基于蓝牙技术的公共接入网络的研究(1)

基于蓝牙技术的公共接入网络的研究(1)

蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，用于在较小的范围内，实现固定设备以及移动设备之间的无线网络互连[1]。蓝牙SIG的局域网接入剖面规定了局域网接入应用在每个协议层使用的具体功能和过程。单个或多个数据终端(DT)采用局域网接入点(LAP)以无线方式接入局域网。该剖面局限于由LAP和DT组成的微微网(Piconet)距离仅为10m，无法实现广义蓝牙移动终端的无缝因特网接入。TCP/IP是在假定终端设备固定的情况下设计的，基于TCP/IP的高层协议也不可能满足终端移动性的要求。因此，如何实现蓝牙移动终端的无缝因特网接入，成为通信领域研究的一大热点。

蓝牙公共接入网络协议(BLUEPAC IP，Bluetooth Public Access Internet Protocol)支持基于蓝牙技术的IP服务。

1　BLUEPACIP概念协议的研究

必须考虑到BLUEPAC网络连接的蓝牙设备有没有自己的IP地址的情况。此外，BLUEPAC网络还应该同时支持移动设备和静止设备。

在BLUEPAC局域网内的所有设备，都要使用BLUEPACIP，而且对在BLUEPAC区域外的设备不需要作任何修改，就可以和区域外的IP主机通信。

1、1　参考网络结构

BLUEPAC参考网络结构与蜂窝网络相似[2]，如图1所示。主要包括以下5部分。

1　网关(GW)　在BLUEPAC区域中，将连接BLUEPAC局域网到公共网络的网关提供给全球信息和通信服务的接入，以及蓝牙设备的相应IP协议配置。

2　蓝牙设备　蓝牙设备是蓝牙用户的终端设备，例如笔记本电脑、PDA等。

3　蓝牙基站　负责将蓝牙设备接入BLUEPAC网路，为蓝牙设备提供网络层的服务。基站与设备之间的交换主要在数据链路层完成。

4　BLUEPAC代理　完成蓝牙网络的动态配置。BLUEPAC网络中只有配置IP地址的蓝牙通信设备才可以正常发送和接收IP数据包，由于蓝牙网路中的设备移动性强，基于固定IP地址的配置方式会对数据包的选路带来困难，因此，蓝牙代理服务器利用DHCP(Dynamic Host ConfigurationProtocol)协议为蓝牙设备配置IP地址。当网络中有新的蓝牙设备加入时，同样需要蓝牙代理服务器完成配置。需要特别指出的是，如果BLUEPAC网络中的设备使用的是供本地网络使用的本地地址，而不是一个合法的IP地址，则需要代理服务器进行地址的转换。

5　基站控制器　用于连接网关和一些基站，可以向基站发送数据和控制信息。

BLUEPAC蓝牙终端接入的基本过程是：在蓝牙电波范围内，用户可以通过BLUEPAC基站接入BLUEPAC局域网，得到服务或接入公众网络。为扩大局域网覆盖范围，还可以建立若干微微网，再通过BLUEPAC基站将微微网接入局域网，这对于实现通信区域完全覆盖很有帮助。其网络结构如图1所示。超出一个蓝牙微微网区域时，用户通过连接下一个BLUEPAC基站同样可以访问BLUEPAC服务。

针对BLUEPAC终端设备的移动，BLUEPAC参考网络结构还能够提供连续不间断的服务，如图1所示。中间微微网的BLUEPAC设备与应用服务器已建立了连接。当该BLUEPAC终端设备从中间进入左边微微网时，BLUEPAC代理就拆除中间的连接，建立与左边BLUEPAC基站的新连接。当进行网络切换时，旧基站除保存目前连接状态和信息外，还要向前传送给新的基站，并要求在网络切换时不使通信中断或服务量下降。

1、2　局部IP地址的分配

对没有自己的IP地址并想接入BLUEPAC网络的蓝牙设备，需要一个机制来分配IP地址，为了连到此网络，还需提供具有相应信息的器件(域名服务器、代理服务器等)[3]。

BLUEPAC基站是蓝牙有线和无线网络间的边缘设备，它连接有线网络选路分组与蓝牙设备。

BLUEPAC代理的工作就是IP地址的分配及连接器件的认证。IP地址的分配以类似于DHCP服务器的方式实现。如果要避免从Internet注册处获得的全局唯一的IP地址的分配，则可以使用局部IP地址，因为这些地址只在一个局部网络内有效。当连接到Internet时，需要代理服务器转发数据到Internet的主机，并再返回。因此，BLUEPAC代理的任务除了分配IP地址和给域名服务器一个地址外，还可以包括代理服务器的分配。此外，它还具有处理连接拆除，以及对已连接器件超时取消分配并令其他器件重新使用该IP地址的功能。如果使用全球唯一的IP地址，就需要用一个路由器来代替代理服务器。

BLUEPAC局域网必须能把数据传到已连接的蓝牙设备，该设备已分配的IP地址没必要具有本地含义。在这里，蜂窝IP的概念是有益的，因为它可以不管设备的当前位置，允许选路到IP地址。

根据上面提到的特性，蓝牙设备能够连接到没有自己IP地址的BLUEPAC网络。当该设备在蓝牙基站范围内时，它可以连接到此基站，向BLUEPAC代理发送注册请求，并接收已分配的IP地址和代理服务器的可能地址及端口的响应。此时，该设备就可以和应用服务器通信，也可以和在BLUPAC网络中其他的蓝牙设备甚至Internet中的主机通信。