機(jī)會網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙設(shè)備喚醒調(diào)度機(jī)制研究

葉 暉，潘 怡，何文德，彭紹亮

(1.長沙學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖南 長沙 410083;2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙 410073)

1 引言

藍(lán)牙[1]是一種市場與技術(shù)成熟度較高的短距離通信(一般10 m內(nèi))的無線電技術(shù)，能在包括手機(jī)、筆記本電腦、PDA、無線耳機(jī)、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)分享交換。在這種背景下，進(jìn)行文件的共享傳輸成為藍(lán)牙設(shè)備的一個(gè)重要功能。然而，電池能量受限是目前移動(dòng)設(shè)備的一個(gè)很顯著的瓶頸問題。各大移動(dòng)設(shè)備廠商都致力于盡可能延長電池待機(jī)使用壽命，另一方面，由于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)的連通性較差。這導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)會成為最重要的網(wǎng)絡(luò)資源之一。因此，設(shè)計(jì)有效的藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)喚醒調(diào)度機(jī)制來降低能耗，同時(shí)還能保證數(shù)據(jù)得到有效的傳輸機(jī)會，這是一個(gè)值得深入研究的問題。目前絕大多數(shù)的藍(lán)牙無線節(jié)點(diǎn)可以在高頻長距和低頻短距這兩種不同的無線射頻頻率模式下運(yùn)行。低頻短距離掃描半徑長度約為10 m左右，而高頻長距離范圍長度可達(dá)100 m左右。一般而言,首先設(shè)備會啟動(dòng)低頻短距模式來掃描發(fā)現(xiàn)其他鄰居節(jié)點(diǎn)設(shè)備，當(dāng)掃描發(fā)現(xiàn)對方設(shè)備后可以切換到高頻長距模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

目前已有的研究[2～5]表明，相比高頻長距模式，低頻短距模式狀態(tài)下藍(lán)牙設(shè)備的電源消耗可以得到顯著降低。如文獻(xiàn)[2]中指出在適當(dāng)?shù)膱鼍爸型ㄟ^關(guān)閉高頻長距離模式，啟用低頻短距離模式運(yùn)行設(shè)備可使節(jié)點(diǎn)生命周期延長并降低能耗。而文獻(xiàn)[3～5]在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)與拓展，根據(jù)不同應(yīng)用場景進(jìn)行檢測，采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級調(diào)度模式來盡可能延長低頻短距離使用周期等等。我們在文獻(xiàn)[6]中以IEEE 802.11為通訊協(xié)議對機(jī)會網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)喚醒調(diào)度機(jī)制進(jìn)行了探討。Ekstrom M C等人在文獻(xiàn)[7]中利用小功率輕型模式設(shè)計(jì)思路提出了一種低能耗的藍(lán)牙射頻思路模型，而文獻(xiàn)[8]則提出一種有效節(jié)能的節(jié)點(diǎn)喚醒調(diào)度機(jī)制EEWS，該機(jī)制從數(shù)據(jù)收集與匯聚角度進(jìn)行了節(jié)能設(shè)計(jì)。在經(jīng)典移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)場景中，由于網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的連通性，使得網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)并不會被單個(gè)或少數(shù)節(jié)點(diǎn)的休眠所破壞。然而在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)喚醒調(diào)度機(jī)制時(shí)必須要考慮機(jī)會弱連通性的特點(diǎn)，確保節(jié)點(diǎn)休眠不會損害節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有效傳輸帶寬這一重要因素。因此，本文基于我們之前的研究成果[6]提出了一種機(jī)會網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙設(shè)備喚醒調(diào)度機(jī)制BWM(Bluetooth-Wakeup-Mechanism)，該設(shè)備喚醒調(diào)度機(jī)制基于藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范中通訊模型對設(shè)備所處狀態(tài)進(jìn)行判定，以節(jié)點(diǎn)有效傳輸帶寬為性能下界，在保證正常通訊的前提下分析研究休眠調(diào)度機(jī)制中的關(guān)鍵參數(shù)以及參數(shù)關(guān)系，以此來對移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整藍(lán)牙喚醒周期與休眠周期長度，從而較好平衡并優(yōu)化了數(shù)據(jù)有效發(fā)送率和設(shè)備能耗。

本文的組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)詳細(xì)說明BWM的設(shè)計(jì)思路，并對喚醒調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)所涉及的相關(guān)問題進(jìn)行了討論；第3節(jié)給出了BWM的性能評估與實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行了相應(yīng)的分析；第4節(jié)總結(jié)全文并提出了下一步工作的方向。

2 BWM策略設(shè)計(jì)

2.1 能耗問題分析

本節(jié)首先對BWM所涉及的藍(lán)牙設(shè)備能耗問題進(jìn)行分析。藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種無基站的靈活組網(wǎng)方式，藍(lán)牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種形式：散射網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)和微微網(wǎng)(Piconet)。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范為保證兼容性，約定在數(shù)據(jù)傳輸過程中，除了點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸場景外，一個(gè)主設(shè)備還可以與七個(gè)從設(shè)備相連，以主設(shè)備為中心形成一個(gè)星型微微網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

然而，在現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)傳輸場景中，使用一個(gè)藍(lán)牙主設(shè)備和七個(gè)從設(shè)備同時(shí)相連來進(jìn)行文件數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r非常罕見，因此過多不必要查詢從設(shè)備的次數(shù)導(dǎo)致過多電能消耗的增加。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)待機(jī)狀態(tài)時(shí)消耗的能量較少，而在數(shù)據(jù)傳輸與收發(fā)狀態(tài)時(shí)會消耗節(jié)點(diǎn)大部分電池能量。如傳輸收發(fā)狀態(tài)下的GEC DE6003芯片約消耗2.4 W電能，而在待機(jī)狀態(tài)下僅僅消耗0.05W電能[9]。

除此之外，在新版藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范中對文件安全傳輸?shù)囊笥兴岣?，?dǎo)致在文件傳輸階段的藍(lán)牙主設(shè)備電能消耗上升，而在實(shí)際應(yīng)用中，主從設(shè)備在連接建立后均可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，因此可通過角色切換功能將主設(shè)備切換為從設(shè)備以降低電能消耗。

2.2 BWM狀態(tài)模型

基于上節(jié)討論， BWM基本數(shù)據(jù)通信模型可由圖1表示。其中，藍(lán)牙數(shù)據(jù)通訊中的重要節(jié)能狀態(tài)已列在該模型狀態(tài)流程圖中，虛線以上部分屬于藍(lán)牙主設(shè)備通訊過程，包括三個(gè)藍(lán)牙主要通訊狀態(tài)，按照順序依次為IQ (Inquiry，主設(shè)備查詢狀態(tài))→AM (Active Master，主設(shè)備活動(dòng)狀態(tài))→PM(Park Master, 主設(shè)備Park狀態(tài))。其中，是否進(jìn)入PM狀態(tài)取決于主設(shè)備電量，若電量充足則可進(jìn)入此狀態(tài)，若電量在較低水平則進(jìn)入SB(Stand By)狀態(tài)。虛線以下部分屬于藍(lán)牙從設(shè)備通訊過程，包括三個(gè)藍(lán)牙從設(shè)備主要通訊狀態(tài)，按照順序依次為IPS(slave Inquiry Page Scan，從設(shè)備查詢掃描狀態(tài))→AS(Active Slave, 從設(shè)備活動(dòng)狀態(tài))→PS(Park Slave, 從設(shè)備Park狀態(tài))。其中，是否進(jìn)入PS狀態(tài)取決于從設(shè)備電量，若電量充足則可進(jìn)入此狀態(tài)，若電量在較低水平則進(jìn)入SB狀態(tài)。

Figure 1 BWM state model圖1 BWM狀態(tài)模型

圖1中主從設(shè)備均包含如下主要步驟，從SB狀態(tài)開始：

(1)101步驟：A進(jìn)入IQ狀態(tài)，在該狀態(tài)A通過廣播查詢包來掃描確認(rèn)對方設(shè)備的存在。 在此過程中藍(lán)牙協(xié)議獲取藍(lán)牙設(shè)置中的前置固定數(shù)據(jù)包頭長度，有效數(shù)據(jù)載荷的包長度以及單個(gè)數(shù)據(jù)包所能容納最大數(shù)據(jù)載荷，通過對應(yīng)參數(shù)計(jì)算允許發(fā)送的數(shù)據(jù)包最大長度，計(jì)算成功之后表明主設(shè)備A可以向從設(shè)備B發(fā)送文件。

(2)201步驟：從設(shè)備B在此過程預(yù)備建立連接。在接收到查詢包后，分析并建立藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行打包并校驗(yàn)一個(gè)數(shù)據(jù)包所需時(shí)間，之后進(jìn)入IPS狀態(tài)并響應(yīng)A的查詢數(shù)據(jù)包。

(3)102步驟：主設(shè)備A收到從設(shè)備B的響應(yīng)數(shù)據(jù)包后，主設(shè)備A確定藍(lán)牙建立的連接類型以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)包類型，查詢獲取藍(lán)牙設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸周期中的傳輸模式Tmode﹑連接類型Contype﹑包類型Packtype﹑傳輸速率Vspeed這四個(gè)通訊配置參數(shù)的信息。建立通訊連接后并進(jìn)入AM狀態(tài)。

(4)202步驟：此階段從設(shè)備B預(yù)備接收文件數(shù)據(jù)。在收到發(fā)送數(shù)據(jù)請求后，確定藍(lán)牙建立的連接類型以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)包類型，之后響應(yīng)請求并進(jìn)入AS狀態(tài)。

(5)103步驟：在此階段主設(shè)備A會處于AM狀態(tài)。在此過程開始前，主設(shè)備A獲取藍(lán)牙設(shè)置中的前置固定數(shù)據(jù)包頭長度，有效數(shù)據(jù)載荷的包長度以及單個(gè)數(shù)據(jù)包所能容納最大數(shù)據(jù)載荷，通過對應(yīng)參數(shù)計(jì)算允許發(fā)送的數(shù)據(jù)包最大長度，計(jì)算出結(jié)果后，主從設(shè)備開始文件數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

(6)203步驟：在此過程開始前，從設(shè)備B獲取藍(lán)牙設(shè)置中的前置固定數(shù)據(jù)包頭長度，有效數(shù)據(jù)載荷的包長度以及單個(gè)數(shù)據(jù)包所能容納最大數(shù)據(jù)載荷，同樣通過對應(yīng)參數(shù)計(jì)算允許發(fā)送的數(shù)據(jù)包最大長度，計(jì)算出結(jié)果后，從設(shè)備依據(jù)自身接收能力與主設(shè)備進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商結(jié)果一致后開始進(jìn)行文件傳送至數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

(7)104步驟：在此階段主設(shè)備A會結(jié)合16位長度的數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)碼以及向前糾錯(cuò)的速率來計(jì)算藍(lán)牙物理層發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)比特位所需時(shí)間。之后進(jìn)一步獲取發(fā)送整個(gè)文件預(yù)計(jì)所耗費(fèi)的總時(shí)長，并將結(jié)果通知從設(shè)備B。數(shù)據(jù)文件發(fā)送結(jié)束后，主設(shè)備A根據(jù)當(dāng)時(shí)電量水平進(jìn)行判定，若電量水平處于較低狀態(tài)，則進(jìn)入SB狀態(tài)，如果電量充足或處于正常水平，則進(jìn)入PM狀態(tài)。

(8)204步驟：在此階段從設(shè)備B會結(jié)合16位長度的數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)碼以及向前糾錯(cuò)的速率來計(jì)算藍(lán)牙物理層接收一個(gè)數(shù)據(jù)比特位所需時(shí)間。之后進(jìn)一步獲取接收整個(gè)文件預(yù)計(jì)所耗費(fèi)的總時(shí)長，并將結(jié)果通知主設(shè)備A。文件數(shù)據(jù)傳輸完畢后，從設(shè)備B電量若處于正常水平，可以轉(zhuǎn)入PS狀態(tài)，否則進(jìn)入SB狀態(tài)。

(9)105步驟：在PM狀態(tài)中，主設(shè)備A通過待機(jī)與等待響應(yīng)空閑周期時(shí)長值來計(jì)算數(shù)據(jù)不在打包校驗(yàn)處理周期內(nèi)所花費(fèi)的平均能耗，并根據(jù)藍(lán)牙待機(jī)與等待響應(yīng)空閑周期內(nèi)所花費(fèi)平均能耗來選擇是否通過周期性發(fā)數(shù)據(jù)包來與B保持同步。

(10)205步驟：在PS狀態(tài)中，從設(shè)備B通過待機(jī)與等待響應(yīng)空閑周期時(shí)長值來計(jì)算數(shù)據(jù)不在打包校驗(yàn)處理周期內(nèi)所花費(fèi)的平均能耗，并根據(jù)藍(lán)牙待機(jī)與等待響應(yīng)空閑周期內(nèi)所花費(fèi)平均能耗來選擇是否通過周期性發(fā)數(shù)據(jù)包來與A保持同步。

2.3 BWM喚醒調(diào)度策略

在上節(jié)模型的關(guān)鍵藍(lán)牙狀態(tài)里，有IQ與IPS、AM與AS這四個(gè)與能耗緊密相關(guān)的狀態(tài)。以此為基礎(chǔ)，在確保數(shù)據(jù)有效傳輸量為前提的條件下BWM對喚醒調(diào)度機(jī)制中的關(guān)鍵參數(shù)關(guān)系進(jìn)行了研究，并基于我們之前的工作[6]對喚醒周期間隔長度進(jìn)行控制。在BWM的掃描查詢(IQ, IPS)與數(shù)據(jù)通訊階段中，本文定義兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)如圖2所示。

(1)喚醒周期窗口w：節(jié)點(diǎn)wakeup的時(shí)間周期長度，其時(shí)長必須保證節(jié)點(diǎn)至少可發(fā)送一個(gè)查詢控制包。

(2)喚醒間隔周期Pw：連續(xù)兩個(gè)喚醒窗口之間的時(shí)間周期長度。

Figure 2 BWM node communication process圖2 BWM節(jié)點(diǎn)通訊過程

在IQ與IPS階段，每個(gè)w時(shí)長內(nèi)節(jié)點(diǎn)會發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包用于掃描通訊范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)；在通訊(AM與AS)階段，節(jié)點(diǎn)將緩沖數(shù)據(jù)隊(duì)列發(fā)送給IQ與IPS階段中建立連接的附近節(jié)點(diǎn)。其中Pw參數(shù)值設(shè)置是影響到節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送性能與能量消耗的關(guān)鍵。當(dāng)間隔周期較短時(shí)，節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)的交互(Contact)機(jī)會增加，從而提高了節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)性能?；诖?，Pw值的基本設(shè)置策略是在IQ與IPS階段確保有盡可能多的節(jié)點(diǎn)交互機(jī)會，而在AM與AS階段，BWM設(shè)置策略是保持發(fā)送數(shù)據(jù)性能處于可以接受的性能波動(dòng)幅度內(nèi)，在此基礎(chǔ)上同時(shí)再盡量降低節(jié)點(diǎn)能量消耗。對此性能波動(dòng)幅度，我們實(shí)驗(yàn)設(shè)置的范圍是±5%，限于篇幅，這里不做深入探討，性能波動(dòng)幅度值設(shè)置對整體發(fā)送策略的影響是我們下一步研究的方向。

在BWM策略中，為方便描述，節(jié)點(diǎn)在交互過程中有如下定義：

(1)t：節(jié)點(diǎn)之間在一次Pw間隔內(nèi)發(fā)生交互的時(shí)間點(diǎn)；

(2)Cij：一次交互的周期時(shí)間長度；

(3)速率Vα：發(fā)送節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間間隔內(nèi)與鄰節(jié)點(diǎn)的交互次數(shù)。

本文假定t在Pw間隔期間內(nèi)的值服從泊松分布[5]，即t～P(0,Pw)。若節(jié)點(diǎn)喚醒時(shí)間間隔小于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)交互周期長度，則說明該交互周期與喚醒時(shí)間周期有交叉重疊，可以被發(fā)現(xiàn)，這種情況下的交互為有效交互，否則視為無效交互。則BWM策略中Pw取值應(yīng)滿足如下的關(guān)系表達(dá)式：

Eij(Pw)*Vα*Be>Sdata

(1)

其中,Eij(Pw)為喚醒時(shí)間間隔內(nèi)有效交互時(shí)長的數(shù)學(xué)期望值，Be為節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送數(shù)據(jù)的有效帶寬，Sdata為節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)內(nèi)待發(fā)送隊(duì)列數(shù)據(jù)量，Vα值可從節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)交換自身的歷史相遇記錄中獲得。最后，有效交互時(shí)長Eij(Pw)值可按如下方式獲?。寒?dāng)交互周期與喚醒時(shí)間周期有交叉重疊時(shí)，該交互可以被發(fā)現(xiàn)，即Cij-(Pw-t)> 0，為有效交互，節(jié)點(diǎn)在有效交互周期內(nèi)可以發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)Cij>Pw時(shí)，可通過式(2)來計(jì)算關(guān)于Pw值的有效交互周期長度的數(shù)學(xué)期望。

(2)

基于上述分析，為了保證節(jié)點(diǎn)發(fā)送性能，確保有效帶寬大于數(shù)據(jù)發(fā)送總量。在此前提下，為了盡可能降低能耗，Pw取滿足該關(guān)系式集合的最大值。

(3)

其中,αsize為發(fā)送隊(duì)列數(shù)據(jù)的尺寸大小，αdata表示藍(lán)牙單個(gè)數(shù)據(jù)包所能容納最大有效數(shù)據(jù)載荷。tque為藍(lán)牙物理層傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包所需時(shí)間(單位為μs)，其值可以計(jì)算如下：

(4)

其中，Tx表示一個(gè)藍(lán)牙基本時(shí)間槽(Time Slot)的時(shí)間長度，其值為1 μs，tjitter表示抖動(dòng)偏移量，tdrift為每個(gè)時(shí)間槽開始的基本偏移量，toffset表示藍(lán)牙硬件層實(shí)現(xiàn)所需的一個(gè)時(shí)間位移量，這三個(gè)偏移量總和值范圍一般在30 μs至50 μs，本文采取保守策略，取其最大偏移值50 μs;sizedata為物理層單個(gè)數(shù)據(jù)包的長度;v表示藍(lán)牙物理層數(shù)據(jù)傳輸速率(單位為bps)，其參數(shù)值設(shè)置在后續(xù)實(shí)驗(yàn)章節(jié)說明。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

3.1 仿真環(huán)境與參數(shù)設(shè)置

仿真實(shí)驗(yàn)平臺為NS2[10]，在NS2上我們安裝了UCBT開源藍(lán)牙模擬器[11]?？紤]到目前主流選擇，實(shí)驗(yàn)設(shè)置藍(lán)牙數(shù)據(jù)包類型為DH3，這種包類型的最大有效載荷長度αdata為1 464位。對于數(shù)據(jù)傳輸速率，考慮到大數(shù)據(jù)量傳輸，選擇為EDR增強(qiáng)傳輸速率模式，這種情況下v為3 Mbit/s。實(shí)驗(yàn)場景設(shè)置四個(gè)AP節(jié)點(diǎn)和100個(gè)普通節(jié)點(diǎn)，當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)經(jīng)過AP節(jié)點(diǎn)時(shí)可以從AP節(jié)點(diǎn)下載或上傳數(shù)據(jù)，普通節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律遵循隨機(jī)行走模型。節(jié)點(diǎn)之間可以互相通訊。參與比較算法為BWM、EWSS[8]和Bluetooth[1]。

3.2 仿真結(jié)果分析

本節(jié)給出了BWM性能評估的結(jié)果。圖3顯示的為不同數(shù)據(jù)發(fā)送負(fù)載下節(jié)點(diǎn)能量消耗比較。首先， EWSS與未采用喚醒調(diào)度策略的Bluetooth節(jié)點(diǎn)從整體來看數(shù)據(jù)發(fā)送量與能量消耗成正比關(guān)系，而BWM性能處于兩者區(qū)間之內(nèi)。在數(shù)據(jù)發(fā)送量小于40情況下，由于負(fù)載影響還不是很大，BWM與EWSS性能區(qū)別并不明顯，而未采用喚醒調(diào)度策略的Bluetooth節(jié)點(diǎn)能耗上升明顯。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送量逐漸增加大于40之后，可以看出EWSS性能最優(yōu)，始終處于下方，這是由于BWM對喚醒間隔與有效交互時(shí)長做了約束與判別，從而對能耗達(dá)到一個(gè)有效控制的目的。最后，由于數(shù)據(jù)發(fā)送負(fù)載逐漸增加使得滿足發(fā)送性能的Pw值在滿足性能波動(dòng)幅度內(nèi)隨著數(shù)據(jù)傳輸量增加而減小，形成一個(gè)反比關(guān)系,在圖中體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)能耗總體呈現(xiàn)為向上的趨勢。

Figure 3 Comparison of energy consumption under different data loads圖3 不同數(shù)據(jù)負(fù)載下能耗比較

之后我們對系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間穩(wěn)定之后的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行了測試，得到了不同數(shù)據(jù)發(fā)送速率下各算法能耗比較結(jié)果，如圖4所示。

Figure 4 Comparison of energy consumption under different data rates圖4 不同數(shù)據(jù)速率下能耗比較

由圖4可以看出，在發(fā)送同等數(shù)據(jù)量的前提下，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送速率提高時(shí)所有算法能耗均表現(xiàn)出一個(gè)下降趨勢。這是由于數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間槽得到充分利用，避免了潛在數(shù)據(jù)發(fā)送延遲以及降低了數(shù)據(jù)發(fā)送要經(jīng)歷兩個(gè)有效交互周期的幾率。其中，BWM性能從總體而言要優(yōu)于未采用調(diào)度策略的Bluetooth節(jié)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)能耗曲線基本位于未采用喚醒調(diào)度策略節(jié)點(diǎn)能耗的下方，而EWSS由于利用了數(shù)據(jù)匯聚和基于簇的設(shè)計(jì)，性能總體表現(xiàn)最佳。

而圖5顯示是三種算法數(shù)據(jù)發(fā)送性能結(jié)果比較。從圖中可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流量處于0～60時(shí)，EWSS、BWM和未采用喚醒調(diào)度策略的Bluetooth節(jié)點(diǎn)相比，數(shù)據(jù)流量對三種策略性能差異影響并不明顯，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流量處于較大值時(shí)(80～120)，Bluetooth節(jié)點(diǎn)發(fā)送性能略優(yōu)于BWM策略，這是由于BWM為降低能耗對喚醒調(diào)度時(shí)間間隔進(jìn)行了約束，因而相比較性能略有下降。而EWSS由于額外考慮了數(shù)據(jù)匯聚的開銷，因此性能下降也較為明顯?？傮w而言，三種策略隨數(shù)據(jù)負(fù)載增加數(shù)據(jù)發(fā)送性能下降幅度處于10%～15%，但三者之間差異并不大。

Figure 5 Performance comparison of data delivery圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送性能比較

4 結(jié)束語

目前機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中手持藍(lán)牙設(shè)備電池不足問題普遍存在，本文首先分析藍(lán)牙設(shè)備電池能耗問題，建立了關(guān)于藍(lán)牙涉及能耗的數(shù)據(jù)傳輸模型，通過對喚醒調(diào)度策略中關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并以此為基礎(chǔ)對BWM進(jìn)行了設(shè)計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，BWM能夠在保證數(shù)據(jù)發(fā)送性能的前提下有效降低節(jié)點(diǎn)能耗。

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