基於藍牙組網的燈光控製係統研究與設計
學術研究
作者：張曉彬 張珣
摘 要：針對目前燈光控製手段存在的智能化程度低、控製不方便等問題，對藍牙網絡拓撲結構進行了分析，提出了基於蟻群算法的改進型路由協議構建藍牙散射網，並在此基礎上，設計出了基於藍牙組網的燈光控製係統，從而實現了燈光係統的隨心控製。
關鍵詞：散射網；蟻群算法；智能燈光控製；路由協議
中圖分類號：TN876.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-03
0 引 言
傳統的燈光控製係統一般是固定在某一個區域上，通過開關設備的閉合來實現燈光係統的控製，因而控製方式很不靈活，控製區域也有很大的局限性，在很多場合都很不方便，比如黑夜在房間開關燈就是件很費力的事情。而在一些特殊場所，如教學樓、寫字樓等大規模燈控係統中，統一調度對管理者也是很大的挑戰。諸多方麵表明，目前的燈控係統已經完全不能滿足人們的差異化需求，在科技的推動下，我們正在尋求新的控製方式，而藍牙，作為現在智能終端必備的組成部分，可讓燈光控製係統變得更加智能和更加便捷。
1 係統概述
藍牙是一種在全球範圍內被采用的簡單而又廣泛的無線短距離通信技術。在眾多藍牙技術優越性的推動下，現在，主流的日常設備都配有藍牙模塊，為藍牙技術下一階段的“無線連接，簡易生活”的設備集成組合概念帶來了更多發展可能。
本係統由燈光節點、控製器和終端組成，控製器負責網絡的構建和對燈光節點的控製，其中包括開關狀態和調光，同時要保證燈光節點都加入網絡。終端主要對係統進行智能控製，可采用Android客戶端軟件實現。
2 藍牙組網關鍵技術研究
2.1 藍牙網絡拓撲
藍牙網絡的拓撲結構分為微微網和散列網結構[1]。微微網中有一個主設備和多個從設備，共同構成藍牙通信係統的基本單元。一個微微網可以隻是由兩台相連的設備組成，例如兩部移動電話相連，也可以是8台連接在一起的設備。在同一個微微網中，所有的設備級別是相同的，具有同樣的權限。主設備主要負責提供時鍾同步信號和跳頻序列。
散射網的構建要經曆兩個階段[2]。在第一階段，每個設備都進行鄰居節點搜索，通過查詢過程，查詢雙方經握手獲得鄰居節點的藍牙地址和同步的相關信息，這些信息由查詢者獲得，被查詢的鄰居並不知道查詢者的信息，為了待加入網絡的所有節點都能獲取信息，每個設備都要隨機切換自己的狀態（根節點除外），並不停地在查詢狀態和查詢掃描轉換。
當設備都搜集到一定的信息後，節點開始進行組網。在這一過程中，由根節點開始出發，對查詢到的設備發起呼叫，建立ACL鏈路。當某一設備處於休眠狀態時，開始對第一階段搜索到的所有節點發起呼叫，並重複根節點的過程。在組網過程中，被呼叫的設備隻響應最先呼叫的主設備，並成為其從設備加入微微網。散射網實際上就是多個微微網互連在一起構建的。在散射網中，不同的微微網間使用不同的跳頻序列。隻要彼此沒有同時跳躍到同一頻道上，就不會產生幹擾。連接微微網之間的節點角色稱作橋節點。橋節點通過不同時隙在不同微微網之間轉換，從而實現跨微微網之間的資料傳輸，“波浪擴張”式地將所有設備加入網絡。
2.2 基於改進蟻群算法的路由協議
藍牙散射網組網方法一般可分為按需和主動兩類[3]，主動組網方式在組建網絡後保持網絡的連通，當節點動態變化時主動更新。按需組網適合數據傳輸頻率低的傳感器網絡，在需要傳輸數據時進行組網和建立路由，其餘時間節點處於節能的休眠狀態。本文采用按需組網方式、樹狀拓撲結構微微網空位以及關鍵節點備份機製，網絡具有一定的健壯性，在組網的同時完成路由表的建立。