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《中国科学院研究生院(软件研究所)》 2002年 博士论文
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蓝牙自组个人区域网络创建和调度算法的研究

林鸿  
【摘要】: 蓝牙已成为短距离无线数据语音通讯的事实全球标准,它能使许多个人数字设备很方便的实现无线通讯功能。蓝牙技术具有低成本、低功耗、尺寸小,占用免费频段,通讯距离短等优点,在许多领域得到广泛应用。 蓝牙自组个人区域网络是具有蓝牙功能的设备组成的一个不需额外网络设备,在某个区域内一起自主协调工作,相互间自由通讯的独立无线移动网络。这种网络很有可能改变我们不远将来处理和存取信息的方式,具有广阔的应用前景。但是为实现这种网络需要解决许多相关具有挑战性的前沿课题。研究如何解决其中的四个核心关键课题,即蓝牙网络拓扑结构创建、网络调度、网络路由和接入点切换,最终实现蓝牙自组个人区域网络,无论在理论上还是实际上都具有非常重要的意义。 论文深入研究了蓝牙自组个人区域网络特性,分析和比较了解决这些相关课题所提出的各种主要算法和方案,提出了一系列的算法和机制,并对这些算法进行了性能分析和仿真实验。 蓝牙分散网所具有的特殊限制和特性给有效创建蓝牙网络拓扑结构带来了挑战。分布式蓝牙分散网拓扑结构创建算法是一种简单有效的可递归算法,具有良好的扩展性,不需要节点限制在相互通讯范围内,适当改进的算法也能适应动态网络环境。通过数学证明和仿真试验,算法具有以下性能:时间复杂度为O(log N),消息复杂度为O(N),创建的分散网网络直径为O(log N)。 多跳的分散网中需要路由机制实现数据包在网络中的正确转发。利用一种特殊地址表示法,基于创建过程的分散网路由算法算法实现了网络单播和广播数据包的路由功能。算法开销小,不需要路由搜索和回复过程,也不需要数据包带有路由信息。 蓝牙默认的循环轮询微微网内调度机制使微微网性能很低。本文提出的基于蓝牙基本连接模式的自适应微微网内调度算法能提高网络吞吐率,降低蓝牙设备的能量消耗,实现系统性能优化的目的。通过对算法仿真结果的分析,证明算法能大大提高网络吞吐率,降低设备能量消耗,改善网络性能。 蓝牙自组个人区域网络中的某些节点采用时分复用方式参与多个微微网中并转发网络数据。由于节点在某时刻只能加入其中一个微微网中,这就需要微微网间调度算法。监听模式为微微网间调度算法提供了一个比较灵活的方式并且不需要更改协议。基于监听模式的自适应分散网调度算法监控各个链路上流量并获得流量变化数据,根据这些数据实时改变节点在各个链路上的监听时隙分配比例。通过对算法仿真结果的对比和分析,证明算法能提高吞吐量,减少时间延迟,改善网络性能。 跳模式是为任意分散网络拓扑结构提供的一种非常灵活和轻负载的调度框架所需的连接模式。本文也提出了一种基于跳模式的自适应分散网调度算法, 中国科学院软件研究所博士论文 蓝牙自组个人区域网络创建和调度算法的研究 并讨论在不同网络拓扑结构中的改进方法,分析超级帧最佳取值。算法根据链 路流量预测值和累加时延计算出优先级来决定节点参与的微微网。算法同其他 参照算法在不同流量模型下进行仿真实验并作比较,说明算法能适应网络流量 的动态变化和网络拓扑结构的改变,同时能提高网络吞吐量,减少数据传输时 延,改善网络性能。 蓝牙网络接入点切换问题是蓝牙技术广泛应用过程中鱼待解决的关键课 题,而蓝牙本身特点给接入点快速切换研究和实现带来挑战。本文设计了一种 新的由接入点控制的反向软切换机制实现蓝牙接入点快速切换。接入点实时监 测同移动点间的链路,根据距离和链路质量计算出切换判断值。当这个值超过 某个阀值后,接入点预先在它的邻近接入点中搜索一个最佳候选接入点。当值 继续超过另一个阀值后,移动点切换到新接入点。虚拟切换环境的仿真结果验 证这种切换机制能在很短时间内完成切换过程。


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