蓝牙网络结构及蓝牙终端在不同蓝牙接入点切换的方法

摘要

本发明提供了一种蓝牙网络结构及蓝牙终端在不同蓝牙接入点之间切换的方法，蓝牙组网包括一个控制器CTRL，一个以上的蓝牙接入点AP，蓝牙终端；蓝牙AP用来接收蓝牙终端的无线信号，控制器连接到外部网络，将蓝牙AP的信号与外部网络的信号进行转换，控制终端在不同AP之间的切换过程。蓝牙终端在不同蓝牙接入点之间切换的方法包括以下步骤：A.预先在控制器上设置各个蓝牙AP的邻近接入点列表；B.控制器控制当前提供服务的蓝牙AP和该蓝牙AP的邻近接入点列表中的蓝牙AP分别对蓝牙终端进行信号测量，并接收测量结果；C.控制器根据各个蓝牙AP对蓝牙终端信号的测量结果，控制蓝牙终端进行切换。应用本发明，使蓝牙终端在各蓝牙接入点之间移动时，保证当前通讯的连续性。

说明书

技术领域

本发明涉及蓝牙技术领域，特别是指一种蓝牙网络结构及蓝牙终端在不同蓝牙接入点切换的方法。

背景技术

蓝牙技术是一种低功率短距离无线通讯技术，蓝牙支持点到点和点到多点的连接，在一个微微网中，一个作为主设备的蓝牙设备可以同时与七个作为从设备的蓝牙设备通讯。其中，在一个微微网中，任何一个蓝牙设备都可以作为主设备，但一个微微网中只能存在一个主设备；这个微微网中的任何设备同时也可以是另外一个微微网的成员，可以是主设备，也可以是从设备。

蓝牙特别兴趣小组(SIG，Special Interest Group)定义了蓝牙协议用于无线电话的应用框架。这个框架允许蓝牙终端通过蓝牙接入点(或者称为网关)和外部的网络建立通话，如通过接入点与电话网等相连。在这样的框架下，各接入点AP之间是彼此独立、没有关联的。即使若干个AP能够覆盖一个连续的区域，一个正在通讯的蓝牙终端也无法将通讯转移到相邻的接入点上，因此正在通讯的终端一旦离开当前提供服务的AP信号区域时，通讯就会中断，无法保持通讯的连续性。对于某些通讯如语音通讯的质量要求，通话过程是不能中断的。

传统的蜂窝网络中，小区的覆盖半径是以千米为单位的，基站的数量比较有限，并且由于小区之间的相邻关系是固定的，因此可以在基站控制器中采用静态数据配置。在无线蜂窝网中每个小区有广播信道，广播系统消息，提供相邻小区的信息，这样终端可以根据从广播信道获得的邻近小区的信息，监听相邻小区的参考信号，获取邻近小区信息以建立新连接实现切换。

而对于蓝牙技术而言，由于AP覆盖范围比较小，半径约为10～100米，使得AP的数量大大增加；由于室内环境的复杂性，AP的布置没有严格的网络规划，AP的位置会根据需要进行移动，这两个原因使得蓝牙蜂窝小区的相邻关系很复杂，若通过静态配置来实现切换，极其烦琐，不方便灵活，因此不能照搬现有的无线蜂窝网中的配置方法。

不同于移动蜂窝通信系统，蓝牙没有小区参考信号，没有广播信道来广播系统消息，因此无法像现有移动蜂窝通信系统那样，可以在不建立连接的情况下获得邻近接入点的信息并以此为据进行切换。因此，目前蓝牙技术中，还无法实现蓝牙终端在不同AP之间进行切换，导致蓝牙终端在不同AP之间移动时，无法保证当前通话的连续性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种蓝牙网络结构及蓝牙终端在不同的接入点之间切换的方法，使蓝牙终端在各蓝牙接入点之间移动时，保证当前通讯的连续性。

所述蓝牙网络结构，包括一个控制器CTRL，一个以上的蓝牙接入点AP，蓝牙终端；蓝牙AP用来接收蓝牙终端的无线信号，控制器连接到外部网络，将蓝牙AP的信号与外部网络的信号进行转换，控制终端在不同AP之间的切换过程；蓝牙AP通过控制器与外部网络相连。

所述蓝牙终端在不同蓝牙接入点之间切换的方法，包括以下步骤：

A、预先在控制器上设置各个蓝牙AP的邻近接入点列表；

B、控制器控制当前提供服务的蓝牙AP和该蓝牙AP的邻近接入点列表中的蓝牙AP分别对蓝牙终端进行信号测量，并接收测量结果；

C、控制器根据各个蓝牙AP对蓝牙终端信号的测量结果，控制蓝牙终端进行切换。

其中，步骤A所述的设置各个蓝牙AP的邻近接入点列表方法包括：A1、每个蓝牙AP依次广播查询信息，并接收其他蓝牙AP包含蓝牙地址DB_ADDR的查询响应，提取BD_ADDR生成各自邻近接入点列表；A2、每个蓝牙AP将各自所生成的邻近接入点列表传送给控制器。

其中，步骤A1所述的查询信息为带有专用查询接入码DIAC的查询信息；相应的侦听到查询信息的其他蓝牙AP为采用相同DIAC的、侦听到查询信息的蓝牙AP。

其中，步骤A1进一步包括：当前执行查询的蓝牙AP从其他蓝牙AP的查询响应信息中提取BD_ADDR后，首先查找该BD_ADDR是否在邻近接入点列表中，若是，则忽略该BD_ADDR信息；否则，当前执行查询的蓝牙AP建立与该BD_ADDR的蓝牙AP的连接，查询获取该蓝牙AP的名称，根据名称判断是否与当前执行查询的蓝牙AP属于同一网络或群组，若是，则将其BD_ADDR添加到邻近接入点列表，否则忽略该BD_ADDR信息。

其中，预先定义相同网络或群组的蓝牙AP的名称全部或者部分一致，所述根据蓝牙AP的名称判断是否与当前执行查询的蓝牙AP属于同一网络或群组的步骤为：判断蓝牙AP名称是否与当前执行查询的蓝牙AP的名称是否全部或者，若是，则为同一网络或群组。

其中，步骤A1进一步包括：当前执行查询的蓝牙AP对其他各邻近蓝牙AP的查询响应信息进行信号强度测量，判断信号强度是否低于预先设定的信号强度门限，若是，则忽略该查询响应信息，否则从该信息中提取BD_ADDR，并记录到邻近接入点列表。

其中，步骤B所述各邻近蓝牙AP对蓝牙终端进行信号测量的方法包括：B1、各邻近蓝牙AP根据终端的BD_ADDR向该终端发起寻呼信息Page，终端收到各AP的寻呼信息后，分别回送寻呼响应信息Page Response；B2、各邻近蓝牙AP接收到寻呼响应信息，对该信号进行强度测量。

其中，步骤B所述各邻近蓝牙AP对蓝牙终端进行信号测量的方法包括：B1、每个邻近蓝牙AP根据终端的BD_ADDR与该终端建立连接，并向终端发送可返回响应的命令；B2、终端接收步骤B1的命令，回送响应信息；B3、邻近蓝牙AP接收终端的响应信息，对该信号进行强度的测量。其中，该方法在步骤B3后进一步包括步骤：B4、邻近蓝牙AP断开与终端的连接；或者邻近蓝牙AP进入休眠状态。

其中，当控制器确定将终端切换到目的AP时，步骤C所述切换的步骤包括：C1、切换目的蓝牙AP向终端发送建立请求SETUP消息；C2、终端接收切换目的AP的SETUP消息，建立与目的AP的连接；C3、目的AP建立到控制器的连接，并连接到原提供服务的蓝牙AP已建立的控制器到外部网络的连接上；C4、原提供服务的蓝牙AP结束并释放该AP到终端之间的连接。

其中，步骤C1所述SETUP消息中，在预留的字节单元里携带呼叫原因为切换的信息；相应的步骤C2进一步包括：终端从SETUP携带的呼叫原因识别出呼叫原因为切换，直接建立到目的AP的连接。

由上述方法可以看出，本发明基于蓝牙规范的框架，尽可能地利用原有的机制而减少额外的修改来实现蓝牙系统的切换功能。首先利用蓝牙的查询机制，由接入点对周围的环境进行探测，发现相邻的接入点，得到网络中AP之间的相邻关系；然后，由控制器控制邻近接入点发起对指定终端的信号测量，为切换提供了依据；之后，通过目的接入点主动呼叫完成快速切。该方法由AP对终端的信号进行信号测量，而不需要终端去测量信号，因此不要求终端支持信号测量，因此对于已有的终端，只要支持蓝牙无绳电话应用框架，就可以在本发明所述网络中使用。由于尽可能的使用原有蓝牙规范机制，保证了该方法的通用性以及对现有蓝牙终端的兼容性。

附图说明

图1为蓝牙协议应用于无线电话的网络结构。

图2为蓝牙实现切换的总体流程图。

图3为构造邻近接入点列表流程图。

图4为通过响应信号进行信号强度测量流程图。

图5为通过建立连接进行信号强度测量流程图。

图6为建立保持连接进行信号强度测量流程图。

图7为切换过程流程图。

具体实施方式

图1为本发明所提出的蓝牙网络的网络结构，包括一个控制器(CTRL)，一个及一个以上的蓝牙接入点(AP，Access Point)，蓝牙终端(T，Terminal)。各AP和控制器相连，组成各蓝牙网关，各个AP的无线信号覆盖一定的区域，为各个AP范围内的终端提供接入网络的服务；CTRL用来将AP传送过来的信息，进行信号协议的适当转换，与其他外部网络相连。

本发明利用现有的蓝牙机制来构建切换机制。首先利用蓝牙规范提供的查询过程生成各AP的邻近接入点列表，然后由各个邻近AP主动对终端的信号进行测量，得到该终端相对于各邻近AP的信号情况，在需要切换时，通过目的AP主动呼叫完成在不同AP间的切换。

如图2所示，本发明所述完整的切换过程包括建立邻近接入点列表、AP对终端进行信号强度测试、目的AP主动发起呼叫进行切换三部分。参照图1所示的蓝牙协议应用于无线电话的组网图，结合以下具体实施例，对蓝牙终端在不同的蓝牙接入点之间进行切换的三部分进一步详细说明。

首先，建立网络中或者一个连续区域中各AP的邻近接入点列表，并存储在CTRL中。其中，可以预先控制网络中或者一个连续区域中所有的AP依次对邻近的AP发起查询，建立各自AP的邻近接入点列表，并存储在CTRL中。可以仅在系统初次运行或者设备的配置发生变化时，才通过CTRL控制各AP发起查询去生成或更新邻近接入点列表信息。这个过程与蓝牙终端T没有关系。

查询中，可以采用专用查询接入码(DIAC)以及接入点的名字(Name)对接入点进行识别，通过识别过程，使AP的邻近接入点列表中出现的是同一个网络提供相同服务的AP。

对于所有提供相同服务的接入点设备，在查询过程中，均采用同一个专用查询接入码(DIAC)，并且只响应采用该DIAC的查询。这样，可以避免不相关蓝牙设备的响应应答，例如使用DIAC可避免蓝牙打印机对该查询进行响应。

并且，进一步使用全部或者部分一致的名字来标识属于同一群组的蓝牙接入点AP，这样一个AP可以通过名字来识别周围其他的AP是否属于同一网络或者同一群组。例如各AP可以都使用apple作为名字，或者分别使用apple-1，apple-2，apple-3作为各自名字，通过接入点名字的前部分apple来表明这些AP属于同一网络或群组。

图3为构造邻近接入点列表的流程图，并参照图1所示蓝牙协议应用于无线电话的组网示意图，以建立AP1的邻近接入点列表为例进行说明。

步骤301：CTRL命令接入点AP1进入查询(Inquiry)模式，并采用DIAC发起查询。在此模式下，该AP不处理呼叫，用最大的能力进行查询，CTRL同时命令其他的AP工作在被查询的模式，即查询扫描(Inquiry Scan)模式，以最大的能力进行对查询的扫描，侦听AP1发起的采用该DIAC的查询。

步骤302：侦听到AP1的Inquiry信息、并采用相同DIAC的AP响应该Inquiry信息，回查询响应信息(Inquiry Response)，查询响应信息中包含该被查询AP的蓝牙地址(BD_ADDR)。蓝牙协议中使用BD_ADDR唯一地识别一个蓝牙设备，BD_ADDR相当于计算机的MAC地址。

步骤303：AP1接收其他各个被查询AP的查询响应信息(InquiryResponse)，从该信息中提取BD_ADDR，建立或更新AP1的邻近接入点列表。

以AP1收到AP2的Inquiry Response进行说明，AP1接收到该信息后，首先检查自身的邻近接入点列表，查找AP2的BD_ADDR2是否在邻近接入点列表中，如果在列表中，表明该AP2是AP1已知的邻近接入点，忽略该响应信息；如果DB_ADDR2不在邻近接入点列表中，表明AP2是未知的邻近接入点，继续执行以下步骤：首先AP1建立与该响应设备AP2的临时连接，查询获取AP2的名称后，立刻断开该临时连接；然后AP1检查AP2的名字，判断是否属于同一网络或群组的，若关键字相同如APPLE-X，表明AP2是同一网络或群组中的接入点，将AP2添加到邻近接入点列表中，否则，忽略AP2的Inquiry Response信息。

由于庞大的邻近接入点列表对于切换意义不大，按照蓝牙规范，蓝牙设备最多只能支持7条异步无连接链路(ACL)。因此可以对上述邻近接入点列表作进一步的处理。例如，当邻近接入点向AP1回Inquiry Response信息时，或者AP1与邻近接入点建立临时连接时，都可以对邻近接入点的信号进行测量得到该邻近接入点的信号强度。因此，可以按照邻近接入点的信号强度对邻近接入点列表进行排序，从邻近接入点列表中删除信号强度低于设定门限的AP，使列表中保持合适的邻近接入点的数目，例如4个。如表1所示为接入点AP1的邻近接入点列表。

  邻近接入点名称  邻近接入点地址信号强度  AP2    Apple-2    BD_ADDR2    -50  AP3    Apple-3    BD_ADDR3    -65  AP4    Apple-4    BD_ADDR4    -68  AP5    Apple-5    BD_ADDR5    -70

按照蓝牙规范，不能保证在一次查询过程中发现周围所有的蓝牙设备，所以AP1可以对其邻近接入点进行多次查询。

步骤304：AP1将邻近接入点列表报告给CTRL，并存储在CTRL上。

以上为以AP1为例说明AP邻近接入点列表的建立过程，由CTRL控制一个网络或群组中所有的AP重复上述步骤，生成每个AP的邻近接入点列表，存储在CTRL上。

建立了各个AP的邻近接入点列表后，为蓝牙终端提供了切换的基础。在终端T与AP进行通讯时，该AP的各邻近AP和当前提供服务的AP周期性地对终端T的信号进行测量，得到该终端信号相对于各AP的信号情况，由CTRL根据测量的信号去判断是否要进行切换，以及切换到哪个邻近接入点。这个信号测量过程由CTRL控制各邻近AP进行。假设终端T和接入点AP1已经建立同步链路(SCO)正在进行语音通讯，由于AP1与T已经建立连接，AP1可以直接测量T的信号强度，不再具体说明，下面说明AP1邻近接入点对终端T信号强度的测量过程，参见图4所示，包括以下步骤。

步骤401：CTRL根据AP1的邻近接入点列表，向邻近接入点列表中的各AP发送终端信号测量命令，对指定的终端进行测量。

步骤402到403：各邻近接入点接收到CTRL发送的信号测量命令，首先根据终端T的BD_ADDR向该终端T发起寻呼(Page)；终端T收到各AP的page信息后，分别回送寻呼响应信息(Page Response)。

步骤404到405：各AP接收到Page Response，对该信号进行强度的测量，并将测量结果上报给CTRL。由于是AP对终端T进行测量，与现有蜂窝网络中由移动终端测量基站信号的方式不同。AP接收到终端T的PageResponse信号后，测量并记录该信号的强度。若在预定时间内某AP接收不到终端T的Page Response，则测量结果应表明信号强度很微弱，如以-200dBm表示接收信号强度。不难理解，AP可以对任何接收的信号进行测量，因此并不限于对Page Response信号的测量。

目前，某些蓝牙芯片无法实现对Page Response信号进行测量，则可以通过建立临时连接的方式，实现对终端信号的测量，参见图5，包括以下步骤：

步骤501到503：与步骤401到403所述相同。

步骤504到505：各AP接收到Page Response后，分别建立与T的临时连接(Connection)，并向终端T发送查询终端设备名称请求(LMP_name_req)。

步骤506：终端T接收到AP发送的LMP_name_req，回送设备名称响应信息(LMP_name_res)。

步骤507到509：各AP接收LMP_name_res信息，对该信号进行强度测量，将测量结果上报给CTRL，并向终端T发送释放连接消息(LMP_detach)，释放与T的临时连接。

其中，所述的查询终端名称的过程和操作没有实际意义，只是为了得到T的响应信息，并测量响应信号的强度。查询远端设备名称是蓝牙规范中定义的一个短暂的连接过程，这个过程的优点是连接过程简单快速，存在的时间短，便于信号测量能快速完成。也可以通过其他的连接过程和连接过程中的操作，对终端T的响应信息进行测量。另外，每个AP也可以把对同一终端响应信号的多次测量结果进行平均值运算后再上报CTRL，以减少单次测量的误差。

另外，如图6所示，也可以根据蓝牙协议标准在AP和终端T之间建立逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)信道，在建立L2CAP信道的基础上，AP不释放和终端T的连接，而是命令终端进入休眠状态(park mode)。以后，AP周期性地唤醒终端，通过AP和终端之间的一些交互过程，如上面例子中的名字查询等，对终端的信号进行测量，测量结束后控制终端重新进入休眠状态。这个过程在初始建立L2CAP信道的过程耗时较多，但却使终端始终和各AP保持连接状态，每次测量不需要重新建立连接。并且在后文所述切换过程时，可以直接在L2CAP传送电话控制二进制信令(TCS-BIN)，加快切换过程。

在各个AP实现了对终端信号的测量并上报CTRL后，CTRL便可以对终端相对于当前提供服务的接入点及各邻近接入点的信号强度进行分析，判断是否进行切换，以及切换到哪一个AP。其中，判断是否切换的方法及切换到哪个AP的方法与现有技术相同，如根据信号强度等。假设CTRL已经确定出要将终端T从AP1切换到AP2上，以此为例，参照图7所示，对切换的过程进行详细说明。

步骤701到703：CTRL确定切换后，首先CTRL控制AP1向T发送释放呼叫(DISCONNECT)命令，结束和终端T之间的呼叫，相应地释放AP1和T之间的SCO链路，以及CTRL到AP1的呼叫连接，但保留了CTRL到外部网络这部分的呼叫连接。

步骤704到707：CTRL控制AP2对终端T发起呼叫，按照蓝牙协议标准在AP2和终端T之间建立L2CAP通道，然后根据TCS-B标准发送呼叫建立(SETUP)信息(如果如图6所述，AP2和T之间保持着L2CAP连接，则终端T在休眠模式，可以直接唤醒终端，发送呼叫建立消息)，其中，为了区别于普通的呼叫，该SETUP信息中携带的呼叫原因为切换。蓝牙TCS-BIN协议的SETUP消息中预留了厂家定义字节单元，本发明即通过该字节单元携带所定义的呼叫原因。

步骤708：终端T从AP2收到SETUP信息，根据SETUP消息携带的呼叫原因，识别出这是由于切换而产生的呼叫，终端T向AP2发出呼叫进行中消息(CALL PROCEEDING)确认收到呼叫建立请求，指示呼叫正在进行，由于从SETUP携带的呼叫原因识别出是因切换而产生的呼叫，因此终端不再向用户提示呼叫到达，如：振铃，震动。

步骤709到711：终端T向AP2请求建立SCO承载链路，链路建立后，终端T向AP2发出CONNECT消息，AP2以连接确认(CONNECTACKNOWLEDGE)消息确认建立AP2和T之间的呼叫连接。

步骤712：CTRL将AP2和T之间的SCO连接，连接到所保留的CTRL与外部网络的连接上，连接语音路径，完成切换过程。

步骤713到714：CTRL命令接入点AP1邻近接入点列表中的各AP停止对终端T进行信号测量，并命令接入点AP2邻近接入点列表中的各AP开始对终端T进行信号测量。

以上终端T的切换过程对用户来说是透明的，不需要用户的干预，由系统自动完成。

其中，若终端T能够同时支持多条SCO链路，则步骤701到703可以延迟到后到步骤712之后进行，这样可以缩短通讯中断的时间。

以上以连接到一个CTRL的蓝牙组网结构对本发明进行说明，各蓝牙AP对T的测量信号统一传送到CTRL上，由CTRL对各个测量信号进行比较并控制切换。另外，若各个蓝牙AP均直接连到外部网络，而不存在CTRL时，则各个蓝牙AP的测量信号可以统一传送给一个蓝牙AP，例如当前提供服务的蓝牙AP，由该蓝牙AP将各个蓝牙AP对T的测量信号进行比较并控制切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。