动态蓝牙网络的路由维护协议（ERMP）

Journalof King Saud University沙特国王大学沙特国王大学学报www.ksu.edu.sawww.sciencedirect.com动态蓝牙网络Sabeen Tahira，b，*，Sheikh Tahir Bakhsha，Abdulrahman H.阿尔塔希河a沙特阿拉伯麦加吉达21589阿卜杜勒阿齐兹国王大学计算机和信息技术学院b马来西亚霹雳州斯里巴加湾31750Tronoh马石油技术大学计算机和信息科学系接收日期：2016年4月13日;修订日期：2016年7月28日;接受日期：2016年7月28日2016年8月1日在线发布摘要蓝牙是一种广泛应用于小型无线网络的技术，它允许蓝牙设备构建一个多跳网络，称为散射网。在多跳动态蓝牙网络中，存在多个主节点和网桥，路由选择会产生技术故障。据观察，频繁的链路断开和一个新的路由建设消耗额外的系统资源，降低了整个网络的性能。因此，本文提出了一种用于动态蓝牙网络的有效路由维护协议（ERMP路径的基础上预测的薄弱环节和薄弱的设备。ERMP通过信号强度预测弱连接，通过低能级预测弱设备。在主路由构建期间，路由管理器和网桥保持用于路由维护的后退设备（FBD）的信息。在预测到一个薄弱环节时，ERMP激活一个备用环节，另一方面，对于弱设备，其激活FBD。仿真结果表明，该协议能够成功地恢复弱路径，提高系统性能。©2016作者。制作和主办由爱思唯尔B.V.代表沙特国王大学。这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍*通讯作者：沙特阿拉伯麦加吉达21589阿卜杜勒阿齐兹国王大学计算机和信息技术学院。电子邮件地址：stsheikh@kau.edu.sa（S.Tahir），stbakhsh@kau.edu.sa（S.T. Bakhsh），ahaltalhi@kau.edu.sa（A.H. Altalhi）。沙特国王大学负责同行审查制作和主办：Elsevierhttp://dx.doi.org/10.1016/j.jksuci.2016.07.003蓝牙规范是为低功耗双向无线电通信而设计的，用于短距离连接网络设备（Chih-Min和Yin-Bin，2014）。蓝牙物理层在2.4 GHz工业科学和医疗（ISM）频段上运行。ISM频带的关键优点是它使蓝牙技术在全世界被接受（Laharotte等人，2015年）。蓝牙设备可以扮演主设备、从设备或桥接器的角色。蓝牙基本联网单元被称为微微网，微微网的行为类似于自组织网络拓扑中的集群，该自组织网络拓扑包含256个设备中最多8个蓝牙活动设备。1319-1578© 2016作者制作和主办由爱思唯尔B.V.代表沙特国王大学。 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词蓝牙网络;路由维护;薄弱环节;预测;备份设备450S. Tahir等人在微微网中，一个蓝牙设备成为称为主设备的簇头，而其他设备成为从设备。在微微网内，不允许直接从设备到从设备的链路，所有通信链路都通过主设备。主设备以循环（RR）方式处理从设备，该方式基本上克服了设备之间的冲突（Singh和Agrawal，2011）。为了减少设备之间的干扰，蓝牙技术使用跳频扩频（FHSS）Jin-Ho等人，2014; Subhan等人，2012年技术。FHSS的使用使得蓝牙技术比其他无线技术更不易于信号拥塞和窃听。每个蓝牙设备使用伪随机跳频序列使用79个信道。每个蓝牙设备都使用一个运行时钟，所有从设备都与微微网保持同步，并不时向其时钟添加与主设备时钟的定时偏移（Etxaniz和Aranguren，2015）。在蓝牙网络中，主 设 备 还 为 每 个 活 动 从 设 备 分 配 3 位 活 动 成 员 地 址（AM_Addr）。蓝牙设备发现彼此并建立连接。最初，所有设备都处于待机模式，只有本地时钟（CLKN）运行。蓝牙时钟监测收发器的定时和跳频序列，其通常作为28位环绕计数器执行（Yu 和Lin ，2012; Sharafeddine等人，2012年）。主设备向其他蓝牙设备发送请求以建立微微网。同意对主设备的请求进行微微网应答的设备。主设备在不同的频率上发送ID分组，并等待来自从设备的被称为跳频序列（FHS）分组的应答分组。设备不仅发送FHS数据包，还发送其ID和时钟值。处于查询扫描模式的蓝牙设备降低其跳频;该模式允许查询者赶上处于查询扫描模式的蓝牙设备的发送频率（RamanaReddy等人，2010; Yu，2010）。当频率匹配时，被扫描的设备表现得像从设备，并将它们的ID和时钟信息发送到主设备。两个连续页面扫描操作的开始之间的时间间隔被认为是扫描间隔时间T inquiry_scan，其应该小于或等于2.56 s（Cui等人，2010年）。当蓝牙设备超过八个设备时，它们形成散射网（Subhan 等人，2011年）。散射网是互连微微网的组合，其中一个微微网的设备（主/从）选择作为其他微微网中的从设备。这个中间设备被称为网桥/中继设备，它在微微网之间中继数据。通过使用这种方法，更多互连的微微网可以形成一个大的网络（Xin和YuPing，2009），如图所示。1.一、已经提出了许多用于微微网间通信的蓝牙多跳路由协议，但是已经分析它们都没有考虑路由中断问题（Bo等人，2012; Yu，2012; Aldabbagh等人，2015 a，b; Tahir等人，2013年）。大多数研究者提出的路径优化思想没有考虑路径中断问题.诚然，如果主路由链路中断，它会产生一些严重的问题，如延迟，不必要的能量消耗，数据包丢失等，因此，它提供了一个机会，提出一个有效的路由维护协议的动态蓝牙网络。所提出的协议克服了频繁的链路断裂的问题，并提供了一个解决方案，预测薄弱环节。图1蓝牙分散网，其中一个桥接设备连接三个微微网。本文件的其余部分安排如下。第二节讨论了拟议议定书的相关工作。为了克服频繁的链路中断问题，在第3节中提出了所提出的协议。第4节使用NS-2（NS-2模拟器，2014）和UCBT（Agrawal和Wang，2007）通过模拟显示了所提出协议的性能分析及其与一些类似协议的最后，结论和可能的未来工作在第5节中提出。2. 背景和相关工作在微微网中，直接从站到从站的通信是不可能的，因此所有通信链路（传出和传入）数据流量都要经过主设备;因此，主设备是最重要的设备。如果主设备停机或移动，它可能会断开所有链接的设备。类似地，在分散网中，直接的主到主通信是不可能的，因为它们总是需要一个中间桥接设备，因此，桥接设备被认为是最重要的设备，因为它连接多个微微网（Ching-Fang和Shu-Ming，2008）。如果它发生故障或移动，那么它可能会扰乱整个网络。当数据在两个蓝牙网络之间路由进行从机到从机的通信时，遵循数据将经过“从机到主机-桥接器-主机-从机”的规则。虽然，许多研究人员提出了不同的想法，路由和散射网形成的蓝牙网络，但在这项研究中，我们只考虑了最相关的协议。Bakhsh 等 人 提 出 了 一 种 动 态 能 量 感 知 网 络 维 护（DENM）协议，2011，其中主设备维护存储所有连接的从设备的信息的表。当主设备的能量水平达到L1时，它从其从设备激活辅助主设备。类似地，如果桥接设备能量水平达到L1，则其向所连接的主设备发送请求消息以用于备用继电器激活。该技术提供了基于能量水平的针对频繁链接讨论的灵活性。这种技术的主要缺点是，它不考虑sider设备的移动性，这可能会导致频繁的链路disconnec和灰。通过图2（a）来解释DENM，其中源设备A将数据传输到目的地设备D，动态蓝牙网络路由维护协议451图2使用DENM协议进行路由维护。通过A-M1 一旦M1的能量水平达到其极限，它激活C作为新的主机，并开始通过A-C-B-M 2 - D路由进行传输，如图所示。第 2段（b）分段。第二个相关的协议是新路由维护（ROMA）Sahoo等人，2008年，用于蓝牙ad-hoc网络。ROMA维护蓝牙散射网的路由路径。如果有设备加入或从网络中删除，ROMA通过增加新设备来减少跳数，并重建路由路径。在ROMA中，如果有新设备加入或离开分散网，它通过考虑跳数来维持其路由链路。相应的主设备检查新设备，以找出它是否可以减少跳数并使路由路径更短;然后，它改变新设备的角色并在路由路径内创建新的微微网此外，ROMA在路由路径中没有为想要与网络中的原始主设备或从设备根据ROMA，如果蓝牙设备离开微微网，它会通知其主设备进行设备离开过程，这会花费额外的时间并消耗更多的资源。如图3（a）所示的示例，源设备A通过路由路径（A-M1-B-C- D）向目的地设备D图3（b）示出了在数据传输期间，新设备I进入微微网M1。M1是一个路由主设备，它检查这个设备是否能提供最短路径。由于设备I和D在彼此的无线电范围内是直接的，路由主设备中断现有的链路，建立新的链路A同时，设备F开始移动并且从路由主机M2和M3。当它开始移动时，它通知路由主机，以便它们可以找到另一个设备J，该设备J可以重新建立路由E-J在上述情况下，ROMA无法提供任何解决方案来继续传输。因此，这提供了一个机会，提出一个新的协议，路由维护，以克服现有协议的不足。BlueStar是一种分散网络开发技术，其中每个节点在发现阶段之后基于其度和其他参数计算其权重，并将其与其邻居进行比较以确定其角色（主/从）。BlueStar协议建立了自己独立的微微网;与邻居相比具有更高权重的节点将成为主节点，其余节点将成为从节点。主节点选择一个桥节点与相邻的微微网连接。在所得到的蓝星散射网中，每个微微网可以包含七个以上的从节点。然而，观察到在pic-net中具有多于七个从节点可能降低性能。另一种称为BlueMesh的分散网协议（Emre和Oznur，2006）已经被提出用于改进BlueStar协议。BlueMesh分两个阶段激活;在第一阶段，它确定一跳和两跳相邻节点，在第二阶段，蓝牙节点选择它们的角色。BlueMesh定义了一种基于蓝牙节点的插入和移除来处理拓扑变化的过程。当一个新节点想要加入散射网时，它首先广播身份分组，然后接收节点用FHS分组回复。新节点可以从多个邻居接收FHS数据包;在这种情况下，需要决定连接建立。据分析，BlueMesh3. 建议的ERMP协议本 节 将 讨 论 拟 议 的 动 态 蓝 牙 网 络 高 效 路 由 维 护 协 议（ERMP）。蓝牙技术不允许在不同的微微网中直接从设备到从设备或主设备到主设备的通信。因此，蓝牙设备需要遵循通信规则（从-主）和（主-桥-主）。在建议的ERMP中，当建立主链路时，每个路由图3 ROMA散射网中的路由问题。452S. Tahir等人--度Rk;M-1¼2主设备和路由桥更新它们的表并保存备用设备的信息。在传输过程中，如果通知到弱链路或弱设备，则所提出的协议创建新链路以使用后备设备来克服频繁的链路断开。当后备设备不可用时，所提出的协议执行用于路由维护的角色切换操作。3.1. 连通散射网假设N是分散网中蓝牙设备（从设备、主设备和网桥）的总数，如下所示。N¼S[M[B] 1不 同 的 速 度 和 方 向 。 因 此 ， 随 机 步 行 移 动 性 模 型（RWMM）用于所提出的协议，因为它考虑了设备的速度和方向。RWMM是一种简单的移动模型，基于预定 范 围 内 的 随 机 方 向 和 速 度 （ KuoHsing Chiang ，2004）。移动终端可以通过随机选择方向和速度从其当前位置移动到新位置从等式（7）.将时间划分为时隙t =0，1，2.. . 其中在t = 0时，设备可以选择四个相邻单元{（x+1， y），（x1，y），（x， y+1），（ x，y1）}的概率为1/4。在每个后续时间段中重复该过程。设备在时隙t = 0、1、2. 由C（n）（t）表示，其基本上示出了设备存在的单位。Pi Sij2 Mi1Sij连接Mi0Sij不连接Mix; y . n-1 gð Þ3.2.1. 基于移动性的链路替换受Sij67;8i3在开始通信之前，建立距离EDSij^Mi10 m4<在中间设备之间，参与路由的设备称为路由设备。一个路由链接在一个scat-其中S、M和B分别表示从设备、主设备和网桥的数量。其中Pi是第i个微微网，Mi对应于微微网主设备，Sij是第i个微微网中的第j个从设备如果在设备i和设备j之间存在主从关系，则将Sij约束（3）确定每个微微网（P）是否具有最多七个从设备，并且在约束（4）中主设备和从设备之间的最大距离是否为10 m。连接的散射网具有中间设备（桥接器/中继器）以在多个微微网中提供通信。当量表示中间设备中继，其中P1和Pj是任何两个微微网，并且nb是这些微微网之间的中间设备。P i\P jn b其中i在每个微微网中，路由主机维护一个路由主机信息表（RMIT），该表包含从设备列表、时钟偏移、设备ID、设备状态（活动/非活动）、能量水平、信号强度、回退主机和回退网桥.另一方面，在分散网中，每个路由网桥维护一个路由网桥信息表（RBIT），其中包含连接的主设备、设备状态（活动/非活动）、信号强度、能量水平、回退网桥、回退主站和主站学位的列表.n（1，对于Rk连通m1Jternet通过多个piconet;因此，路由链路由多个路由主设备组成。拥有路由主设备的微微网被称为蓝牙路由微微网间。每当新设备进入路由微微网时，它就将其完整信息发送到路由主设备。每个路由主设备和路由桥设备都维护各自的表。主机监控路由设备的信噪比（SNR）。接收功率信号强度可用于估计距离，因为所有的电磁波显示距离与接收功率之间的平方反比关系。距离和接收功率之间的关系如下。Pr11=d28发射器和接收器之间的接收功率由Pr表示，d是距离。在传输过程中，如果任何一对源和目的地之间的任何中间设备开始移动，则会通知弱链路。当中间设备开始远离微微网时，路由主设备会观察到其微弱的信号强度，因为该设备正在离开无线电范围。等式（9）和（10）用于计算信号强度。前<$PTrωGReωGTrω1=<$4ωsωd <$$>2<$9<$其中PTr是发射功率，GRe是接收器天线增益，并且GTr是发射机天线增益。1jnullRk与md¼qx2-x12y2-y12ð10Þ其中R是中继，k是中继的度，每个中继具有连接的主设备（M）的值为1，否则为空。所提出的ERMP的流程图如图4所示，其中使用了三种颜色，灰色表示主设备和从设备都执行这些步骤，而深色步骤表示主设备，浅色步骤表示从设备。3.2. 路由维护协议所提出的ERMP协议在动态蓝牙网络中实现，该动态蓝牙网络预测设备的移动性以提高网络的稳定性，其中设备可以移动任何设备。其中d是主设备和移动设备之间的距离，x和y是设备的当前位置在所提出的协议中，每个路由主设备维护其表，在该表中，其保持信号强度（从主设备到所连接的从设备）、设备状态、能量水平、时钟偏移和设备的角色（回退主设备、回退桥）的信息。路由桥接器设备在其表中保存设备ID、设备状态、信号强度（从桥接器设备到连接的主设备）、能量水平和设备的角色（FallBackmaster，FallBack Bridge）的信息。信号强度定义为阈值q=45 db，所有路由都是固定的J.ð6Þ动态蓝牙网络路由维护协议453待机查询页面硕士硕士角色？连接奴隶查询扫描页面扫描奴隶是否添加（ID，角色）Dst？RMIT硕士角色？ρ-45分贝OR=L1桥BritFBD联邦调查局没有是更新RMIT连接变速器端图4系统流程图。装置.如果路由链路中的任何中间设备开始移动，则路由主机和移动设备之间的信号强度会逐渐降低。当设备移动时，路由主机可以很容易地预测到弱信号强度，并且它可以选择适当的路由设备在主路由中断之前建立新的链路。当路由桥设备开始移动时，路由主设备检查FallBack设备（FBD）;路由主设备激活FBD并维护路由链路。如果FBD不可用，路由主设备将选择另一个设备（可能是从设备），并根据需要更改该设备的角色。主设备确保新设备必须在两个设备的无线电范围内，这样它才能有效地维护路由链路。如果两个直接连接的设备之间的路由链路信号强度较弱，则认为这两个设备之间的路由链路较弱。图5示出了两个设备之间的不同链路。任何路由设备都可以是弱路由设备、从路由设备、主路由设备或网桥。如果一个设备变弱，则多个设备可用作FBD，最高优先级被给予网桥，因为它可以连接多个微微网。第二优先级给予主设备，因为它可以连接pic-onet内的多个从设备。从设备由于其在网络中的有限角色而具有最低的优先级。图5源和目的地之间的不同链接。建议的ERMP通过图6（a）进行解释。路由主控器M3将活动设备的信息存储另一方面，B2是路由桥接器，并且将连接的主通知存储在RBIT中，如表2中所列出的。源A和目的地C通过路由A-M1在A和C之间的传输期间，桥接设备B2开始向上移动，同时路由主设备M1和M2预测桥接设备B2将超出范围。454S. Tahir等人表2B2的路由桥接信息表（RBIT）.设备IDM1M2设备状态（活动/处于活动状态）活动活动信号强度（dBm）StM1-B2StM2-B2=-45=-50能级L2L2设备角色硕士Master图6链路更换前后。表1M3的路由主信息表（RMIT）.设备ID时钟o时钟-设置设备状态（活动/非活动）信号强度（dBm）能量水平设备角色Ec-邻位组（E）Active St=-70 LSlaveM3-E 3Fc-o平衡集（F）Inactive St=-65 LSlaveM3-F 2Gc-o集（G）Inactive St=-76 LSlaveM3-G 2Hc-o_（？）Inactive St=-66 LSlaveM3-H 3B5c-o双列集（B5）非活动St=-60 L1电桥M3-B5B6c-o双列集（B6）有效St=-60 L3 FBM（M/S桥）M3-B6图7（a）薄弱环节和薄弱设备的预测。(b)维护角色切换操作。表3模拟参数。参数模拟区域设备数对数数据包类型Tra c模型通信范围能耗功率等级设备部署移动模型移动速度轮询算法网桥调度算法查询时间寻呼时间包间隔队列长度模拟时间值15–9084DH3、DH5 CBR10米80米×80米B随机部署随机游走迁移率模型0.5循环MDRP10010.24秒1280.0763 ×10-6 J/位动态蓝牙网络路由维护协议455¼ × ð Þ¼ × ð Þ主设备执行设备离开程序，并找出哪个设备可以替换薄弱环节。由于B7是可以替换B2的潜在FBD，因此，两个主设备都执行替换过程并向B7发送请求以在M1和M2之间建立新链路。主设备M1重复地发送ID分组以及设备访问码（DAC），直到其接收到响应。主设备M1不知道B7将在哪个跳频上唤醒，因此这就是为什么它在不同的跳频上广播一系列相同的DAC并监听应答。主设备M1利用B7设备的BD_Addr和时钟来获得跳页序列。B7执行类似于查询扫描的页面扫描，其中蓝牙设备3.2.2. 基于能量的链路替换辛辛那提大学蓝牙（UCBT）提出了四个级别的能量，即，L0、L1、L2和L3。建议的ERMP定义了能量水平的阈值（h）。一个设备被称为弱设备，如果任何设备的能量水平达到L1。主设备选择FBD以创建新链路。在路由请求期间，每个设备将其可用电池水平包括到路由请求分组，并将其转发到下一跳。这个过程一直持续到路由请求数据包到达最终目的地。每个主设备使用等式2 计算主设备（11）或（12）如下：倾 听 和 回 答 。 存 在 32 个 寻 呼 频 率 ， 包 括 由 主 设 备 的BD_Addr获得的寻呼跳频序列。B7改变收听频率后，MP平均值iTx×1= 2TsniffiRx×1= 2TsniffV11T嗅1.28秒主设备M1将其可预测的B7时钟冻结为触发来自被寻呼设备的应答这等于在接收B7响应时使用时钟值估计。冻结的时钟值用于识别接收者的访问代码的内容设N为计数器，MP平均值1/4=2 ViTxiRxi ×Vi 12 V其中Tx和Rx是发送时隙和接收时隙。蓝牙专用芯片的电压从设备从零开始，并且每次当CLKN为1时增加1被设置为与主TX时隙的开始相匹配的零。最后，B7通过替换弱路由来重建子路由链接. 如图6（b）所示，M1之间的新链接SPRxSP鼻嗅attempt× tslot× iRxV13T嗅1/4iTx×t插槽侦听N次嗅探尝试-1/4 ×t插槽侦听×iTx空闲×V和m2路线TX数据将通过新的T嗅ð14Þ60504030201006 12 18 24 30 36 42 48 5460失效/薄弱环节数量（n）（一）6050403020100100 200 300 400 500数据包大小（字节）（b）第（1）款504030201000.1 0.2 0.3 0.4 0.5Pakcet传输间隔（s）（c）第（1）款图8（a）修复的链接与失败/薄弱链接的数量。(b)修复的链路与数据包大小。(c)修复的链路与数据包传输间隔。DENM罗姆ERMPDENM罗姆ERMP已成功修复的链接（n）DENM罗姆ERMP成功重传的链接（n）成功修复的链接（n）456S. Tahir等人×其中，iTx是从设备发送时的任务，iTx_idle是从设备处于空闲模式或不发送时的任务路由链路是针对源设备和目的设备对定义的，其中源设备为目的设备发起路由请求源设备将RSP转发到主设备，并且主设备将接收到的分组转发到连接的网桥。一旦目的地设备接收到RSP，它就将单播RRP发送到源设备。随着中间路由设备的能量水平逐渐降低，当其达到指定的限制L1时，路由主控器将其状态更新为弱设备，并选择另一个适当的FBD，如等式2所示（十五）、如果数据从桥设备转发到弱主设备，并且主设备必须将数据转发到从设备或桥设备，则弱主设备将检查下一个设备是否在桥设备的无线电范围内。如果下一个设备在桥设备的无线电范围内，则弱主设备向桥设备发送请求消息，以将角色从桥切换为主/从桥，并且在弱主设备死亡之前建立到下一个设备的直接链路最后，路由主机激活一条新链路，通过新链接转发数据。M1和M2之间的路由链路变弱。在这种情况下，当主设备本身变弱时，它首先会发现一个将成为主设备的设备;因此，从它的表中，它选择设备C，并发送从从设备到主设备的角色切换操作的请求。现在，设备C成为一个新的主设备，因此它更新了它的表。主设备C在其无线电范围内找到设备D，也在M2的范围内;因此，设备D作为这些微微网之间的桥梁。对于路由维护，设备C和D建立新的链路。在图7（b）中，新路由链路是A-C-D-M2-E，并且数据通过新路由。4. 模拟结果和讨论本节通过比较多个性能指标来评估模拟结果：愈合延迟、控制数据包开销、阻塞连接、路由恢复时间和时隙利用率。所提出的协议和基础协议基于NS-2模拟器（2014）实现了UCBT（Agrawal和Wang，2007）。表3示出了参数列表（Sahoo等人， 2008年，在模拟中使用。该地区FBD¼FBD lR k其中，l和k表示桥接度连接数连接数15如图7（a）所示，设备M1和M2预测设备B开始从其位置移动，并且还预测M1的能级逐渐降低，因此的80米80米，其中蓝牙设备被随机分散。蓝牙设备在15到90个之间变化，84对源和目的地1000900800700600500400300200100DENM ROMA ERMP00 500 1000 1500 2000时间（秒）（一）10009008007006005004003002001000100 200 300 400500数据包大小（字节）100090080070060050040030020010000.1 0.2 0.3 0.4 0.5数据包传输间隔(b)（c）第（1）款图9（a）吞吐量与时间（b）放回与数据包大小。（c）放回与分组传输间隔。DENM罗姆ERMPDENM罗姆ERMP传输速率（kbps）传输速率（kbps）传输速率（kbps）动态蓝牙网络路由维护协议457设备被选中。节点和链路的数量被认为是蓝牙在我们日常生 活 中 的 实 际 应 用 ， 用 于 典 型 应 用 Emre 和 Oznur ，2006 ） 。 RWMM 被 用 作 移 动 性 模 型 。 采 用 循 环 调 度（RR）算法进行调度。采用CBR流量模型为每个路由链路生成数据流量。整个模拟运行时间设置为1000 s。模拟运行十次，并且通过平均这些十次模拟来获得结果。针对模拟时间、数据包大小和数据包间隔评估每个参数。数据包传输间隔是数据包传输之间的一个很小的停顿，分析了数据包传输间隔对仿真结果的影响。长分组间隔可能降低吞吐量和时隙利用率。另一方面，短分组间隔可能增加恢复延迟并且增加控制分组开销。因此，应该明智地选择分组间隔。在得到比较结果后，分析了所提出的ERMP协议优于现有的协议。成功修复的链接显示了有多少失败的链接已经修复。建议的ERMP与以前的DENM和ROMA协议是一致的，从图8中可以观察到，与ROMA和DENM协议相比，所提出的ERMP成功地修复了更多的链路。当连接的路由设备之间的距离增加时，建议的ERMP预测的薄弱环节。因此，为了克服链路断开问题，ERMP在主链路断开之前动态地激活新链路。图3（b）中所示的示例示出了ERMP如何在主路由中断之前修复弱路由链路。一旦主路中断，设备就开始搜索通过查询和查询程序建立一条新的路线，因此，系统消耗了不必要的资源。ROMA没有提供一个解决方案，当一个活动的路由链路断开时，在运行时的路由恢复。它开始一个新的链接过程，从查询扫描，其中消耗更多的时间。另一方面，DENM协议仅预测设备的能量水平当它预测到一个较低的能量水平时，它激活了一个备份设备，但当链路因移动性而中断时，它没有提供任何解决方案。因此，与ERMP相比，DENM修复的路线数量较少。吞吐量可以定义为每单位时间内通过网络成功发送的数据包。从图9观察到，所提出的ERMP的总通量高于ROMA和DENM方案。在模拟过程中，使用ERMP、ROMA和DENM协议在网络上路由相同数量的数据包。指出ERMP协议由于能防止主路由链路的中断，并能通过预测路由设备的状态来保证网络的正常传输，因此其接收数据包的总数比其它协议要多。然而，ROMA协议的吞吐量小于所提出的协议，因为一旦主链路断开，它就会为现有设备创建所有新的链路。因此，ROMA增加了微微网的数量，这降低了网络性能。分析表明，DENM协议的吞吐量也低于ERMP协议。由于移动性，如果主链路中断，它不会执行任何操作，因此无法接收所有数据包。因此，拟议的ERMP是一致的，12001000800600400200DENM ROMA ERMP11001000900800700600500400300200100000 500 1000 1500 2000时间（秒）（一）110010009008007006005004003002001000100 200 300 400500数据包大小（字节）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5数据包传输间隔(b)（c）第（1）款图10（a）控制开销与时间（b）控制开销与数据包大小。（c）控制间接费用与分组传输间隔。DENM罗姆ERMPDENM罗姆ERMP控制开销（数据包）控制开销（数据包）控制开销（数据包）458S. Tahir等人DENM ROMA ERMP10090807060504030201000 500 1000 1500 2000时间（秒）（一）100806040200100 200 300 400500数据包大小（字节）100806040200DENM罗姆ERMP0.1 0.2 0.3 0.4 0.5数据包传输间隔(b)（c）第（1）款图11（a）愈合延迟与时间（b）愈合延迟与数据包大小。（c）愈合延迟与分组传输间隔。被认为是比以前的ROMA和DENM协议更有效的协议蓝牙设备使用控制包进行传输、同步和连接。据分析，由于有限的电池功率和移动性，蓝牙频繁地执行网络重构，消耗额外的控制分组，最终降低网络性能。因此，如果预测设备的电池电量和移动性，则可以减少频繁的链路断开，这最终可以减少控制开销。控制消息开销计算为MAC、NULL、bb和POLL之和。从图10中可以观察到，与DENM和ROMA协议相比，所提出的ERMP具有更少的控制分组开销，因为这两种协议都没有执行用于路由维护的网络重构。而该协议保留了FBD的信息，每当预测到弱链路或弱设备时，它就激活FBD，节省了额外的资源利用。如果某个设备与相同的微微网连接，并且可以支持断开的链路，则该设备被选为备份设备。 虽然ROMA是一种路由维护协议，但它改变了整个网络结构，产生了不必要的控制开销。可以分析出，所提出的ERMP控制分组开销是所有三种协议中最小的图11示出了协议的愈合延迟。仿真结果表明，与ROMA和DENM协议相比，ERMP协议消耗的路由恢复时间最短.这背后的原因是，所提出的ERMP是基于对薄弱环节和薄弱设备的预测，用于运行时路由维护的FBD信息。由于现有的协议从查询开始新的连接过程，查询扫描过程需要10.28s。虽然，建议的ERMP修复薄弱环节，它从寻呼过程开始，需要最大的时间，2.56每个链接的s。与ERMP相比，DENM协议花费更多的时间，因为它基于能量水平来预测设备;如果设备具有临界能量水平，就会激活一个备用装置当它通过激活备份设备来修复链路时，它从寻呼过程开始，每个链路需要2.56秒如果链路由于移动性而失败每个链路的DENM路由恢复需要（2.56 s+ 10.24 s），因此，与ERMP相比，它需要更多的时间。相反，ROMA需要更长的路由维护恢复时间，因为如果任何设备加入或离开网络，它会维护路由链路，但是，如果链路突然中断或设备发生故障，它不会执行任何操作。ROMA在网络间通信中断的情况下重新构造路由路径，它也从查询过程开始。 因此，与ERMP 相比，ROMA也增加了愈合延迟。当请求数量增加或活动链接受到干扰时，新连接会被阻止。 从图12中可以观察到，ROMA和DENM协议阻塞了更多的连接。由于DENM仅考虑设备的低能量水平，因此如果任何路由设备移动并断开链路，它没有提供解决方案。当设备由于主设备之间的移动而断开连接时，DENM罗姆ERMP愈合延迟愈合延迟愈合延迟动态蓝牙网络路由维护协议459DENM ROMA ERMP201816141210864200 500 1000 1500 2000时间（秒）（一）20181614121086420100 200 300 400500数据包大小（字节）10864200.1 0.2 0.3 0.4 0.5数据包传输间隔(b)（c）第（1）款图12（a）阻塞连接与时间的关系。(b)阻塞连接与数据包大小。(c)阻塞连接与数据包传输间隔。路由链接，DENM阻止了更多的连接。相反，ROMA没有为断开的链接提供最佳解决方案。大多数情况下，由于链路故障，源设备和中间设备无法将数据转发到目标设备。据分析，所提出的ERMP降低了阻塞百分比相比，以前的DENM和ROMA协议。还观察到，随着设备数量的增加，它也增加了网络大小，这增加了路径长度。对于较长的路径，使用更多数量的中间设备，这增加了链路断裂的机会。从图13分析，所提出的ERMP的总体时隙利用率高于ROMA 和 DENM 协 议 。 在 模 拟 过 程 中 ， 使 用 ERMP 、ROMA和DENM协议在网络上路由相同数量的数据包。据指出，通过ERMP接收的数据包的总数比其他协议更多，因为它防止了主路由链路被破坏，并且它总是通过预测路由设备的状态来维持网络传输。然而，ROMA协议的时隙利用率低于提议的协议，因为一旦主链路断开，它将为现有设备创建所有新链路。因此，ROMA增加了微微网的数量，降低了网络性能。分析表明，DENM协议的时隙利用率也低于ERMP协议。由于机动性，如果主连接断裂，不执行任何操作，因此无法利用可用插槽。由于与ROMA和DENM兼容的路由维护功能，建议的ERMP在时隙利用率方面被认为更有效。5. 结论本文提出了一种适用于动态蓝牙网络的有效路由维护（ERMP）协议。在主路由构造期间，每个路由主设备和路由桥接设备保持所有连接设备的所需信息。该协议通过设备的信号强度和能量水平来预测弱链路和弱设备，并通过激活FBD来修复弱路由路径。我们的分析表明，ERMP比ROMA和DENM更有效，因为这两种协议都只在主路由中断时才提供路由中断的解决方案。相反，该协议预测了弱路由链路和弱设备，如果通知了弱路由链路，则该协议在主路由损坏之前引入新链路。仿真结果表明，ERMP协议在修复连接、恢复延迟、控制开销、阻塞连接和时隙利用率等方面均优于现有协议。每一项研究工作都有一个未来的方向，这为该领域未来的研究提供了继续的机会。建议的ERMP将来可以扩展到选择一个DENM罗姆ERMP阻塞连接（%）DENM罗姆ERMP阻塞连接（%）阻塞连接（%）460S. Tahir等人DENM ROMA ERMP10090807060504030201000 500 1000 1500 2000时间（秒）（一）100806040200100 200 300 400500数据包大小（字节）1008060402000.1 0.2 0.3 0.4 0.5数据包传输间隔(b)（c）第（1）款图13（a）时隙利用率与时间（b）时隙利用率与数据包大小。（c）时隙利用率与分组传输间隔。基于中继移动性的中继。该计划旨在增强ERMP，以便能够在频繁通信的微微网中调整备份设备。这对于支持由于用户移动性而导致的链路断开的问题是必要的。引用阿 格 拉 瓦 尔 ， D. ， 王 建 奎 ， 2007. 电 影 大 学 蓝 牙 模 拟 器（UCBT），在线：.阿尔达巴格湾等，2015 a.使用LTE和TV空白空间的异构无线网络中的QoS感知网络共享。Comput.网络81，136-146。阿尔达巴格湾等，2015 b.使用LTE和TV空白空间的异构网络中的分布式动态负载均衡。威尔。网络，1-12Bakhsh，S.T.等，2011.蓝牙的动态能量感知网络维护。信息科学与应用国际会议。波，H。等，2012.通过机会性通信和社会参与的移动数据重载。IEEE传输移动Comput. 11（5），821-834.智民，Y.，Yin-Bin，Y.，2014. 蓝牙传感器网络重构算法。Sens. J.IEEE 14（10），3506-3507。黄清芳，Shu-Ming，H.，2008.蓝牙散射网中一种基于HOLD模式的自适应微微网间调度算法。IEEE Trans.Veh. Technol.57（1），475-489。崔，Y.- D.等，2010.蓝牙节能优化：排队论分析。杰·钦。Univ.Posts 17（补编1），第54-57页。Emre，A.，Oznur，O.，2006. Ad Hoc网络移动模型的分类与性能比较。In：ADHOC-NOW. Springer，Istanbul，Turkey.444-457Etxaniz，J.，阿朗古伦湾，2015.多跳数据内容共享家庭网络的数据传输网络建模。IEEETrans. Consum. 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