本论文主要是基于蓝牙在传感网络中优于其它无线通信技术的一些特点，将蓝牙技术应用到传感网络中，从而实现传感网络的短距离无线通信。第1章简单介绍了蓝牙技术、无线传感网络，并将蓝牙技术与其他无线技术进行比较，指出蓝牙技术在无线传感网络中的优势。第2章通过对蓝牙几种连接方式的比较，最终将网络性能较优越的散射网作为系统设计的总方案。在第3章硬件部分，主要是对蓝牙模块的应用电路设计，根据模块实现功能的要求，将其分成三个部分来分别进行设计，实现蓝牙通信功能。第4章软件部分是本论文的一个设计重心，根据设计要求，它需要实现：
1．编写上位机软件实现数据的接收，显示和分析功能；
2．以图形方式显示传感信息与时间的关系；
3．实现传感信息的回放；
4．提高程序的健壮性。
故本文将系统软件分为10个功能子程序来分别进行了设计。最后一章将硬件部分与软件部分结合进行仿真调试。
方案选择
2.1 概述
传感网络的拓扑结构主要体现在蓝牙设备的连接方式上，而蓝牙能支持三种以下3种连接方式：
1．点对点连接，如图2-1-a所示。
2．多个点通过共享的信道构成一个微微网.其中一个点作为主点,而其他点成为从点.一个微微网中理论上处于工作状态的只有1个主节点和7个从节点，其它多余节点均处于空闲状态，如图2-1-b所示。
3．由多个相互重叠的微微网组成的网络称为散射网（Scatternet），散射网中的各微微网之间允许重叠、允许交叉、允许共享从设备，如图2-1-c所示。每个微微网只能有一个主点，然而从点可以通过时分复用加入不同的微微网。
这样形成了两种网络拓扑结构：微微网结构和散射结构。
图2-1 蓝牙连接方式
2.2 方案选择
2.2.1 方案一
通过对以上三种连接方式的分析，根据建网的要求，可以选用点对多的连接方式作为本设计的连接方式，可以满足设计任务要求。如图2-2所示。
在这种方案中，主点同时与4个从点进行连接，但某一时刻只能与一个进行通信。此时程序向蓝牙模块发送搜索命令，查询远端的蓝牙设备。搜索蓝牙设备能得到蓝牙设备的类别码、蓝牙地址以及设备名称这三种信息。程序将蓝牙的类别码和地址与本地蓝牙类别码和地址进行比较，如果类别码相同，才进行连接，当连接从点数等于4时，主点停止连接，其他的匹配设备只能等待其中一个已连接从点退出，才可加入网络系统中。如果类别码不同，则说明是网外设备，应进行屏蔽。如图2-2所示。
图2-2 微微网连接图
该方案的优点：
1．程序结构简单。由于只有一个蓝牙主节点，其他节点作为从点（理论上最多只能是7个从点，而本实验中的模块只能实现与4个从点的连接），故在程序设计中，只需要考虑一个固定的蓝牙主节点主动向其他从节点发送连接请求从而使程序结构变的简单；
2．网络建立时间短。由于只有一个主点，所以在建立网络的时候只需要来查询从点（4个），很少存在连接冲突的问题，从而节省了网络处理冲突所花费的大量时间，也就大大缩减了网络建立的总时间。
该方案的缺点：
1．网络扩展性有限。因为一次只能连接有限的从点，严重限制了系统的扩展性。点对多点连接虽然在连接设备数量上点对点的连接方式有所提高，但依然最多只能与7个点(理论上)同时连接, 而一般就是一个办公室，一个主点要连接的从点也不止7个。故无法满足与多个下位机通信的生产需求；
2．系统灵活性有限。一个设备被设置为主点，就只能做主点，即使在其从点没有传感信息发送，它也必须等待。而不能转换为从点等待其他可能有传感信息发送给它的节点的连接。故在很大程度上降低了系统的灵活性，又减少了系统资源的浪费。
2.2.2 方案二
通过对以上三种连接方式的分析，根据建网的要求，在该方案中将选择连接较复杂的散射网作为本设计的连接方式。如图2-3所示。
在该连接中，所有的蓝牙模块都设置为自动在主模式和从模式之间切换。程序启动后，向蓝牙模块发送搜索命令，查询远端的蓝牙设备。搜索蓝牙设备能得到蓝牙设备的类别码、蓝牙地址以及设备名称这三种信息。将蓝牙的类别码和地址与本地蓝牙类别码和地址进行比较，对于类别码相同且地址小于本地蓝牙地址的远端蓝牙设备，则作为主模式，主动向其发起连接；否则作为从模式，等待对方发起连接。如果已经建立连接的远端蓝牙设备的名称与程序设定的系统蓝牙设备名称相同，则向其发送传感信息。
图2-3 散射网连接图
这种方案的优点：
1．容量大、扩展性好。解决了微微网连接从点有限的弊端，根据需要，可以无限制的任意增加从点数量；
2．节省资源。由于采用了蓝牙模块自动在主模式和从模式之间切换，在主点没有从点传输信息时，蓝牙模块自动切换为从点，等待别的蓝牙模块连接。这种方法就可大大的减少因为主点没有要连接的从点模块，而处于闲置状态的机会；
3．无连接冲突。通过比较远端蓝牙设备和本地蓝牙设备的类别码和地址决定由谁发起连接，从而免连接冲突；
4． 屏蔽了网外蓝牙设备的干扰。在本方案中，蓝牙模块在建立连接之前，先要屏蔽掉类别码不同的网外设备，这样就可以避免与网内设备有同样地址的网外设备对系统造成干扰的可能；
5． 系统整体性强。当系统中有节点退出网络，不会影响其他节点的正常通信。应为系统中留有备用的通道，所以其他网内设备也可以自由的加入而不会影响其他设备的通信。
该方案的缺点：
1．程序结构复杂。由于每个蓝牙模块都有主模式和从模式两种工作状态，程序也必须针对其两种工作状态分别编程并使这两种程序合理地组合在一起。这使得程序的结构变得复杂；
2．网络建立时间长。由于每个蓝牙模块都有主节点和从节点两种工作状态，所以每个蓝牙模块都有可能主动发起连接，从而造成连接冲突。为了避免连接冲突，程序必须花一定的时间来处理连接冲突的问题，从而使得整个系统建立通信网络的时间变长。
2.2.3 方案确定
对比方案一和方案二的优缺点发现：方案一虽然能实现整个系统的通信，但是限制了系统中节点的数量和活动位置，使系统固定而不灵活。因而不能很好地体现传感网络的特点和优势。而方案二虽然也存在不少缺点，但这些缺点只是在建网初期的问题，等系统连接之后就不存在了，对系统的通信及性能也不会有什么大的影响，而其容量大、扩展性好、无连接冲突、系统整体性强等优点却在本设计通信过程中有着很重要的作用。所以，决定在本设计中选用了方案二作为整个系统的方案。
2.3 本章小结
本章首先介绍了蓝牙的支持的几种连接方式，然后根据组网需要，分别选择微微网和散射网作为本设计的组网方案。通过对两种方案优缺点的比较和分析，最终确定方案二，即散射网作为本设计的最终组网方案。
