CN105101463B - 一种基于ble的数据共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BLE数据共享方法，将特定区域内的蓝牙设备蓝牙定时设置为主单元模式和从单元模式，作为主单元模式时将其存储的数据副本表共享给到周围正处于从单元模式的设备，而作为从单元模式的设备接收可与其连通的主单元模式的设备的数据副本表，将接收到数据与本机内存储的数据副本表合并，以备在下次切换为主模式时继续共享出去，达到数据共享的效果。本发明可通过接力的形式将数据转发到无法直接联系的设备，突破了原有蓝牙星形拓扑结构的网络物理信号覆盖范围的地域限制，也突破了其组网终端数量的限制，极大的拓宽了其应用范围。

Description

一种基于BLE的数据共享方法
技术领域
本发明涉及一种网络数据共享方法，特别涉及一种基于BLE的数据共享方法。
背景技术
现有的BLE(蓝牙低功耗)技术支持星形拓扑的一对多连接，即一个主设备可以与多个从设备建立连接，图1是星形拓扑网络示意图，这种结构要求所有设备相对集中地分布在同一个区域里，如果某个从设备与主设备之间由于距离变化等意外因素与主设备断开接连，那么这个从设备就脱离了整个结构；主设备C2工作在主单元模式，其余从设备都工作在从单元模式，有效信号覆盖范围C1，从设备只有位于有效信号覆盖范围C1才可以与主设备进行联系，超出主设备的有效信号覆盖范围C1的从设备将与主设备失去联系，如果若干从设备与主设备失去联系，那么这个结构就失去了意义，该网络无法保证所有设备数据有效通讯。所以，在设备分布比较分散、设备位置经常变化的应用情景中，星形拓扑、以及多数衍生形式的组网在实际应用中都存在很大的局限性，或无法满足某些应用场合，特别是对于要求保障所有设备之间数据交互及时性和完整性的应用场合。
发明内容
针对以上缺陷，本发明目的在于如何解决现有星形拓扑网络对于网络内所有从设备与主设备之间距离不能超出主设备信号覆盖范围的问题，如何提供一种新加入的设备只要可以与原有已连通的任意一个设备连通，就可同所有设备实现相互数据共享的方法。
发明提供了一种基于BLE的数据共享方法，其特征在于所有待组网的蓝牙设备都各自独立的按照以下步骤工作，蓝牙设备可在主单元模式和从单元模式之间切换：
步骤1.1：蓝牙设备开机初始；
步骤1.2：初始化数据副本表；
步骤1.3：检测本机当前数据是否存在更新，如果有更新则将本蓝牙设备的数据记录条更新到数据副本表，数据记录条至少包括时间戳、数据和设备标识；
步骤1.4：设置本机为主单元模式；
步骤1.5：检测周边可与本蓝牙设备建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；
步骤1.6：将本机上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；
步骤1.7:设置超时等待时间Twait,设置本机为从单元模式；
步骤1.8：判定超时等待时间是否到，如超时时间到则跳转执行步骤1.3；否则等待被周边可与本蓝牙设备建立连接的处于主单元模式的蓝牙设备发现，如被发现，则建立连接；
步骤1.9：接收建立连接的处于主单元模式的蓝牙设备的数据副本表，并存储为接收数据副本表；
步骤1.10：读取步骤1.9存储的数据副本表与本蓝牙设备中存在的数据副本表进行合并，具体采用如下步骤进行数据合并：
步骤A.1:读取接收数据副本表和本蓝牙设备数据副本表；
步骤A.2:读取接收数据副本表的第一条数据记录条；
步骤A.3:提取数据记录条的设备标识,检索本蓝牙设备数据副本表，判定是否存在相同设备标识的数据记录条，如果不存在，直接将该数据记录条加入到本蓝牙设备数据副本表中,跳转执行A.6；如果存在则将接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到本蓝牙设备数据副本表中该相同设备标识的数据记录条，跳转执行A.6；
步骤A.4:提取数据记录条的设备标识,检索本蓝牙设备数据副本表，判定是否存在相同设备标识的数据记录条，如果不存在，直接将该数据记录条加入到本蓝牙设备数据副本表中,跳转执行A.6；如果存在则执行A.5；
步骤A.5:比较这两个具有相同设备标识的数据记录条的时间戳，如果接收数据副本表的数据记录条对应的时间戳不比本蓝牙设备的数据副本表的数据记录条对应的时间戳新，则直接执行A.6；否则将接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到本蓝牙设备数据副本表中该相同设备标识的数据记录条，执行A.6；
步骤A.6:判断接收数据副本表的是否还存在数据记录条，如果存在则读取接收数据副本表的下一条数据记录条，跳转执行步骤A.4；否则结束本次数据合并；
步骤1.11：跳转执行步骤1.8。
所述的基于BLE的数据通讯方法，其特征在于所述的超时等待时间Twai t每次都随机在5S-12S之间选取。
所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述的时间戳为本蓝牙设备产生数据的具体时间或记录本蓝牙设备产生数据的版本标识；所述的设备标识为蓝牙设备ID，网络中所有待组网的蓝牙设备的蓝牙设备ID具有惟一性。
所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述步骤1.5中将检测到的当前时刻处于从单元模式的蓝牙设备根据连接的信号强度，从强到弱进行排序，只取不超过10个以内的处于从单元模式的蓝牙设备为有效连接，并动态根据信号强度的实时变化进行动态调整。
所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述数据副本表采用动态链表方式存储，每个数据记录条为一个数据节点，本蓝牙设备对应的数据记录条位于表头。
本发明可通过接力的形式将数据转发到无法直接联系的设备，突破了原有蓝牙星形拓扑结构的网络物理信号覆盖范围的地域限制，也突破了其组网终端数量的限制，极大的拓宽了其应用范围。
附图说明
图1是星形拓扑网络示意图；
图2是本发明拓扑网络示意图；
图3是BLE的数据共享T1时刻连接图；
图4是BLE的数据共享T2时刻连接图；
图5是BLE的数据共享T3时刻连接图；
图6是数据副本合并流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是本发明拓扑网络示意图；只要满足新加入的设备与原有设备只要可以保证至少一个设备连通，就可实现该设备与所有设备进行数据共享。也就是说其网络有效覆盖范围不是由哪一个设备来决定的，而是所有可设备的有效覆盖范围的和。
图3是BLE的数据共享T1时刻连接图；图4是BLE的数据共享T2时刻连接图；图5是BLE的数据共享T3时刻连接图；
假设一共有待组网蓝牙设备从设备1到设备9，括号标注“从”的表示当前工作在从单元模式，括号标注“主”的表示当前工作在主单元模式。
T1时刻：
T1时刻设备1、设备9和设备5工作在主单元工作模式，区域11内的范围为设备1的有效覆盖范围；区域51内的范围为设备5的有效覆盖范围，区域91内的范围为设备9的有效覆盖范围。
设备1工作在主单元工作模式，检测周边可与设备1建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备2、设备3、设备4、设备6和设备9，其中设备9工作在主单元模式，被排除在外；将设备1上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备2、设备3、设备4和设备6。
设备5工作在主单元工作模式，检测周边可与设备5建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到都设备2、设备4、设备6和设备7；将设备5上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备4、设备6、设备7和设备8。
设备9工作在主单元工作模式，检测周边可与设备9建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备1、设备2和设备6，其中设备1工作在主单元模式，被排除在外；将设备9上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备2和设备6。
当前时刻工作在从单元工作模式有设备2、设备3、设备4、设备6、设备7和设备9，这些设备就分别接收与其建立连接的设备的数据副本表，并与本设备存储的设数据副本表进行数据合并。
T2时刻：
T2时刻设备2、设备4和设备6工作在主单元工作模式，区域22内的范围为设备2的有效覆盖范围；区域42内的范围为设备4的有效覆盖范围，区域62内的范围为设备6的有效覆盖范围。
设备2工作在主单元工作模式，检测周边可与设备2建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备1、设备3和设备9；将设备2上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备1、设备3和设备9。
设备4工作在主单元工作模式，检测周边可与设备4建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到都设备1、设备3和设备5；将设备4上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备1、设备3和设备5。
设备6工作在主单元工作模式，检测周边可与设备6建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备1、设备5、设备7和设备9；将设备6上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备1、设备5、设备7和设备9。
其中单前时刻设备8也处于从单元工作，但其与任意一个当前处于主设备模式的设备都没有建立联系。
当前时刻工作在从单元工作模式有设备1、设备5、设备7和设备9，这些设备就分别接收与其建立连接的设备的数据副本表，并与本设备存储的设数据副本表进行数据合并。
T3时刻：
T3时刻设备3、设备5和设备7工作在主单元工作模式，区域33内的范围为设备3的有效覆盖范围；区域53内的范围为设备5的有效覆盖范围，区域73内的范围为设备7的有效覆盖范围。
设备3工作在主单元工作模式，检测周边可与设备3建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备1、设备2和设备4；将设备3上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备1、设备2和设备4。
设备5工作在主单元工作模式，检测周边可与设备5建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到都设备1、设备4、设备6和设备8；将设备5上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备1、设备4、设备6和设备8。
设备7工作在主单元工作模式，检测周边可与设备7建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；在有效范围内一共检测到设备6；将设备7上存储的数据副本表传输给各个已建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备，这里为设备6。
其中单前时刻设备9也处于从单元工作，但其与任意一个当前处于主设备模式的设备都没有建立联系。
当前时刻工作在从单元工作模式中有设备1、设备2、设备4、设备6和设备8，这些设备分别接收与其建立连接的设备的数据副本表，并与本设备存储的设数据副本表进行数据合并。
图6是数据副本合并流程图，其中以接收数据副本表最多的设备6为例，说明数据合并流程：
T1时刻设备1存储了设备3和设备2的数据记录条，则设备1向设备2、设备3、设备4和设备6发送的数据副本表包括了设备1、设备2和设备3对应的数据记录条，分别为数据记录条11、数据记录条12和数据记录条13。
假设当前时刻设备5存储了设备1和设备8的数据记录条，则设备5向设备4、设备8、设备7和设备6发送的数据副本表包括了设备1、设备5和设备8对应的数据记录条，分别为数据记录条51、数据记录条55和数据记录条58。
假设当前时刻设备9存储了刚开机还未存储其它设备的数据副本表，则设备9向设备2和设备6发送的数据副本表包括了设备9对应的数据记录条，为数据记录条91。
表1为T1设备1存储的数据副本表
设备标识 时间戳 数据
ID1 T1 Data_11
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
表2为T1时刻设备5存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID5 T1 Data_51
ID4 T0 Data_40
ID8 T0 Data_80
ID9 T0 Data_90
表3为T1时刻设备9存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID9 T1 Data_91
表4为T1时刻设备6存储的未合并前数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID6 T1 Data_61
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
设备6一共依次接收了设备1、设备5和设备9共3个设备的数据副本表，其本机存储的数据副本表存储了数据记录条6、数据记录条2和数据记录3。当接收到设备1的数据副本表时，存储为接收数据副本表；读取接收数据副本表和本蓝牙设备数据副本表；读取接收数据副本表的第一条数据记录条；由于第一条数据记录条存储的是设备1的数据，其刚从设备1中接收到，该数据必然是比设备6中所存储的设备1的数据记录条新，因此需要直接将该数据更新到设备6中的数据副本表中；分两种情况：提取数据记录条的设备标识,检索设备6的数据副本表，判定是否存在已存在设备1相同设备标识的数据记录条，如果不存在，直接将该数据记录条加入到设备6的数据副本表中；如果存在则将接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到设备6的数据副本表中该相同设备标识的数据记录条；
判断接收数据副本表的是否还存在数据记录条，如果不存在则结束本次数据合并；如果存在则读取接收数据副本表的下一条数据记录条，提取数据记录条的设备标识,检索设备6的数据副本表，这里提取到的是设备2的数据记录条，判定是否存在已存在设备2相同设备标识的数据记录条，由于检索设备6的数据副本表已存在，需进一步比较这两个具有相同设备标识的数据记录条的时间戳，经过判断比较数据记录条12的时间戳比数据记录条2大，因此需要接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到设备6的数据副本表中该相同设备标识2的数据记录条上；同理经过判断比较数据记录条13的时间戳比数据记录条3小，说明设备6中的设备记录条3比新接收到的数据新，因此不需要更新。由于本次接收到的数据纪录条都已处理完毕，本次数据合并结束。
表5为T1时刻合并数据后的设备6存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID6 T1 Data_61
ID1 T1 Data_11
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
同理完成接收到的设备5和设备9对应的数据副本表对应色数据记录条的数据合并工作。
当本次预先设定的从单元模式的超时等待时间Twait到时，Twai t的选择是各个设备独立选取，同一设备不同时间段选取也是不同的，具体为通过随机函数产生随机值，并把该值调整到5S-12S之间，这样做的目的是防止周边设备同时都进入相同的工作模式，造成冲突，造成无法正常数据通讯。等待时间Twait到时，则将设备6切换为主单元工作模式，将设备6中存储的最新数据副本表发送给位于设备6的有效信号范围内的其它处于从单元模式的设备，实现数据的共享。
T2时刻，设备6为进入主单元模式，其不接收从单元的数据副本表，而是将其数据副本表传递给与其建立连接的设备1、设备5、设备7和设备9；
T2时刻设备6的内部数据只有本机数据有更新，其余设备的数据都没有更新。
表6为T2时刻设备6存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID6 T2 Data_62
ID1 T1 Data_11
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
表7为T2时刻设备4存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID4 T2 Data_42
ID1 T0 Data_10
ID3 T0 Data_30
ID5 T1 Data_51
表8为T2时刻设备5合并设备4和设备6后存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID5 T2 Data_52
ID1 T0 Data_10
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
ID4 T2 Data_42
ID6 T2 Data_62
ID8 T0 Data_80
ID9 T0 Data_90
表9为T2时刻合并数据后的设备7存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID7 T2 Data_72
ID1 T1 Data_11
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
ID6 T2 Data_62
T3时刻，设备6为进入从单元模式，其接收主单元设备的数据副本表，接收设备5和设备7的数据副本表并完成合并。
表10为T3时刻设备7存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID7 T3 Data_73
ID1 T1 Data_11
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
ID6 T2 Data_62
表11为T3时刻设备5存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID5 T3 Data_53
ID1 T0 Data_10
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
ID4 T2 Data_42
ID6 T2 Data_62
ID8 T0 Data_80
ID9 T0 Data_90
表12为T3时刻设备6合并设备5和设备7后存储的数据副本表
设备ID 时间戳 数据
ID6 T3 Data_53
ID1 T0 Data_10
ID2 T0 Data_20
ID3 T0 Data_30
ID4 T2 Data_42
ID5 T3 Data_53
ID7 T3 Data_73
ID8 T0 Data_80
ID9 T0 Data_90
以上仅仅是简单的举几个时刻的示例，说明在某段时间内只要满足新加入的设备与原有设备只要可以保证至少一个设备连通，就可实现该设备所有设备进行数据共享。同时为了保证数据通讯的稳定性，防止工作模式的冲突，所有的设备独立工作，其内部切换工作模式可选用固定时间间隔切换、也可选择在5S-12S间隔时间(也就是等待时间Twai t)内随机动态选择。
由于同在一个网络内，如果比较密集，可能存在位于较为中心位置的设备，其信号覆盖范围内所覆盖的设备就较多，如果所有设备都直接进行数据交互则可能数据交互量特别大，而且其交换的信号物理上还会影响周边其他设备的交互，为了解决该问题，可通过判断当周边可连接设备超过10个设备时，则根据周边设备与其连接的信号强度进行排序，只选择与信号强度较强的前10个设备进行通讯，其余设备忽略；随着设备的移动设备信号强度也会随时变化，动态根据信号强度的实时变化进行动态调整。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于BLE的数据共享方法，其特征在于所有待组网的蓝牙设备都各自独立的按照以下步骤工作，蓝牙设备可在主单元模式和从单元模式之间切换：
步骤1.1：蓝牙设备开机初始；
步骤1.2：初始化数据副本表；
步骤1.3：检测本机当前数据是否存在更新，如果有更新则将本蓝牙设备的数据记录条更新到数据副本表，数据记录条至少包括时间戳、数据和设备标识；
步骤1.4：设置本机为主单元模式；
步骤1.5：检测周边可与本蓝牙设备建立连接的处于从单元模式的蓝牙设备；
步骤1.6：分别与周围处于从单元模式的蓝牙设备建立连接并发送最新的数据副本表；
步骤1.7:设置超时等待时间Twa it,设置本机为从单元模式；
步骤1.8：判定超时等待时间是否到，如超时时间到则跳转执行步骤1.3；
否则等待被周边可与本蓝牙设备建立连接的处于主单元模式的蓝牙设备发现，如被发现，则建立连接；
步骤1.9：接收建立连接的处于主单元模式的蓝牙设备的数据副本表，并存储为接收数据副本表；
步骤1.10：读取步骤1.9存储的数据副本表与本蓝牙设备中存在的数据副本表进行合并，具体采用如下步骤进行数据合并：
步骤A.1:读取接收数据副本表和本蓝牙设备数据副本表；
步骤A.2:读取接收数据副本表的第一条数据记录条；
步骤A.3:提取数据记录条的设备标识,检索本蓝牙设备数据副本表，判定是否存在相同设备标识的数据记录条，如果不存在，直接将该数据记录条加入到本蓝牙设备数据副本表中,跳转执行A.6；如果存在则将接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到本蓝牙设备数据副本表中该相同设备标识的数据记录条，跳转执行A.6；
步骤A.4:提取数据记录条的设备标识,检索本蓝牙设备数据副本表，判定是否存在相同设备标识的数据记录条，如果不存在，直接将该数据记录条加入到本蓝牙设备数据副本表中,跳转执行A.6；如果存在则执行A.5；
步骤A.5:比较这两个具有相同设备标识的数据记录条的时间戳，如果接收数据副本表的数据记录条对应的时间戳不比本蓝牙设备的数据副本表的数据记录条对应的时间戳新，则直接执行A.6；否则将接收数据副本表对应的数据记录条覆盖到本蓝牙设备数据副本表中该相同设备标识的数据记录条，执行A.6；
步骤A.6:判断接收数据副本表的是否还存在数据记录条，如果存在则读取接收数据副本表的下一条数据记录条，跳转执行步骤A.4；否则结束本次数据合并；
步骤1.11：跳转执行步骤1.8。
2.根据权利要求1所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述的超时等待时间Twait每次都随机在5S-12S之间选取。
3.根据权利要求2所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述的时间戳为本蓝牙设备产生数据的具体时间或记录本蓝牙设备产生数据的版本标识；所述的设备标识为蓝牙设备I D，网络中所有待组网的蓝牙设备的蓝牙设备ID具有惟一性。
4.根据权利要求3所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述步骤1.5中将检测到的当前时刻处于从单元模式的蓝牙设备根据连接的信号强度，从强到弱进行排序，只取不超过10个以内的处于从单元模式的蓝牙设备为有效连接，并动态根据信号强度的实时变化进行动态调整。
5.根据权利要求4所述的基于BLE的数据共享方法，其特征在于所述数据副本表采用动态链表方式存储，每个数据记录条为一个数据节点，本蓝牙设备对应的数据记录条位于表头。
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