蓝牙与802.11b之间相互干扰问题的解决

1、引言

　　目前，已研究提出的克服蓝牙与802.11b干扰，实现共存的机制，根据两系统是否能够交换信息而分为合作方式（collaborative coexistence）与非合作方式（noncollaborative coexistence）两类，其中包括：法规和标准、使用方式、技术方法等方面。就技术方法而言，现在较受关注的有两种，都属于非合作共存方式，一种是自适应跳频（AFH：Adaptive Frequency Hopping）[1，2]，此方法受到法规、接收灵敏度等限制，且只适用于未来使用新标准后生产的蓝牙设备，仍然无法解决目前蓝牙设备和802.11b之间的干扰问题；另一种方法在假定可以通过其他技术检测干扰规律基础上，通过流量调度，“减少因使用相同频率同时发送分组而引起的碰撞”（OLA：OverLap Avoidance），降低同频干扰[3]，取得较好效果，成为比较典型的方法。这种方法属于MAC层技术，而MAC层技术包含硬件和软件，解决干扰问题代价相对较小。本文提出自适应包选择延迟发送机制。此机制属于OLA方法，但与以往提出的躲避分组碰撞的方法有区别。此机制解决蓝牙ACL链路与802.11b的干扰问题更有效，且易于实现。

2、自适应包选择延迟发送方法

　　蓝牙标准为了满足不同的应用需要，定义了不同类型信息包。信息包包括话音包和数据包。其中数据包长度分为一个时隙、三个时隙和五个时隙三种类型。一般来讲，如果蓝牙自适应层能够基于应用的需要和无线信道情况，选择不同类型数据包进行传输，则可以达到最佳传输效果。目前已经研究了根据不同应用选择不同类型的包[4]。此外，也研究了根据无线信道的状况（主要基于误码率或者丢包率等评估手段）选择不同类型的包[5，6]，信道传输质量较差时选择短包传输，以减小信道同频干扰对信息传输的影响，信道传输质量较好时，选择长包传输，以提高传输效率，增加网络的吞吐量。但是，这种通过选择不同长度类型传输分组克服相互干扰方法，没有从根本上解决引起干扰的碰撞问题，效果不明显。这种包选择机制并不能完全消除干扰。因此，本文提出自适应包选择延迟发送方法。蓝牙单元在一段时间内对信道进行评估，然后根据信道质量好坏自适应地选择发送时间和包的大小，从而最大程度地避免了碰撞，理论上能够消除干扰影响。该方法适用于ACL链路（就是说蓝牙主从单元之间没有语音的传输）。自适应包选择延迟发送方法主要由两部分功能块组成：（1）信道评估，（2）自适应包选择延迟发送机制。

　　2.1　信道评估

　　以往的研究工作[7]表明，对于很多减小干扰影响的机制来说，信道评估都是必不可少的一部分（比如说自适应跳频）。我们将根据蓝牙发送单元的丢包率对信道进行评估。发送单元的丢包率在接收单元端计算，并且与跳频点有关。因此，定义跳频点相关的丢包率Fi-packet loss（其中0≤i≤78）计算公式为：

　　　

（1）

　　其中，Fi-number of lost packet为一段时间内（channel-state-update-ininterval）在该跳频点上传输信息时丢掉的包数，Fi-number of received packet为成功接收的包数。设定丢包率门限值为gpacket loss gate。当丢包率大于门限时，认为信道是不良信道，否则，认定为良好信道，由此可以得出信道状态表如下：

表1　主单元信道状态

表2　从单元信道状态

　　其中Mast-F0～Mast-F78表示蓝牙主单元信道，Mast-State[0]～Mast-State[78]表示主单元信道对应状态；Slave-F0～Slave-F78表示蓝牙从单元信道，Slave-State[0]～Slave-State[78]表示从单元信道对应状态。

　　蓝牙的数据传输是由主单元控制，因此，从单元必须将主单元的最新信道状态表通知主单元。为此，我们定义一个新的LMP（链路管理协议）PDU，用以携带主单元信道状态。从单元每隔一定时间（channel-state-update-ininterval）计算一次丢包率、刷新信道状态表并通过上述PDU发送到主单元。

　　2.2　自适应包选择延迟发送机制

　　蓝牙物理信道是一个时分双工的跳频信道，信道之间以彼此近似正交的跳频序列区分。信道使用伪随机跳频序列表示，频率在79个射频信道中随机跳变。每个微网使用唯一信道跳频序列，它是根据主单元蓝牙设备地址确定。信道以时隙为单位传输信息，在一个时隙（单时隙分组情况）或多个时隙（多时隙分组情况）内采用一个射频跳频点传输信息。频率跳变速度是1600跳/s。一个时隙的长度为625微秒。在时隙中主单元和从单元以时分复用方式，交替传输分组。主单元在偶数时隙开始传输分组，从单元仅在奇数时隙开始传输分组。一个分组传输时间可以占用一个时隙、三个时隙或五个时隙。传输某个分组期间，跳频保持不变。对于传输单时隙分组，使用的跳频由当前蓝牙时钟值导出。对于传输多时隙分组，跳频根据传输首时隙时钟值导出。传输多时隙分组后，传输下一分组的跳频也根据该分组首时隙时钟值确定。根据蓝牙标准规定，ACL链路可以占用一、三、五时隙传输数据，但是，目前在实际使用过程中，占用时隙方式是固定的。我们提出的这一个算法就是在满足上面这个条件的基础上，根据信道的情况采用延迟发送机制。具体如下：