摘 要：通过对Bluetooth PAN的自组织网络SON (Piconet＆Scatternet)和网络访问点NAP(Networking Access Point)两种模式的控制机制进行分析和研究，给出了Bluetooth PAN的一种实现结构。Bluetooth PAN是Bluetooth技术的一种重要应用，有着极为广泛的应用领域。
关键词：蓝牙个人区域网；自组织网络；微微网；散射网；网络访问点
Bluetooth PAN(Bluetooth Personal Area Networking，蓝牙个人区域网)是Bluetooth技术的一种重要应用［1］，其核心思想就是用Bluetooth无线技术取代传统的有线电缆，组建个人化信息网络，实现个人范围的资源和信息共享。Bluetooth PAN的用途包括：取代PC电缆；与外围设备无线通信；提供内部LAN接入；下载和上传文件到Bluetooth设备；组织工作组社区；提供各种Bluetooth设备之间的交互通道等。
Bluetooth PAN有2种实现模式［2］，一个是自组织网络SON(Seft Organitation Networking)模式，另一个是网络访问点NAP(Networking Access Point)模式。两种实现模式分别有不同的网络结构和协议模型。
1Bluetooth SON的协议模型
Bluetooth技术支持点到点或点到多点的语言、数据传输服务，Bluetooth技术使一组可移动的Bluetooth设备共同形成一种自组织无线网络。Bluetooth SON分为Piconet (微微网)和Scatternet (散射网)。Bluetooth SON的协议模型如图1所示［3］。BaseBand，LMP，L2CAP，SDP是Bluetooth核心协议，各协议之间相互协作实现Bluetooth的基本功能。
其中基带协议(Baseband)负责建立Bluetooth个人区域网内各Bluetooth设备单元之间的物理射频链路。Bluetooth射频系统使用跳频、扩频技术，分组在指定的时隙、频率上发送。通过查询(Inquiry)和寻呼(Paging)过程可以使得不同Bluetooth设备的发送调频频率和时钟达到同步。
对于不同的基带分组，有2种不同的物理链路：同步面向连接(SCO)和异步无连接(ACL)，这2种方式在同一射频链路上可以实现传送复用。ACL分组只适用于数据，而SCO分组适用于语音及语音和数据的组合。链路管理协议(LMP)负责Bluetooth各设备之间连接的建立和设置。实现连接的鉴权和加密，产生、交换、检查链路和加密密钥，以保证安全。控制无线设备的节能模式和工作周期，以及各设备间的连接状态。逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)是基带的上层协议，支持高层协议的复用，报文的分段和重组，以及服务质量(QoS)。L2CAP允许高层协议，应用程序收发长至64 kB的数据，但只支持ACL链路。服务发现协议(SDP)是所有Bluetooth应用模型的基础，通过SDP可以查询到设备信息和服务类型，用户可以从邻近的服务中选择一个可用的，以便在2个或多个Bluetooth设备间建立连接。BNEP是Bluetooth网络封装协议，位于L2CAP层之上，在Bluetooth个人区域网中为Bluetooth设备提供网络互联功能。BNEP和IEEE8023(以太网)支持相同的网络协议类型，定义了报文格式，封装了不同网络协议类型的报文，直接通过Bluetooth逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)传送。管理实体(ME)模块提供了良好的用户界面，由用户来对连接的建立和断开进行管理。
2Bluetooth Piconet
Bluetooth以无线接入方式将办公室、实验室以及家庭中各种数字和语音设备或工业仪表联成一个围绕个人的Piconet，实现无缝的资源共享。
2.1Bluetooth Piconet网络拓扑
Piconet最多可以有256个Bluetooth单元设备，其中只有1个Bluetooth设备是主设备master和1~7个激活的从设备Slave，而其他设备则处于待机状态，当只有2个Bluetooth设备进行交互时，为点到点的通信；当有多个从设备时，网络拓扑为点到多点结构；Bluetooth的Piconet拓扑结构如图2所示。
主设备的时钟和跳频序列用于同步同1个Piconet中的从设备，1个Piconet包含1个共享的通信信道，Piconet的主/从设备通过这个信道进行通信，在Bluetooth无线层工作的FHSS空间中，信道通信由明确定义的跳频序列组成，由主设备Master激活的7个从设备Slave中，每个Slave都分配1个3 b的激活成员地址(AMADDR)，Master控制每个从设备Slave的起始频率和占用信道。例如办公室的PC主机作为BluetoothPC的主设备Master，Bluetooth无线键盘、无线鼠标和无线显示器及打印机、音箱等为BluetoothPC的从设备Slave，形成一个个人应用环境的微小网络建构。
2.2Bluetooth设备控制
在Bluetooth工作状态中，每个Bluetooth设备被分配一个AMA地址，以指引数据传到不同的设备节点中(主控设备的AMA地址总是默认为0)。为了在很低的功率状态下也能使Bluetooth 设备处于连接状态，Bluetooth 定义了3种节能状态，休眠(Park)状态、保持(Hoid)状态和呼吸(Sniff)状态。在Sniff中，从设备降低了从Piconet“收听”消息的速率，时醒时睡，如呼吸一样；而在Hoid状态中，设备停止传送数据，但是一旦激活，就立即重新开始传递数据；在Park状态中，设备被赋予PAM地址，并以一定间隔监听主控设备的消息，主控设备的消息包括：
(1)询问该设备是否想成为活动设备；
(2)询问任何休眠的设备是否想成为活动设备；
(3)广播消息。
Bluetooth设备的状态转移如图3所示。若Piconet中有8个活动的从设备Slave，主设备Master立即把一个从设备强制成休眠(Park)状态，被休眠的设备释放AMA地址，得到一个8 b待命成员地址（PMADDR）而仍存在于Piconet中，与主设备时钟保持同步，而且可以快速激活，在Piconet中通信。
3Bluetooth Scatternet
Bluetooth技术支持几个相互独立并不同步的Piconet以特定方式互联起来构成一个分布式网络Scatternet，又称微微互联网或散射网，如图4所示［1］。
相邻或相近的不同的Piconet采用不同的跳频序列以避免干扰，序列的相位由各Piconet的主设备控制，Piconet所定义通信通道的跳频序列是按伪随机码的顺序创建的，各个Piconet通过识别不同的跳频序列来加以区分，因此多个Piconet可以在时间和空间上共存，并使彼此之间的干扰达到最小。一个Piconet中的主/从设备可以是另外一个Piconet中的主/从设备，信道上的分组携带不同的信道接入码，由主设备地址决定接入码的类型，多个Piconet的叠加使数据速率有所下降。Scatternet允许新加入设备根据使用时间加入到1个或2个甚至多个Piconet中，作为多个Piconet的从设备，但只能在一个Piconet中作为主设备。一个Piconet的主/从设备可以寻呼另一个Piconet的主/从设备，寻呼设备是寻呼Piconet的主设备。如果从设备要求，主从角色可以交换，这是通过时分复用来完成。在Scatternet中，各Piconet在时间或频率上均不同步，Piconet之间的通信是通过时分复用来控制。
3.1Scatternet(Piconet之间) 通信
Bluetooth通过时分复用方式实现Piconet之间的变换，在Piconet中利用ACL链路通信的情况下，一个节点设备可以在当前的Piconet请求进入Hold或Park状态，通过改变信道参数就
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