在过去的10年中，微电子和超大规模集成电路的发展使得无线电收发机可以足够小到用于便携、手持设备中。这一机遇开辟了无线网络的新前景，使得无线网络不再仅仅包括个人电脑及其外设，也整合进了个人数据管理（PDA）、移动电话、耳机等，为新的完全不同的设备和应用开辟了道路。

在这一方面最新的发展包括蓝牙无线技术，使用户与各种通信设备之间进行轻松、无线、即时和低能耗的连接。

蓝牙无线技术（见参考文献［Haar00a］，［Haar00b］，［HaMa00］），在IEEE802.15.1中也有所提及，其开发是用于替代电子设备之间的电缆，但是它可以形成小型网络（又称微微网）的能力开辟了应用的一个崭新的领域，在这一领域中，信息可以在微微网的设备之间实现无缝交换。典型地，这样一种被称为个域网（PAN）的网络可能包含日常生活中人们随处可见的移动电话、笔记本电脑、掌上电脑和其他电子设备等。个域网有时可能也包括用户不随身携带的设备，比如，用于因特网接入的接入点或位于一个房间内的传感器。

一个蓝牙微微网由两个或多个分享同一个无线电信道的单元组成，这些单元由一个特殊微微网的调频序列决定，其中，一个单元作为管理者，控制微微网中的整个传输，而其他单元作为服务者工作。

管理者实施一种集中化控制:仅允许管理者与一个或多个服务者之间进行通信，而且管理者与服务者之间的传输有着严格的交替;为了这一目标，时间轴被分为625_μs的时间间隔，被称为时隙。前向链路传输（从管理者到服务者）仅开始于偶数时隙的开头，而反向链路的传输在一个前向链路传输后开始于奇数帧的开头。

在由M.Chiani，G.Pasolini和R.Verdone所著参考文献［PaCV02］中研究了一个室内环境，其中，基于蓝牙的个域网用户需要非实时服务。在这里，研究了个域网中的经验性能，并通过链路吞吐量和包投递时间的平均值来进行评估。

该文献的新颖之处在于联合考虑了协议方面和传输方面后提出的一种综合方法。事实上，研究的进行考虑了编码、调频、蓝牙设备中采用的调制技术以及信道损伤如终端噪声和瑞利平坦衰落中的自动重复请求（ARQ）和MAC策略。

特别地，在参考文献［PaCV02］中，提出了一个简单轮询协议来作为基于蓝牙的个域网的MAC级解决方案:假设管理单元通过发送一个数据包（一个数据包，如果有的话可以是一个查询数据包）循环问询其他每个单元（服务单元），然后释放信道，将它的实际相应的可能性（同一个服务单元内）传给下一个时隙。

这一方案，被记为轮流呼叫查询或纯循环请求（见参考文献［Chun00］），其完全符合蓝牙标准，并且就所关心的MAC协议来说是一个自然选择。

利用分析和仿真的方法进行微微网中的MAC级性能评估，特别是集中在下述情况下可实现的吞吐量方面:该情形中，数据包类型在说明中给出，即DM1、DM3、DM5、DH1、DH3、DH5，它们在载荷大小和采用的纠错编码方案方面各有不同。

作为实例结果，图8.22中的曲线显示了不同数据包类型下第i个通用蓝牙链路中MAC级最大吞吐量S_m（i_a）x，并作为微微网中N_s=7的情况下的平均信噪比方程;为获取图8.22中的曲线，作者假设微微网中的所用终端采用相同的数据包类型。

图8.22 仿真分析结果:N_s=7个服务单元条件下的最大链路吞吐量

值得注意的是，根据蓝牙的说明，每个管理-服务链路可以使用一个不同的数据包类型;但是，说明并未指示如何选择合适的数据包类型（见参考文献［IEEE02］）。显然，因为每个单元几乎都有不同的信噪比（SNR），我们不能对微微网中所有的通信采用同样的数据类型。LA是在协议栈中提供垂直整合的一个很好的方法:在这种情况下，它可能选择合适的数据包类型（如载荷大小和信道编码方案）作为接收功率级（让我们假设接收功率等级在每一单元的接收信号强度检测器（RSSI）中被测量和发布）的平均值方程（见参考文献［IEEE02］）。

在G.Pasolini和R.Verdone所著参考文献［PaVT03］中给出了一个数据包类型的合理选择，从而全面达到所需吞吐量。参考文献通过相关场景中的一个简单分析模型评估该方案的性能（解析特征），这一模型中也综合了通过射线追踪工具获得的一些结果，从而描述实际场景（一个约600m²的办公室环境）中的传播信道性能。参考文献同时给出了LA存在与否的条件下，分析模型得出的结果的合理比较。比较结果表明，在了解经验信道状态的基础上通过合理选择每个信道采用的数据类型，可以明显提高系统吞吐量。

例如，在图8.23中显示在N_s=2个服务单元（虚线表示）的情况下，微微网内一个通用服务单元的吞吐量。该图也表明，在没有LA的情况下选择3个最优化（在各自的信噪比间隔内）数据包类型的吞吐量。

可以立即观察到，与期望相符，LA策略大大改善了系统性能。

图8.23 链路自适应（在参考场景中）与非链路自适应情况下的吞吐量对比（其中N_s=2）

由D.Miorandi和A.Zanella所著的［MiZP04］对蓝牙性能做出了进一步的研究。该文献致力于提供一个数学框架来评估利用多时隙分组格式所能达到的性能。特别地，这里为一跳传输提供了包延迟统计，假设每个节点对数据包类型有着不同的使用概率。

此外，给出了信道有效性参数的特性和对给定SAR策略下可达到的稳定状态的进一步研究。表明，多时隙分组的使用扩大了所能达到的速率范围。数据仿真显示提到的算法对一跳延迟行为给出了一个相当准确的预测，如图8.24中所示，仿真同时显示，在一个仅含下行链路（主单元向服务单元传输）传输和平衡SAR策略的全微微网（N_s=7个服务单元）中，比如在含有均匀分布包长度（第一、三、五时隙内）的全微微网中，平均包延迟可以看作传输函数。图中，虚线是由分析方程得出的，而标记用于代表模拟结果。

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图8.24 给出传输条件（N_s=7）下的平均包延迟

除了上述所能达到的性能，在处理通常用电池进行供电的蓝牙设备时另一个需要注意的方面是电源效率问题。如以前所提到的，蓝牙提供6种数据包类型，各个类型之间通过持续时间、错误保护和数据容量来区分。未受保护的长数据包类型有较高的有效载荷容量，但是对于有效载荷的错误比较敏感。不难理解，数据类型的选择也会影响电源效率，这一影响表现在每单元能量成功投递的平均数据量，为防止错误接收情况下的转播，能源的浪费是必需的。

这一方面在A.Zanella和S.Pupolin所著的参考文献［ZaMP03］中得到了解析分析，伴随的问题还有对重要设计参数的系统性能的影响，即相关接收机余量S，不严格说来，这一参数决定了对含有错误数据包的接收的选择性。低余量数值代表较强的选择性，说明丢包率在可成功修复的范围内。相反，高的数值代表选择性较弱，即接收的整个数据包中含有不可修复性错误。因此，相关接收机余量S决定了吞吐量和能源消耗之间的权衡，是个需要特别重视的问题。

利用一个蓝牙点对点连接的简单数学模型来对这两方面进行研究。通过有限状态马尔可夫链（FSMC）模型来捕捉系统动态。于是参考文献［ChZo98］中阐明了这一方法。作者借助更新报酬分析来计算平均吞吐量和系统可以达到的能源性能。作者在AWGN无线信道和莱斯衰落无线信道都进行了分析。

该研究证实了平均传输速率和不同数据包类型中所能达到的能源效率之间权衡的存在。

另外，研究表明，在非对称数据传输中，配置通过在作为服务单元时用于管理服务器，作为管理单元时用于管理客户应用来提高性能。这一配置从实际吞吐量和能源效率方面都有效地提高了算法性能，因为服务器从来不会转播已经被客户接收的数据包。

最后，S的选择是关键，因为虽然未受保护的长数据包类型不怎么取决于这一参数，但它仍可以显著影响受保护的短数据包类型的性能。

在处理个域网问题时，另一个倍受重视的方面是网络:如路由和交换等问题在这样一种场景中尤为关键。

蓝牙网络的容量可以通过将微微网互联形成分布式网络来进行扩展。但是，相对于其他无线电标准，物理设备的接近并不会自动影响到两个蓝牙无线节点之间的连接。如上所述，蓝牙利用跳频（FH）扩频调制机制来限制来自于工作在同一个频段的其他设备的干扰。特别地，每个蓝牙微微网关联到一个不同跳频信道中，这一信道由蓝牙物理地址和在微微网中主单元的本地时钟决定。微微网中的所有其他单元（服务单元）均同步到同一跳频信道中。因此，微微网间通信需要一些单元与不止一个主单元同步。

这些单元，称为微微网间单元，或网关。它们需要在一个基于时间划分的分布式网络中的微微网之间共享它们的存在。在参考文献［ZaTP02］中，作者A.Zanella、S.Pupolin和L.Tomba研究了蓝牙分布式网络中的路由协议问题。他们主要研究了两种著名的路由算法，即鱼眼状态路由（FSR）协议（见参考文献［PeGC00b］、［PeGC00a］）和无线自组网按需平面距离矢量路由协议（AODV）（见参考文献［PeRD01］、［PeRo99］），用以解决Ad hoc无线网络中的路由问题。他们选择这些算法作为两类Ad hoc路由算法的代表，比如表驱动路由协议和按需路由协议。

在表驱动路由协议中，每个节点为网络中任何其他节点计算传输路径，并通过更新控制信息来定时刷新。路由信息在每个节点中利用一个或多个路由相关表格来维持，而它通过在网络中进行传播更新来达成彼此间的一致性。与表驱动不同，按需路由协议不会试图维持与网络中每个节点相连的有效路径，但会维持与所需节点相连的有效路径。这一协议类型中的路径生成程序通常由源节点利用路由发现查询的方法产生。

参考文献［ZaTP02］中给出了使用OPNET工具进行的分析，形成了基带蓝牙的模型和链路管理的模型，也形成了链路层控制和自适应协议（L2CAP）的模型，允许创造微微网和分散的网络。

这项研究表明了IP数据的长度和嗅探期，在时域持续一段时间，在这个时间内网关在切换到下一个单元前在一个微微网络中，对end-to-end延迟实验和AODV算法找到一条新的路径有着不可忽略的影响。此外，实验表明FSR算法如果不仔细选择刷新间隔，会带来持续的容量的浪费。

R.Corvaja在参考文献［Corv02］中研究了手机的问题，在两个管理端间的slave切换。参考文献［AFMW99］、［BFGK00］考虑了手机IP在蓝牙局域网中的有关问题，其中，作者假设控制端间存在着有线的链接。这里我们考虑一个纯粹的Ad hoc网络，网络中的设备只能通过蓝牙射频的方式通信。

在参考文献［Corv02］中，考虑和分析了两个手机算法。第一个是基于表格的解决方法，要求在分散网络中设备间的手机信息的周期性交流。假设这些设备保持与其他设备的信息更新，来获得一个精确的表。特别地，每个控制端必须在分散网络中与其他控制端保持联系，也保证能收到新的数据。基本想法是相邻的控制端在精确的时间点更新表，即是当slave监听控制端的更新时。

我们也需要第二种算法，就是手机工作的参数只有在手机需要变换位置的时候才进行交流。

在图8.25中给出了两种方案的手机时间的累积分布函数，考虑了有3个控制端的分散网络，每个微微网络中有3～5个激活的设备，嗅探时间设为N=10时隙，对基于表格的方法，对每个控制端用12个时隙的主表和两个表的重复。使用DH1包的通信到达速率只有0.9包/时隙，即154.8kbit/s，几乎占用了整条通路。这个结果是用半解析的方法得到的，根据系统参数值的选取产生随机数值代表过程中的时延。

可以明显看出，第二种方法因为不需要更新表格，所以带来的延迟较小。

参考文献［Corv02］中进行了关于手机在嗅探时间的依赖的进一步的研究，特别地，它表明嗅探时间增长一倍时，手机时间平均增长1.5倍。

图8.25 手机时间的累积分布函数（在3个控制端的分散网络中，嗅探时间N=10，每个微微网中活动设备为3～5个）