wifi与蓝牙互联以及干扰分析

1、蓝牙与网络互连设计方案蓝牙和（即IEEE802.il）都是无线局域网家族里的重要成员，它们都有各自的优点。直到今天,对这两种无线局域网标准的补充和修订工作仍在进行。蓝牙最初是以作为与互补的技术来定位自己的。但随着两种技术标准的不断扩展完善，有迹象表明它们之间今后完全有可能形成竞争关系。无论如何，蓝牙和的共存已经成为今天的现实。对使用者而言，较为关注的问题有两个：一是蓝牙和的共存会对各自的性能带来怎样的影响；二是怎样实现二者之间的互连互通。由于蓝牙和都工作于I2.频段，因而在共存的环境下它们之间的干扰不可避免，这也是很多研究者引以关注的问题，本文将给出在这方面已经取得的一些研究成果。并就共存环境

2、中怎样实现蓝牙和之间的互连提出了解决方案。2蓝牙、技术概述蓝牙1蓝牙技术是由蓝牙I（特殊利益集团）于1年联合推出的一项短距离无线通信协议。它具有使用方便、抗干扰能力强、低功耗、低辐射等诸多优点。蓝牙宽带协议结合电路交换和分组交换技术，适用于语音和数据传输。它支持异步数据信道和同步语音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步语音。蓝牙的基本拓扑结构是微网（）。在微网中只有一个主设备（），它可以同时和至多个处于激活状态的从设备（）以及至多255个处于休眠状态的从设建立连接关系。微网之间还可以形成散射网（），从而扩大了网络的规模，延长了网络的覆盖范围。2年0月，IEEE批准了兼容蓝牙1.1版本的

3、标准“IEEE802.15.1”，同时还专门成立了四个工作组专门负责IEEE802.15相关标准的制定和完善动作。目前，更为完善的蓝牙协议2.0版已经问世，这必将加速蓝牙技术的推广应用进程。2.2Wi2-Fi是在IEEE802.11的基础修改制定的，于1年11月由IEEE推出。它与蓝牙工作于同一频段。采用的访问机制，这与以太网协议相似。它具有传输速率高、传输距离长等优点。但它不提供面向连接的服务，因而可靠性不如蓝牙，且其功耗也较蓝牙高。的基本网络结构为基本服务组（），这种结构可以满足两个站点之间的直接数据交换要求，但在使用过程中需要将其中一个设为主设备；扩展服务组（E）是由多个基本服务组形成的

4、。通常情况下各个基本服务组均通过接入点设备（）接入到有线或无线网络中。基本服务组中的站点设备一般不同时作为两个基本服务组的成员，这一点与蓝牙设备不同。对蓝牙共存问题共存环境中蓝牙、的干扰特性由于蓝牙和都工作于频段，尽管它们分别采用了不同的扩频技术和访问控制机制，但二者之间的干扰仍然存在。下面给出在共存环境中蓝牙数据包与802.数1据1包发生冲突的概率，以及在一定的距离内发生数据包丢失的仿真结果。塚脈的数据包长度为Lsr,WF：的数据包长度为L和根据它们各自的协议可知:U由此可得，在传送一帘沁諏据包期间蘇宓邀朋的个数为最少拘“T叨怎故一个邂隔数据包与囑t蓝牙数据包衮叠的概率为:（3-4）VvVv

5、VvVvLSt与鬥+1停据包交叠的概率为:m+1L-椰/ST+WFL-?r设Phit齿蓝牙数据包与-航-0数据包发射频率相同的概率，则二者之间碰扌童的概率为？下蓝牙数据包丢失率图玉2在蓝牙设备干扰下砺-F1数据包丢失率图显示了当一台蓝牙设备正在通信时，另一设备对其形成干扰所导致的数据包丢失情况的仿真结果。图中离散的点反映了设备与蓝牙设备间的距离对数据包丢失情况的影响，可大致上用图中的曲线来描述，底部的直线为参考线；图显示了当一台设备正在通信时，另一蓝牙设备对其形成干扰所导致的数据包丢失情况的仿真结果。同理，图中离散的点反映了蓝牙设备与设备间的距离对数据包丢失情况的影响，可大致上用图中的曲线来描

6、述，底部的直线为参考线。通过比较图3.和1图我们不难发现，总体上蓝牙因干扰而导致的数据包丢失要严重些。在距离超过后，因蓝牙的干扰而导致的数据包丢失几乎可以忽略不计。共存解决方案针对共存环境中存在的干扰问题，可以采取以下几种解决方案。这些解决方案对技术的要求不尽相同，其抗干扰性能也不一样，以满足不同的应用需要。功1率.控制这是一种妥协性的解决方案。由于蓝牙支持功率控制策略，而支持动态速率转换策略。因而在同一个使用环境中，当发现蓝牙和设备之间的干扰影响到各自的正常通信时，可联合采取降低发射功率和调整传输速率的方式以降低干扰的影响。这种解决方案比较适合于临时性的公共场合，比如会议室宾馆、机场等。驱2

7、动.层模式转换实际应用中，可能有很多设备同时安装有蓝牙和系统。对这类设备而言，驱动层模式转换的思想是让二者共用同一射频天线，并让二者分时工作。即当其中一个系统需要通信时另一个关闭，反之亦然图3.给3出了驱动层模式转换的结构图。这种解决方案存在的问题主要有三个方面：首先，它无法满足同时进行蓝牙和通信的要求。即设备既无法同时发送和接收两类数据包，也无法在发送（接收）其中的一类时接收（发送）另一类；其次，由于驱动层转换需要在操作系统完成，而操作系统的响应时间有一定的时延，这显然增加了通信双方进行收发协调的难度；最后，由于维护网络的需要，蓝牙微网中的主设备会向网内的设备发送“轮询”数据包，这会干扰正常

8、的设备通信。因而，单一的驱动层模式转换方案作用有限。基带应用层操件系统驱动转换Wi-Fi驱动蓝牙驱动操作系统Wi-FiMAC蓝牙MACWi-Fi调制蓝牙调制图驱动层模式转换结构图层转换层转换克服了驱动层转换时延的问题，同时也有效防止了蓝牙“轮询”的干扰。其实现的方式可有两种选择：将转换机制集成到两个系统的基带协议中，或集成到一个独立的模块中并与两个系统的基带进行通信和控制。这种解决方案的缺点是难以有效抵制临信道的干扰，且开发难度较大。自4适.应数据包业务由于数据包长度越短，发生碰撞的概率越低。因而在共存的环境中，如果蓝牙和都能根据干扰的严重程度自动调整包的大小，将有助于增强共存系统的稳定性。这

9、就要求开发出相应的自适应算法，以动态的调整蓝牙的多种包类型，并对包进行动态分割。同理，还可以开发自适应速率算法，以在需要时动态的调整数据的传输速度。所有这些都将要求对现有的蓝牙和协议做进一步的修改和补充。自5适.应跳频自适应跳频是在数据发送时，选择那些跳频信道中“好”的信道来传输数据的跳频通信方式。“好”信道通常是指那些没有受到干扰或受到的干扰较小的那类信道。“好”和“坏”由接收端的链路质量分析电路来判断，其依据通常是数据包丢失率、接收信号强度等。这种方案通过尽量避免系统间的频率碰撞以达到提高系统性能的目的。自适应跳频技术在一些系统中已有应用。距离：MJ零宛祁rjl-i-郦Mbps无蓝牙干扰有

10、蓝牙干扰有蓝牙干扰但釆用了TtueRadio术图系统数据吞吐量变化情况此外，公司的研究人员提出了一种称之为技术的系统级方案来解决蓝牙和之间的干扰问题7它集中执行了蓝牙和系统的驱动层和基带层功能，从而可以理想地对两种系统的运行进行综合控制。图显示了采用这种技术前后数据吞吐量变化的情况。蓝牙与网络互连方案设计网4络.结1构在共存环境中，蓝牙或设备的通信大体上可分为两种类型：一种是蓝牙设备之间或设备之间的通信，另一种是蓝牙设备与设备之间的通信。前种通信属于蓝牙和各自技术的应用领域（只不过增加了抗干扰方面的考虑），并不涉及到网络的互连；后者则需要通过蓝牙网关才能完成。图共存环境中蓝牙与网络互连通信示意

11、图图给出了典型的蓝牙和网络共存的示意图。图中，蓝牙设备和设备分散在应用环境中的不同位置。当某一蓝牙（）设备需要和另一（蓝牙）设备进行通信时，由蓝牙网关来执行中继和数据包的转换工作。不难理解，进行数据包的转换是蓝牙网关的核心任务，也是能否实现蓝牙与网络互连的关键问题。另外，为维护和管理网络的方便，通常将网关设备作为蓝牙的主设备（）和的接入点设备（）。协议栈模型通常情况下，异种网络之间的互连是在网络层实现的，但有时也可在数据链路层实现。在网络层实现蓝牙互连的协议栈结构如图所示。这种实现方式要求每个上层应用数据包均按照如下步骤（或相反方向）走完协议栈的各个层次：应用层（蓝牙）物理层（蓝牙）网关物理层

12、（蓝牙）网关网络层一网关物理层（）一物理层（）一应用层（），因而实时性较差。但它实现起来比较简单，只需软件即可完成。应用层应用层TCP/UDPTCP/UDPIPIPIPFpppPPPLLC(VA-Fi)LLC(Wi-Fi)ELFCOMMSDPELFCOMMSDPL2CAPLMPL2CAPLMPMAC（蓝牙）MAQ（蓝牙）MAC(WiFi)MAC(Wi-Fi)物理层（蓝牙）物理层（蓝牙）物理层(Wi-Fiy物理层(Wi-FiJV蓝牙设螯蓝牙讥7i-Fi网关Wi-Fi设备图网络层实现蓝牙互连的协议栈模型比较而言，在层实现蓝牙互连难度上要大得多，但执行效率也要高得多。其协议栈结构如图所示。这种实现方

13、式可通过两种途径来完成数据包的转换：一种是直接在两者的层进行；另一种是通过中间件进行。两种实现途径均主要由硬件来完成，不过后者要相对灵活些，且没有前者那么复杂。应用层应用层Tcp.apTCP/IPI蓝牙中间层MAC（蓝牙）物理层（蓝牙）中间件一為点MAC(蓝牙)G)MAC：(W1-F1)物理层（蓝牙）物理层(Wi-Fi)蓝牙/W1-F1网关LLC(Wi-Fi)MAC(Wi-Fi)物理层(Wi-Fi)蓝牙设备Wi-Fi设备图层实现蓝牙互连的协议栈模型上述两种实现方式都没有提及天线的配置问题。事实上，天线的配置策略将在很大程度上决定网关的工作方式。如本文前面所述，如果采用共用天线的模式，则网关只能采取时分复用的工作方式。这种工作方式可能会对网络的数据吞吐量产生一定的影响，同时也难以保证相关设备的数据收发有序进行。而采用双天线的配置模式则可以避免这类问题。双天线的配置模式可满足网关设备实时收发蓝牙和数据包的要求，从而提高了整个系统的运行效率。但这种配置模式也有新的问题，即天线之间的射频干扰。尤其是当天