CN100372248C - 一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，该方法将整个频率资源空间分为多个跳频序列集，通过在主设备中设置多个跳频序列生成器和生成伪地址信息，实现每个蓝牙微微网按照蜂窝组网方式生成跳频序列集，相邻的微微网生成不同的跳频序列集。本发明的跳频序列生成方法，扩大了网络的总容量和促进了容量的合理分布，同时降低了相邻的蓝牙微微网之间的干扰。

Description

一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法
技术领域
本发明涉及蓝牙网络中频率的使用方法，特别涉及一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法。
背景技术
蓝牙技术是一种利用无线电进行短距离设备互连的标准，随着接入网侧逐渐向无线发展，蓝牙技术逐步的获得了越来越广泛的应用。
蓝牙采用分散式或称分布式网络结构和短包技术，双工方式采用时分双工(TDD)。蓝牙既支持电路型数据，也支持分组型数据；支持点到点和点到多点的通信，它工作在2.4G的工业、科学和医药(ISM)频段，一般各个国家都是只限制此频段的传输范围和功率大小，但是无需批准和许可。
蓝牙组网的基本单位称为微微网(Piconet)，在一个微微网络(Piconet)中，一个蓝牙设备作为主节点，该蓝牙设备可称为主设备；其他蓝牙设备作为从节点，该蓝牙设备可称为从设备，最多可以有7个从节点；但是允许有更多从节点与主节点保持在没有接入信道(Park)状态。从节点对信道的接入由主节点控制。微微网络在覆盖上可以有重叠，也就是说，一个微微网络的主节点可以同时作为另一个网络的从节点；一个从节点可以属于多个网络。
由于蓝牙工作在无需申请和批准的ISM频段，这就要求蓝牙技术有相当的抗干扰能力，因此蓝牙采用了一种快跳频的技术。蓝牙在ISM频段上，以1M为一个频点。共有79个频点，每秒跳频1600次，从时间域看即每个时隙长度是625us，每个时隙从79个信道中选择一个进行数据传输。每个微微网络有各自的跳频方案，在一个微微网中，一个节点在一个频点停留的时间称为停留时间，是625us，用户停留的频点在跳频序列中的位置称为相位，蓝牙跳频的方法参见图1，图1为现有技术蓝牙跳频示意图。如图1所示，一个蓝牙节点和其他节点进行通信的频点随着时间的变化是在不停的跳变中。如果一个频点有比较强的干扰，那么下一个频段也有强干扰的概率就会很小，而前一阶段丢失的信息也可以在这个时刻重传，因此蓝牙技术就可以抵抗一定的干扰。另外因为跳频为监听制造了一定的困难，使得蓝牙技术具有一定的保密性。
在一个蓝牙微微网中，频点跳变的顺序是由跳频序列来控制的。每个蓝牙设备都有跳频序列生成器，由跳频序列生成器生成跳频序列。参见图2，图2为现有技术蓝牙跳频序列生成示意图。其中输入跳频序列生成器200的时钟信号是微微网中主设备的时钟，时钟信号的部分信息用于确定当前的相位，部分信息用于和地址信息共同决定跳频序列。地址信息是主设备的地址，主要用于和时钟信号的部分信息一起决定最后的跳频序列。每一个蓝牙设备都有一个惟一的48位的设备地址(BD_ADDR)。它是一个公开的地址码，可以通过人工或自动进行查询。在BD_ADDR基础上，使用一些性能良好的算法可获得各种保密和安全码，从而保证了设备识别码(ID)在全球的惟一性，以及通信过程中设备的鉴权和通信的安全及保密。
蓝牙设备工作的跳频序列由主设备决定，从设备必须遵守主设备决定的跳频序列。当一个从设备与一个主设备建立连接时，主设备把自己的BD_ADDR信息和时钟信号发送给从设备，从设备将本地时钟与主设备时钟同步后，其跳频序列生成器根据主设备的BD_ADDR信息和主设备时钟信号生成与主设备相同的跳频序列。
一个蓝牙微微网络中，主设备向从设备发送数据只能占用偶时隙，从设备只能在奇时隙才能向主设备发送数据。一个分组(Packet)或帧的传送最多可以占用5个时隙，在一个分组的传送期内，维持初始时隙所占用的信道而不再跳频。
对于蓝牙设备的79个频点而言，理论上最多同时可以有79个设备在占用频率资源，也就是有79个跳频序列共存。但是基于跳频序列的伪随机性，如果一个覆盖区同时有79个跳频序列的话，必然存在大量的冲突和相互干扰，因此可以共存的跳频频序列将小于79个，具体数目将取决于地址信息的选取和可以接受的冲突和干扰程度。在主从设备之间，有两种不同类型的链路，即同步面向连接(Synchronous Connection-Oriented，SCO)链路和异步无连接(Asynchronous Connection-Less，ACL)链路。SCO是点到点链路，主设备在周期性的保留时隙上维持SCO；ACL是点到多点链路。主设备可以利用SCO占用的时隙建立ACL链路，从设备可以同时参与SCO和ACL。
SCO具备双向对称性，可以看作电路型连接，通常用于支持语音等实时业务。主设备可与一个或多个从设备建立多达3个SCO链路；一个从设备也与多个主设备建立SCO链路(最多3条)。SCO分组不采用重传机制。未被SCO占用的时隙可用于ACL，在一对主从设备之间只有一条ACL。ACL的分组传送来用重传机制以确保正确性。只有主设备在发往从设备的分组中以某种方式允许某从设备发送数据时，该从设备才能在规定时隙发送数据。ACL支持广播。
蓝牙是一种短距离的无线技术，一般应用在家庭内部的电器互连，因此蓝牙在设计之初并没有像目前采用的移动通信体制一样的组建大网的考虑。随着蓝牙技术的普及和应用范围的逐渐扩大，上述蓝牙网络的频率使用方法也显露出了以下两个缺点：
1、由于蓝牙组建的piconet之间没有频率规划，导致频率利用率低，网络能够接纳的容量小。
2、相邻的piconet之间没有固定的频率分配规则，使得相邻的piconet之间可能使用相同的频点，导致相邻的piconet之间互相成为干扰源，相邻的piconet之间存在一定的相互冲突和干扰，影响了网络通信的能力。
在网络内部节点比较少的时候还没有太大的问题，随着网络内部的节点的逐渐增多，这种频率使用方法的缺点就突出地显示出来了。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，能够增加以及合理分配网络容量并降低piconet之间的干扰。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
1)将整个频率资源空间分为多个跳频序列集，按照蜂窝组网的方式，为进行组网的每个蓝牙微微网分配一个跳频序列集，相邻微微网分配不同的跳频序列集，跳频序列集中跳频序列的数量根据主设备所在蓝牙微微网需要容纳的从设备的数量和能够接收的干扰和冲突程度预先设置；
2)在所述的每个蓝牙微微网主设备中，按照其分配的跳频序列集包含的跳频序列的数量，设置相同数量的跳频序列生成器；
3)主设备中每个跳频序列生成器生成的跳频序列对应该蓝牙微微网中七个或七个以下的从设备；从设备生成的跳频序列与主设备中对应的跳频序列生成器生成的跳频序列同步。
步骤1)中可以将整个频率资源空间分为6或7或8个跳频序列集。
所述3)可以包括：主设备生成与跳频序列生成器相同数量的伪地址信息；一个伪地址信息对应该蓝牙微微网中七个或七个以下的从设备；每个跳频序列生成器使用一个伪地址信息和主设备时钟信号生成一个跳频序列；且主设备将其时钟信号和生成的伪地址信息分别发送给对应的从设备；
所述的每个蓝牙微微网的从设备，使用从主设备接收的伪地址信息和主设备时钟信号生成一个与主设备生成的一个跳频序列同步的跳频序列。
所述主设备生成伪地址信息的方法可以为：在主设备中设置地址转换器，该地址转换器将主设备的设备地址和预先设置的跳频序列约束条件通过预定的算法，转换为与跳频序列生成器相同数量的伪地址信息。
所述各个跳频序列集包含的跳频序列的数量可以相同或不同。
由本发明的技术方案可见，本发明的这种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，将整个频率资源空间分为多个跳频序列集，通过在主设备中设置多个跳频序列生成器，实现每个蓝牙微微网按照蜂窝组网方式生成跳频序列集，相邻的微微网生成不同的跳频序列集，从设备生成一个与跳频序列集中一个跳频序列同步的跳频序列。本发明的跳频序列生成方法，扩大了网络的总容量并促进了容量的合理分布，同时降低了相邻的蓝牙微微网之间的干扰。
附图说明
图1为现有技术蓝牙跳频示意图；
图2为现有技术蓝牙跳频序列生成示意图；
图3为本发明一个较佳实施例的蓝牙跳频序列集空中复用示意图；
图4为图3所示实施例中一个蓝牙微微网的主设备生成跳频序列集示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的这种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，参考了全球移动通信系统(GSM)组蜂窝网的频率规划方法，首先将整个频率资源空间分为多个跳频序列集，为进行组网的每个蓝牙微微网分配一个跳频序列集，相邻微微网分配不同的跳频序列集。然后，在每个蓝牙微微网主设备中，按照其分配的跳频序列集包含的跳频序列的数量，设置相同数量的跳频序列生成器。其主设备中每个跳频序列生成器生成的跳频序列对应该蓝牙微微网中七个或七个以下的从设备；从设备生成的跳频序列与主设备中对应的跳频序列生成器生成的跳频序列同步，以此实现跳频序列集在空中复用。
参见图3，图3为本发明一个较佳实施例的蓝牙跳频序列集空中复用示意图。本实施例中跳频序列集的空中复用方式参考了蜂窝网的分配方式，整个频率资源空间分为了7个跳频序列集(HSS)，每个piconet使用一个跳频序列集，每个跳频序列集中包含多个跳频序列，相邻的piconet使用了不同的跳频序列集。其中，7个相邻的piconet组成一个基本单位，在空间进行重叠扩展。在跨过一个基本单位之后，同样的频率又可以重复使用，形成了跳频序列资源在空间的复用。
在这种情况下，每一个piconet可用的资源是预先分配的，频率资源可以得到有效的复用。这就解决了由于目前的蓝牙技术在频率使用上完全无序状态导致的不同piconet占用的跳频资源不平均、资源不能有效的利用、网络容量降低，以及由于现有技术一个piconet获得的资源和存在的节点数目不对应，导致的资源分配不合理的问题，使得piconet之间的容量分配更加合理。
同时，由于相邻的小区之间的跳频序列没有任何重叠的部分或者重叠部分很小，相邻小区之间的干扰会降低，可以有效的提高网络中节点的通信质量和网络容量。
图3中使用7个跳频序列集作为空间复用的基本单元，在实际应用中，可以使用其他数目的跳频序列集进行空间复用，比如6组或者8组。在组建小规模、有边界网络的情况下，不同组之间拥有的跳频序列数目可以不平均，比如图3中HSS1比HSS2拥有更多的跳频序列。甚至在不同的基本单位内部的频率分配也可以不完全相同，比如，让图3中使用相同频率范围的HSS1使用不同的跳频序列集，也就是说两个piconet使用的HSS1的跳频序列集可以不完全相等。这种不平均分配的方式作为一种可选的方式可以更好的适应用户业务量的分布。
参见图4，图4为图3所示实施例中一个蓝牙微微网的主设备生成跳频序列集示意图。本实施例的主设备中，设置了一个地址转换器401，并按照其分配的跳频序列集包含的跳频序列的数量，设置了相同数量的跳频序列生成器402。例如，该微微网分配的跳频序列集包含4个跳频序列，该微微网的主设备设置了4个跳频序列生成器402，其生成跳频序列集的方法是：首先，地址转换器401将主设备地址信息和主设备时钟信号按照预定的算法进行计算，同时通过跳频约束条件进行选择，将主设备地址信息转换为4个伪地址信息，并将4个伪地址信息分别发送给4个跳频序列生成器402。由于一个跳频序列最多可以带七个从设备，所以一个伪地址信息可以对应七个或七个以下的从设备。例如本实施例中一个伪地址信息对应了七个从设备，则本实施例所在的微微网可以容纳4×7＝28个从设备。
另外，地址转换器401地址转换的算法可以多种多样，例如可以不考虑时钟信号或主设备的地址信息，完全由跳频约束条件进行选择，只要使用该伪地址信息能够生成给该微微网分配的跳频序列集即可。
实际应用中，主设备也可以不使用地址转换器生成伪地址信息，最简便的方法是：主设备根据其所在蓝牙微微网需要容纳的从设备的数量和能够接收的干扰和冲突程度，预先设置好与跳频序列生成器相同数量的伪地址信息。预先设置好的伪地址信息和上述的跳频约束条件可以通过主设备的管理系统进行配置。
因为跳频序列基本是由地址信息决定的，所以在选取伪地址信息时，选择用该伪地址信息生成的跳频序列的相互干扰很小的伪地址信息，选取的伪地址信息的数量决定于具体的地址内容和可以接受的干扰和冲突程度。如果能够做到这些伪地址信息生成的跳频序列的相干性很小，理论上这些伪地址信息的数目可以非常接近79。
然后，每个跳频序列生成器402使用一个伪地址信息和主设备时钟信号生成一个跳频序列，4个跳频序列生成器402就生成了包含4个跳频序列的跳频序列集。
同时，主设备将其时钟信号和生成的4个伪地址信息分别发送给对应的7从设备。
最后，从设备使用从主设备接收的伪地址信息和主设备时钟信号生成一个与主设备生成的一个跳频序列同步的跳频序列。
本实施例中微微网分配的跳频序列集包含4个跳频序列，所以该微微网的主设备设置了4个跳频序列生成器402，实际应用中根据蓝牙微微网需要容纳的从设备的数量和能够接收的干扰和冲突程度，预先设置其分配的跳频序列集包含的跳频序列的数量和跳频序列生成器的数量。
由上述的实施例可见，本发明的这种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，扩大了网络的总容量和促进了容量的合理分布，同时降低了相邻的蓝牙微微网之间的干扰。

Claims (5)

1.一种实现蓝牙蜂窝组网的跳频序列生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将整个频率资源空间分为多个跳频序列集，按照蜂窝组网的方式，为进行组网的每个蓝牙微微网分配一个跳频序列集，相邻微微网分配不同的跳频序列集，跳频序列集中跳频序列的数量根据主设备所在蓝牙微微网需要容纳的从设备的数量和能够接收的干扰和冲突程度预先设置；
2)在所述的每个蓝牙微微网主设备中，按照其分配的跳频序列集包含的跳频序列的数量，设置相同数量的跳频序列生成器；
3)主设备中每个跳频序列生成器生成的跳频序列对应该蓝牙微微网中七个或七个以下的从设备；从设备生成的跳频序列与主设备中对应的跳频序列生成器生成的跳频序列同步。
2.如权利要求1所述的跳频序列生成方法，其特征在于：步骤1)中将整个频率资源空间分为6或7或8个跳频序列集。
3.如权利要求1所述的跳频序列生成方法，其特征在于，所述3)包括：主设备生成与跳频序列生成器相同数量的伪地址信息；一个伪地址信息对应该蓝牙微微网中七个或七个以下的从设备；每个跳频序列生成器使用一个伪地址信息和主设备时钟信号生成一个跳频序列；且主设备将其时钟信号和生成的伪地址信息分别发送给对应的从设备；
所述的每个蓝牙微微网的从设备，使用从主设备接收的伪地址信息和主设备时钟信号生成一个与主设备生成的一个跳频序列同步的跳频序列。
4.如权利要求3所述的跳频序列生成方法，其特征在于：所述主设备生成伪地址信息的方法为：在主设备中设置地址转换器，该地址转换器将主设备的设备地址和预先设置的跳频序列约束条件通过预定的算法，转换为与跳频序列生成器相同数量的伪地址信息。
5.如权利要求1所述的跳频序列生成方法，其特征在于：所述各个跳频序列集包含的跳频序列的数量相同或不同。
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