节点，假设在流量一样的情况下，然后考虑电池等级，其次是考虑该节点离a的空间间隔 。为了
