藍牙數(shù)據(jù)傳輸性能增強技術(shù)研究.pdf

1、作為商用的一種短距離無線通信技術(shù)，藍牙具有無可比擬的優(yōu)越性，可以被應(yīng)用于如個人區(qū)域網(wǎng)等各種場合中，但是這并不表明藍牙技術(shù)已經(jīng)盡善盡美，藍牙仍然有很多地方值得分析和改進。論文中針對藍牙在數(shù)據(jù)傳輸性能方面存在各種實際問題和前人的研究背景出發(fā)，具體分析存在問題的原因，然后進行針對性的增強或改進，達到增強藍牙數(shù)據(jù)傳輸性能的目的。論文中主要從藍牙的數(shù)據(jù)安全性、跳頻安全性、微微網(wǎng)抗干擾、散射網(wǎng)抗干擾、藍牙與其他設(shè)備共存等方面進行了創(chuàng)新性研究工作.

2、 在藍牙數(shù)據(jù)安全性方面，對藍牙的Eo算法的安全能力進行了詳細地分析，利用其密流序列的相關(guān)性對算法進行攻擊。基本攻擊和優(yōu)化攻擊的時間復(fù)雜度分別為O(222)和O(278)。最后給出了基于該攻擊手段的E算法的改進方案和實驗數(shù)據(jù)。 在藍牙跳頻安全性方面，提出了一種基于通信終端設(shè)備時鐘和地址信息的任意頻隙跳頻序列構(gòu)造方法。該方法通過混淆運算、頻隙映射的方式產(chǎn)生出均勻性好、可用頻隙數(shù)小于512的任意頻隙跳頻序列。仿真分析和數(shù)值實驗表

3、明，該構(gòu)造方法具有均勻分布、獨立性好、跳頻間隔穩(wěn)定以及硬件方便實現(xiàn)等優(yōu)點，可應(yīng)用于實際的跳頻多址通信系統(tǒng)中。基于密碼學(xué)的加密機制，提出了利用SAFER+算法構(gòu)造一種跳頻序列族的方法。在此基礎(chǔ)上對產(chǎn)生的跳頻序列從安全性，均勻性，線性復(fù)雜度，漢明相關(guān)性等各個方面進行了全面的理論分析和計算仿真，證明了基于SAFER+算法產(chǎn)生的跳頻序列族有著優(yōu)秀的性能，滿足跳頻序列族的要求。提出出了利用藍牙自身加密用的E。算法構(gòu)造了一種跳頻序列的產(chǎn)生方案。通過

4、對生成的跳頻序列進行理論分析和實驗仿真，證明其除了有較理想的性能指標(biāo)，且具有強的安全能力，并易于實現(xiàn)，對系統(tǒng)的硬件資源要求不高，非常適合作為跳頻通信中的跳頻序列。 在藍牙微微網(wǎng)抗干擾方面，分析了藍牙數(shù)據(jù)分組重傳概率與位錯誤率的關(guān)系，推導(dǎo)出了各個數(shù)據(jù)分組類型在不同的信噪比下要達到的平均數(shù)據(jù)傳輸速率，提出了基于丟包統(tǒng)計的藍牙數(shù)據(jù)分組自適應(yīng)分組策略。然后提出增加2-DM和3-DM來改善藍牙的抗干擾能力。進一步提出對藍牙數(shù)據(jù)分組利用BC

5、H編碼方式進行編碼以提高藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力和吞吐量，并且對新采用BCH編碼的數(shù)據(jù)分組特性進行了分析。仿真計算結(jié)果表明了該方法的有效性。研究了藍牙的廣播性能，推導(dǎo)出在一定成功率(99％)下應(yīng)該選用的數(shù)據(jù)分組，需要的重傳次數(shù)，并且給出了平均最大傳輸吞吐量。同時，給出了藍牙系統(tǒng)級的Simulink模型，并進行了室內(nèi)傳播模型的仿真和實驗。 在藍牙散射網(wǎng)抗干擾方面，建立了藍牙散射網(wǎng)下數(shù)據(jù)分組相互干擾的分析模型。在此基礎(chǔ)上得出了藍牙散

6、射網(wǎng)在進行ACL分組傳輸時的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。并得出達到最大吞吐量時應(yīng)當(dāng)采用的最佳分組。提出一種SAR策略以提高藍牙散射網(wǎng)的吞吐量的方法。微微網(wǎng)通過比較自身和其他微微網(wǎng)的跳頻序列，可以預(yù)警到何時隙可能有碰撞發(fā)生，并對數(shù)據(jù)進行分割與重組。通過該方法可以有效地避免微微網(wǎng)之間的碰撞，通過仿真分析可以看出，該方法能夠明顯提高藍牙散射網(wǎng)的吞吐量。最后，充分利用了藍牙跳頻序列相關(guān)特性差這一特點，利用同一跳頻地址而不同時鐘而產(chǎn)生的跳頻序列集構(gòu)造完備的準(zhǔn)正交

7、跳頻序列。在組網(wǎng)時可以由某一首領(lǐng)主設(shè)備向其他微微網(wǎng)的主設(shè)備發(fā)送自己的跳頻地址(低28位設(shè)備地址)、時鐘以及每個主設(shè)備的時鐘偏移量，各微微網(wǎng)進行互不干擾的準(zhǔn)正交跳頻通信，大大提高了藍牙散射網(wǎng)的吞吐量。在藍牙與其他設(shè)備共存方面，提出了一種全新的多射頻藍牙技術(shù)，用于解決短距離無線通信中日趨嚴(yán)重的共擾問題。該方案在不改變藍牙基帶協(xié)議的基礎(chǔ)上，增加藍牙900MHz射頻模塊和5.8GHz射頻模塊，使得藍牙設(shè)備的射頻可在900MHz、2.4GHz和5

8、.8GHz的ISM頻段間切換。在具體的電路硬件可靠實現(xiàn)的基礎(chǔ)上進行性能仿真，結(jié)果表明該方案不僅改善了與其他無線通信方式的相互干擾問題，而且還從組網(wǎng)特性、抗跟蹤能力以及通信距離等方面得到了改進。 本文的研究工作取得了一定的創(chuàng)新和成果，同時也對其他短距離通信的數(shù)據(jù)可靠性具有借鑒意義。研究工作將持續(xù)深入下去，正在進行和進一步的工作包括以下幾個方面： 1.藍牙基帶系統(tǒng)ASIC的制作。我們整個項目是實現(xiàn)過程是“基于藍牙”→“改造藍