1.3藍牙散射網拓撲構建的規則

　　在一個藍牙WPAN拓撲結構中，主設備或從設備只是節點的一個邏輯狀態。一個單元只能是一個微微網的主設備，但可以參與多個相互重疊的微微網。一個主設備或一個參與多個微微網的活動從設備稱為橋；允許微微網構成一個被稱為散射網的較大網絡。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的活動設備；橋必須在一個時分基上的2個微微網間進行轉換，轉換時必須與當前的微微網再同步，這會帶來一個嚴重影響系統性能的重要開銷。

　　藍牙WPAN最主要的問題在于構造散射網時遇到由系統規范和通信量需求造成的約束。節點如何組成微微網以及哪個節點作為主設備或橋，對系統的容量、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絡的吞吐量。每個微微網內設備間的鏈接是必須的，各微微網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互連階段。在該階段中，各微微網之間需要通過橋互連形成藍牙自組織網。如果兩個微微網之間存在過多的橋，或者一個橋鏈接多個微微網均會增加冗余通信鏈接，造成藍牙自組織網通信性能的下降。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性能的組網規則如下：

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

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

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

　　（在組建藍牙自組織網的過程中，應優先使用Slave/Slave（S/S）橋，盡量避免使用Master/Slave（M/S）橋，以減少數據包在橋節點上的轉發時延，增加藍牙自組織網的通信量。

　　（5）網絡拓撲形狀優良，可以使網絡具有自路由功能，從而提高網絡的通信能。

　　1.4藍牙散射網拓撲構建的關鍵問題

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

　　（1）藍牙節點的互相發現

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

　　點連接機制的不對稱性給藍牙節點發現過程的成功實現帶來了挑戰。

　　藍牙規范中規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點與被查詢節點互相知道對方。欲發現相鄰節點的查詢者在發送查詢包時，并沒有發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；另外藍牙發現機制要求處于相對模式（查詢Inquiry和查詢掃描Inquiry scan模式）的兩個節點才能互相交換數據，但如何保證兩個相鄰節點處于相對模式的方法卻沒有明確規定。這是藍牙散射網拓撲構建算法應該解決的關鍵問題。

　　目前大多數算法采用以下做法：在預定義的節點發現時間長度內，允許每個節點在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點握手時，他們建立一個臨時的微微網。查詢者進入尋呼模式（Page）成為主節點，被查詢者進入尋呼掃描（Page scan）模式，成為從節點。兩個節點交換他們的ID和下階段協議需要的信息。信息交換完畢后，微微網就斷開。

　　這樣在充足時間內兩個相鄰節點處于相對模式，從而互相發現的概率值很大。

　　（2）首領節點的選舉過程和方法

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

　　（3）各微微網中的主節點的選舉

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

　　（4）橋節點的選擇

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

　　藍牙微微網通過M/S橋連接而形成的藍牙散射網的拓撲為分級結構，

　　如圖4示：

　　圖4 牙散射網的分級拓撲結構

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

　　藍牙微微網通過S/S橋連接而形成的藍牙散射網的拓撲為平面結構，如

　　圖5所示：

　　圖5 藍牙散射網的平面拓撲結構

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

　　綜上所述，橋節點的選擇在保證網絡連通性的前提下，還要考慮所連通網絡的健壯性，橋節點本身的健壯性也就很關鍵，因此應選擇能量充足的節點作為橋節點；另外橋節點參與的微微網數量應盡量少，保證網絡負載平衡，以及避免橋節點在不同微微網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。