Bluetooth跳頻網(wǎng)絡Piconet聞干擾分析研究
發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):529
    
    
    來源:電子技術(shù)應用 作者:襄樊學院物理系 劉傳清
    
    摘要:分析了藍牙微微網(wǎng)間不同跳頰區(qū)段工作原理,以及不同區(qū)段跳頻碰撞數(shù)對實際吞吐量的影響,提出了不同微微網(wǎng)問跳頻區(qū)段重疊數(shù)的推算方法及網(wǎng)絡吞吐量計算公式。仿真結(jié)果表明微微網(wǎng)區(qū)段重疊數(shù)是影響吞吐量的主要因素。
    關(guān)鍵詞:藍牙微微網(wǎng)吞吐量跳頻碰撞
    
    藍牙(b1ueteoth)無線通信技術(shù)為各種通信設(shè)備和計算機外設(shè)提供了短距離、低代價、低功耗的無線解決方案。藍牙網(wǎng)絡是一種多信道模式的拓撲網(wǎng)絡。藍牙裝置彼此之間能夠在通信范圍內(nèi)建立點對點連接,也可共享信道而形成微微網(wǎng)(piconet),還可以同時加入多個piconet,連成散射網(wǎng)(scatternet)。每個piconet都使用獨立的跳頻序列,piconet內(nèi)部設(shè)備的跳頻序列是正交的,不會產(chǎn)生干擾。但不同pieonet問會因頻率重疊而產(chǎn)生跳頻碰撞(hopping collision)干擾,導致傳送信息包的遺失,進而降低網(wǎng)絡的吞吐量。而這種碰撞會隨著piconet數(shù)量的增加而增加。piconet中設(shè)備可分為主設(shè)備(master)和從設(shè)備(slave)。master在偶數(shù)的時隙(slot)開始傳送信息包給slave,而slave則在奇數(shù)時隙回傳信息包給master。每個piconet最多由8個活動設(shè)備(actlve devlce)組成。在任一時段,只能有一個設(shè)備作為master,其余的設(shè)備當作siave。master與s1dve之間的角色能夠彼此互換。bluetooth跳頻碰撞是由跳頻區(qū)段的重疊造成,文獻給出了一個piconet間干擾分析模型。文獻用概率分析方法提出了藍牙網(wǎng)絡的同信道碰撞包錯誤概率上界和吞吐量下界。本文基于藍牙跳頻原理,構(gòu)建了藍牙跳頻仿真平臺,分別就不同信息包長度和不同的piconet的組合,以及pieonet間跳頻區(qū)段重疊數(shù)進行了吞吐量分析。證實了吞吐量下降是由piconet間跳頻區(qū)段重疊造成的,但時隙長度對吞吐量的影響較小,當微微網(wǎng)數(shù)大于10時,頻率利用率低于50%。本研究對構(gòu)建低碰撞、高吞吐量的藍牙scattemet提供了重要研究價值。根據(jù)分析結(jié)果研究低碰撞pieonet網(wǎng)絡選擇算法。
    
    1 藍牙跳頻原理與碰撞分析
    1.1 頻率選擇原理
    bluetooth有五種型態(tài)的跳頻序列(hopping sequence),包括:尋呼跳頻序列(page hopping sequence)、尋呼響應序列(page response sequence)、詢問序列(inquiry sequence)、詢問響應序列(inqmry response sequence)和信道跳頻序列(channel hopping sequenee)。其中前四項主要用于bluetooth設(shè)備間如何建立聯(lián)機的階段,而信道跳頻序列則是用于bluettmth設(shè)備間聯(lián)機后的操作狀態(tài)。
    
    跳頻選擇原理的框圖如圖l所示。該選擇過程由二個程序來完成:首先選擇一個序列,再將該序列對應(mapping)到跳頻索引。而master的藍牙設(shè)備地址(bd_addr)用于決定跳頻序列,master的clk用于決定跳頻序列的相位(phase),再將序列的跳頻序號對應到79-hops寄存器的通道。在聯(lián)機的操作狀態(tài)下,跳頻選擇的原理具體過程是:先決定目前跳頻的區(qū)段,每個區(qū)段中有32個連續(xù)的信道,而以不同的信道為此區(qū)段的起始信道,共可分為79個跳頻系統(tǒng)區(qū)段;將該區(qū)段中的32個信道重新安排,形成一個跳頻的序列。每32個master時隙后,會跳到下一個區(qū)段,而連續(xù)兩個區(qū)段間則位移16個信道,也就是前一個區(qū)段之后16個信道與下一個區(qū)段之前16個信道是重疊的。而在同一時隙內(nèi),master與slave傳送所使用的區(qū)段則位移32個信道,亦即master與slave傳送所使用的區(qū)段是沒有重疊的。重復如此的位移,經(jīng)過79次的位移,亦即經(jīng)過79×32master時隙后又回到原先的跳頻區(qū)段。
    
    
    
    1.2 藍牙跳頻碰撞分析
    1.2.1 跳頻碰撞重疊數(shù)算法
    在bluetooth網(wǎng)絡內(nèi),可以同時有兩個以上piconet存在。由于每個piconet有自己的跳頻區(qū)段,且其跳頻序列是獨立的,所以piconet內(nèi)部設(shè)備不會發(fā)生碰撞。但piconet都使用相同的頻率范圍,當兩個piconet跳到相同的跳頻序號時,跳頻頻率就會碰撞而產(chǎn)生干擾。piconet間區(qū)段重疊示意圖如圖2所示。兩個piconet之間的跳頻區(qū)段重疊數(shù)越大,其相互之間的碰撞干擾次數(shù)的概率越大;反之,如果跳頻區(qū)段沒有重疊時,則不會發(fā)生跳頻碰撞。
    
    
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    來源:電子技術(shù)應用 作者:襄樊學院物理系 劉傳清
    
    摘要:分析了藍牙微微網(wǎng)間不同跳頰區(qū)段工作原理,以及不同區(qū)段跳頻碰撞數(shù)對實際吞吐量的影響,提出了不同微微網(wǎng)問跳頻區(qū)段重疊數(shù)的推算方法及網(wǎng)絡吞吐量計算公式。仿真結(jié)果表明微微網(wǎng)區(qū)段重疊數(shù)是影響吞吐量的主要因素。
    關(guān)鍵詞:藍牙微微網(wǎng)吞吐量跳頻碰撞
    
    藍牙(b1ueteoth)無線通信技術(shù)為各種通信設(shè)備和計算機外設(shè)提供了短距離、低代價、低功耗的無線解決方案。藍牙網(wǎng)絡是一種多信道模式的拓撲網(wǎng)絡。藍牙裝置彼此之間能夠在通信范圍內(nèi)建立點對點連接,也可共享信道而形成微微網(wǎng)(piconet),還可以同時加入多個piconet,連成散射網(wǎng)(scatternet)。每個piconet都使用獨立的跳頻序列,piconet內(nèi)部設(shè)備的跳頻序列是正交的,不會產(chǎn)生干擾。但不同pieonet問會因頻率重疊而產(chǎn)生跳頻碰撞(hopping collision)干擾,導致傳送信息包的遺失,進而降低網(wǎng)絡的吞吐量。而這種碰撞會隨著piconet數(shù)量的增加而增加。piconet中設(shè)備可分為主設(shè)備(master)和從設(shè)備(slave)。master在偶數(shù)的時隙(slot)開始傳送信息包給slave,而slave則在奇數(shù)時隙回傳信息包給master。每個piconet最多由8個活動設(shè)備(actlve devlce)組成。在任一時段,只能有一個設(shè)備作為master,其余的設(shè)備當作siave。master與s1dve之間的角色能夠彼此互換。bluetooth跳頻碰撞是由跳頻區(qū)段的重疊造成,文獻給出了一個piconet間干擾分析模型。文獻用概率分析方法提出了藍牙網(wǎng)絡的同信道碰撞包錯誤概率上界和吞吐量下界。本文基于藍牙跳頻原理,構(gòu)建了藍牙跳頻仿真平臺,分別就不同信息包長度和不同的piconet的組合,以及pieonet間跳頻區(qū)段重疊數(shù)進行了吞吐量分析。證實了吞吐量下降是由piconet間跳頻區(qū)段重疊造成的,但時隙長度對吞吐量的影響較小,當微微網(wǎng)數(shù)大于10時,頻率利用率低于50%。本研究對構(gòu)建低碰撞、高吞吐量的藍牙scattemet提供了重要研究價值。根據(jù)分析結(jié)果研究低碰撞pieonet網(wǎng)絡選擇算法。
    
    1 藍牙跳頻原理與碰撞分析
    1.1 頻率選擇原理
    bluetooth有五種型態(tài)的跳頻序列(hopping sequence),包括:尋呼跳頻序列(page hopping sequence)、尋呼響應序列(page response sequence)、詢問序列(inquiry sequence)、詢問響應序列(inqmry response sequence)和信道跳頻序列(channel hopping sequenee)。其中前四項主要用于bluetooth設(shè)備間如何建立聯(lián)機的階段,而信道跳頻序列則是用于bluettmth設(shè)備間聯(lián)機后的操作狀態(tài)。
    
    跳頻選擇原理的框圖如圖l所示。該選擇過程由二個程序來完成:首先選擇一個序列,再將該序列對應(mapping)到跳頻索引。而master的藍牙設(shè)備地址(bd_addr)用于決定跳頻序列,master的clk用于決定跳頻序列的相位(phase),再將序列的跳頻序號對應到79-hops寄存器的通道。在聯(lián)機的操作狀態(tài)下,跳頻選擇的原理具體過程是:先決定目前跳頻的區(qū)段,每個區(qū)段中有32個連續(xù)的信道,而以不同的信道為此區(qū)段的起始信道,共可分為79個跳頻系統(tǒng)區(qū)段;將該區(qū)段中的32個信道重新安排,形成一個跳頻的序列。每32個master時隙后,會跳到下一個區(qū)段,而連續(xù)兩個區(qū)段間則位移16個信道,也就是前一個區(qū)段之后16個信道與下一個區(qū)段之前16個信道是重疊的。而在同一時隙內(nèi),master與slave傳送所使用的區(qū)段則位移32個信道,亦即master與slave傳送所使用的區(qū)段是沒有重疊的。重復如此的位移,經(jīng)過79次的位移,亦即經(jīng)過79×32master時隙后又回到原先的跳頻區(qū)段。
    
    
    
    1.2 藍牙跳頻碰撞分析
    1.2.1 跳頻碰撞重疊數(shù)算法
    在bluetooth網(wǎng)絡內(nèi),可以同時有兩個以上piconet存在。由于每個piconet有自己的跳頻區(qū)段,且其跳頻序列是獨立的,所以piconet內(nèi)部設(shè)備不會發(fā)生碰撞。但piconet都使用相同的頻率范圍,當兩個piconet跳到相同的跳頻序號時,跳頻頻率就會碰撞而產(chǎn)生干擾。piconet間區(qū)段重疊示意圖如圖2所示。兩個piconet之間的跳頻區(qū)段重疊數(shù)越大,其相互之間的碰撞干擾次數(shù)的概率越大;反之,如果跳頻區(qū)段沒有重疊時,則不會發(fā)生跳頻碰撞。
    
    
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