CN106454996A - 用于低功耗数据传送的方法、装备以及计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强无线网络中的节能的示例性实施方式，其中每个无线设备具有指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃的跳数值。装备确定其有信息要传送至一个或多个中心设备。从一个或多个其他无线设备中选择无线设备，所选择的无线设备具有比所述装备的跳数值更小的跳数值。所述装备根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式。所述装备根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而从睡眠模式中唤醒。接着创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息至所选择的无线设备，以通过所述连接传送所述信息给所述一个或多个中心设备。

Description

用于低功耗数据传送的方法、装备以及计算机程序产品
技术领域
技术领域涉及无线设备，该无线设备的特点在于增强无线网络(例如无线网状网络)中的节能。
背景技术
现代社会已经采用并且正变得依赖于用于各种用途的无线通信设备，例如，连接用户与其他用户之间的无线通信设备。从电池供电的手持设备到使用电网供电的固定家用和/或商用设备，无线通信设备可以多种多样。由于无线通信设备的快速发展，出现了许多具有能够应用全新类型的通信应用程序能力的领域。
无线近距离通信技术的一个示例是蓝牙TM通信协议，该协议在2.4GHz频率的ISM波段起作用。蓝牙TM是一种短程无线网络，最开始的目的在于用其取代电缆。蓝牙TM技术规格由蓝牙TM技术联盟公司(BluetoothTMSIG,Inc.)发布。蓝牙TM 核心规格4.2版本(蓝牙TM技术联盟于2014年12月2日出品)(通过引用将其包括在内)描述了蓝牙TM协议(BT)和蓝牙低功耗TM协议(BLE)。
发明内容
具体实施方式为方法、装备和计算机程序产品的无线设备的特点在于增强了无线网络(例如无线网状网络)中的节能。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
在无线网中，由装备接收来自一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息(wireless device discovery message)，每个所接收的无线发现消息都包括所接收的跳数值，所接收的跳数值指示距一个或多个的中心无线设备有多少个跳跃，一个或多个无线设备中相应的一个设备是发送所接收的无线发现消息的无线设备；
通过所述装备存储所接收的无线设备发现消息中所指示的最小跳数值；以及
通过所述装备传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息，所述装备所传送的跳数值大于最小跳数值，所述装备所传送的跳数值指示所述装备距离一个或多个的中心无线设备有多少个跳跃。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
在所接收的无线设备发现消息的RSSI值大于阈值的情况下，通过所述装备存储所接收的无线设备发现消息中所显示的最小跳数值。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
通过所述装备调整所述装备的所述跳数值以响应于所述装备距所述一个或多个的中心无线设备有多少个跳跃的变化。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
通过所述装备确定其有信息要传送给所述一个或多个中心无线设备；
通过所述装备从所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备，所选择的无线设备具有比所述装备的所述跳数值更小的跳数值；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，通过所述装备进入睡眠模式；
根据所选择的无线设备的无线设备发现消息的已知重复间隔，通过所述装备从所述睡眠模式中唤醒；
通过所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送信息至所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
通过装备确定有信息传送至无线网络中的一个或多个中心无线设备，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
通过装备在所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备，从所述一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，通过所述装备进入睡眠模式；
根据所选择的无线设备的无线设备发现消息的已知重复间隔，通过装备从所述睡眠模式中唤醒，以及
通过所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送信息至所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
在从所述睡眠模式中唤醒后，所述装备无线连接到所选择的无线设备，并且然后向所选择的无线设备进行传送。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
其中，由所选择的无线设备传送的无线设备发现消息的已知重复间隔，至少为以下中一个：广告消息(advertising message)中所接收的广告间隔(advertisementinterval)，由广告消息的AD类型指示的间隔，所述装备的存储器预配置的间隔，或者在预找到进程中或建立连接阶段检测到的间隔。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
其中，如果所选择的无线设备的RSSI满足预定阈值，则所选择的无线设备的选择还包括选择具有最小跳数的无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括一种方法，包括：
其中，如果所述装备的跳数对于一个或多个中心无线设备为1，则传送一个或多个设备发现消息，该设备发现消息指示所述信息可被所述一个或多个中心无线设备轮询。
本发明的一种实施方法包括一种装备，该装备包括：
至少一个处理器；
包含计算机程序代码的至少一个存储器；
所述至少一个存储器和所配置的计算机程序代码与所述至少一个处理器使得所述装备至少能够实现：
接收来自一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息，每个所接收的无线发现消息包括所接收的跳数值，该跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，所述一个或多个其他无线设备中的相应的一个设备为发送所接收的无线发现消息的设备；
存储所接收的无线设备发现消息中指示的最小跳数值；以及
传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息，该装备所传送的跳数值大于最小跳数值，所述装备所传送的跳数值指示所述装备距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
所述至少一个存储器和所配置的计算机程序代码与所述至少一个处理器使得所述装备至少能够实现：
在所接收的无线设备发现消息的RSSI值大于阈值的情况下，存储所接收的无线设备发现消息中所指示的所述最小跳数值。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
所述至少一个存储器和所配置的计算机程序代码与所述至少一个处理器使得所述装备至少能够实现：
确定所述装备其有信息要传送给所述一个或多个中心无线设备；
从一个或多个其他无线设备中选择无线设备，所选择的无线设备具有比所述装备的跳数值更小的跳数值；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，进入睡眠模式；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，从所述睡眠模式中唤醒；以及
创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息给所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送给所述一个或多个中心无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
至少一个处理器；
包含计算机程序代码的至少一个存储器；
至少一个存储器和所配置的计算机程序代码与至少一个处理器使得所述装备至少能够实现：
确定装备其有信息要传送给无线网络中的一个或多个中心无线设备，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
从一个或多个其他无线设备中选择无线设备，从所述一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，进入睡眠模式；
根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔，从所述睡眠模式中唤醒；以及
创建与所选择的无线设备的连接，并传送信息给所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送给所述一个或多个中心无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括了一种装备，该装备包括：
在从所述睡眠模式中唤醒后，所述装备无线连接到所选择的无线设备，并且然后向所选择的无线设备进行传送。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
其中，由所选择的无线设备传送的无线设备发现消息的已知重复间隔，至少为以下中一个：广告消息中所接收的广告间隔，由广告消息的AD类型指示的间隔，所述装备的存储器预配置的间隔，或者在先前的发现进程中或连接建立阶段检测到的间隔。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
其中，如果所述无线设备的RSSI值满足预定阈值，则所选择的无线设备的选择还包括选择具有最小跳数的无线设备。
本发明的一种具体实施方式包括一种装备，该装备包括：
其中，如果所述装备的跳数对于一个或多个中心无线设备为1，则传送一个或多个设备发现消息，指示所述信息可被所述一个或多个中心无线设备轮询。
本发明的一种具体实施方式包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括记录在计算机可读永久储存介质上的计算机可执行程序代码，该计算机可执行程序代码包括：
用于在无线网络中通过装备接收来自一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息的代码，每个所接收的无线发现消息包括接收跳数值，该跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，所述一个或多个无线设备中相应的一个设备是发送所接收的无线发现消息的无线设备；
用于通过所述装备存储所接收的无线设备发现消息中指示的最小跳数值的代码；以及
用于通过所述装备传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息的代码，该装备所传送的跳数值大于最小跳数值，所传送的跳数值指示所述装备距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃。
本发明的一种具体实施方式包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括：
用于在所接收的无线设备发现消息的RSSI值大于阈值的情况下，通过所述装备存储所接收的无线设备发现消息中所指示的最小跳数值的代码。
本发明的一种具体实施方式包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括记录在计算机可读永久储存介质上的计算机可执行程序代码，该计算机可执行程序代码包括：
用于通过装备确定其有信息要传送给无线网络中的一个或多个中心无线设备的代码，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
用于从所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备的代码，从所述一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
用于所述装备基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式的代码；
用于所述装置基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒的代码；以及
用于通过所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息至所选择的无线设备，以通过所述连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备的代码。
附图说明
图1A是无线网络(例如无线网状网络)的一种示例，其中，图中的节点上指示其与网关设备(GW)之间的跳数。
图1B是无线网络(例如无线网状网络)的一种示例，示出了有多少节点数据穿过(traversing through)了该节点。
图2A是无线网络(例如无线网状网络)的一种示例，其中，在节点未初始化时，GW最初被放置在无线网络中，由标签“U”表示。
图2B是图2A的无线网络的一种示例，其中，GW将找到最近的发送广告(advertisement)的节点，例如节点104。对于GW附近的所有节点，GW将写入一个新的跳数，例如1，来告知这些节点其邻近于GW。
图2C是图2B的无线网络的一种示例，其中，由于目前具有跳数为1的节点104公布了其跳数，该跳数引起相邻的节点(例如节点102)将其自身的跳跃更新为2，因此触发了级联效应。
图2D是图2C的无线网络的一种示例，其中，由于现在具有跳数2的节点102公布了其跳数，该跳数引起相邻的节点(例如节点100)将其自身的跳数更新为3，因此级联效应继续。
图3示出了首先执行设备搜寻而不是连接设置。根据本发明的一个具体实施方式，当在设备搜寻中找到满足要求的设备时，节点设备进入睡眠模式，用于所找到设备的广告间隔，并且在预期广告间隔启动时间之前开始建立连接。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线网络(例如无线网状网络)中的用于跳跃发送机制的示例环境。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的跳跃发送机制的示例进程。
图6示出了根据本发明的具体实施方式的跳跃发送机制的示例进程，包括节点执行自组织的初始阶段和最后阶段，如果该节点是跳跃为1的节点，发送数据给GW。
图7示出了根据本发明的具体实施方式的广告数据包的示例内容，包括广告间隔、跳跃信息以及可能的其他数据，例如电池状态和缓冲信息。
图8示出了根据本发明的具体实施方式的跳跃发送机制无线网络(例如无线网状网络)的顺序图。该无线网络包括执行自组织的初始阶段、由节点发送广告数据包的中间阶段以及跳跃为1的节点发送数据给GW的最后数据发送阶段的三个节点。
图9A是根据本发明的一个具体实施方式的具有示例的无线广告设备和无线扫描设备的网络的一个具体实施方式的示意图，其中无线扫描设备示出为正在扫描蓝牙低功耗协议(BLE)广告消息。
图9B是图1A中的网络的一种具体实施方式的示意图，其中广告设备示出为正从扫描设备A处接收无线消息，该无线消息包含将要转发给GW的数据或信息。
图10是根据本发明的至少一个具体实施方式的实施示例操作的无线扫描设备或节点的示例进程的示例流程图的示意图。
图10A是根据本发明的至少一个具体实施方式的实施示例操作的无线扫描设备的示例进程的示例流程图的示意图。
图10B是根据本发明的至少一个具体实施方式的实施示例操作的无线广告设备的示例进程的示例流程图的示意图。
图10C是根据本发明的至少一个具体实施方式的实施示例操作的无线网关(GW)的示例进程的示例流程图的示意图。
图10D是根据本发明的至少一个具体实施方式的实施示例操作的无线网关(GW)或节点的示例进程的示例流程图的示意图。
图11是本发明的一种具体实施方式的示意图，其中根据本发明的至少一个具体实施方式示出了基于磁学、电学和/或光学技术的可移动存储媒介，例如用于存储数据和/或计算机程序代码(作为计算机程序产品的一种示例)的磁盘、光盘、半导体存储器电路设备和微型SD存储卡(SD指的是安全数字化标准。
具体实施方式
本部分内容由以下主题组成：
A.无线近距离通信网络
B.蓝牙低功耗TM(BLE)技术
C.无线网状网络
D.低功率数据传送
A.无线近距离通信网络
近距离通信技术提供了适用于许多数据应用的通信解决方案，没有远程通信技术的成本、交通和立法问题。普遍的近距离通信技术包括蓝牙基本速率/增强数据速率(BR/EDR)、蓝牙低功耗(BLE)、IEEE 802.11无线局域网(WLAN)、IEEE 802.15.4以及近场通信技术(例如射频识别技术(RFID))和能够射频识别无线设备并互联的近场通信(NFC)技术。蓝牙技术提供了无线近距离通信建立的一种示例。
B.蓝牙低功耗 TM (BLE)技术
蓝牙核心规格4.2版本包括面向需要比可能使用的BR/EDR协议更低功耗、更低复杂度以及更低成本的产品的蓝牙LE协议。蓝牙LE是为在空闲及活动模式下需要非常低功率的应用而设计的。这些应用通常以低数据速率产生数据和/或在活跃连接或休闲模式中仅交换少量数据。蓝牙LE提供简单的设备发现、短占空比以及低开销的数据包。蓝牙LE设备可以采用星型拓扑，在星型拓扑中，一个设备充当多个从设备的主设备，主设备通过建立首次连接事件的起始时间来指示连接时间，并且从设备在收到从主设备发来的数据包后仅向主设备传送数据包。根据蓝牙LE通信协议，两个设备(主设备和从设备)之间的所有连接都是点对点连接。
蓝牙LE通信协议允许以星型拓扑连接，一个设备充当多个从设备的主设备。该主设备规定一个或多个从设备的连接时间和通信操作。蓝牙LE通过总数为40的射频信道，以2MHz进行分离。蓝牙LE设备之间的数据通信发生在40射频信道的37预确定数据信道中。所有的数据连接传送都在主设备和从设备之间建立的点对点连接的连接事件中发生。在蓝牙LE通信协议中，从设备通过蓝牙LE通信将数据提供给已连接的主设备。40射频信道的其余3个信道是设备用来广告自己的存在和能力的广告信道。在广告信道上蓝牙LE通信协议定义了单向非连接广播模式。
链路层提供了具备以下五个状态的状态机：待机状态，广告状态，扫描状态，初始状态以及连接状态。链路层状态机每次仅允许单态活跃。链路层可以有链路层状态机的多个实例。待机状态下的链路层不传送或接收任何数据包，并且可以从任何其他状态进入该待机状态。广告状态下的链路层可以传送广告信道数据包并且能够听和回应由这些广告信道数据包触发的响应。广告状态下的设备被称为广告方。广告状态可以从待机状态进入。扫描状态下的链路层可以听到正在广告的设备的广告信道数据包。扫描状态下的设备被称为扫描仪。可以从待机状态进入扫描状态。初始状态下的链路层可以听到特定设备的广告信道数据包并回应这些数据包以与该特定设备建立连接。初始状态下的设备被称为启动器。可以从待机状态进入初始状态。可以由初始状态或广告状态进入链路层的连接状态。连接状态下的设备被称为处于数据信道连接中。在连接状态下，定义两种角色：主角色和从角色。当处于初始状态的设备进入连接状态时，该设备是主角色，该设备在数据信道中与从角色交换数据包，并且定义传送的时间。当处于广告状态的设备进入连接状态时，该设备为从角色并在数据信道中与主设备交换数据包，其中，主设备定义传送时间。
蓝牙LE无线电在未经授权的2.4GHz的ISM波段中运行，与蓝牙基本速率/增强数据速率(BR/EDR)无线电运行方法相同。蓝牙LE支持非常短的数据包，范围从10字节到最大值265字节，使得该数据包具有非常小的占空比。蓝牙LE采用带有很多比特率为1兆比特每秒(Mb/s)的跳频扩展频谱(FHSS)的无限跳频收发器。
蓝牙LE采用两种多路存取方案：频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)。四十(40)物理信道由2MHzs分离后用于FDMA方案。三(3)用作广告信道，37用作数据信道。在下述情况下使用基于轮询方案的TDMA：一个设备以预定时间传送数据包并且相应设备在预定间隔后用数据包响应。
物理信道被进一步分为时间单位(time unit)，该时间单位被称为事件。数据以放置在这些事件中的数据包的形式在蓝牙LE设备之间传送。有两种事件类型：广告事件和连接事件。
在广告物理层(PHY)信道传送广告数据包的设备被称为广告方。接收广告信道的广告并且没有连接广告设备意向的设备被称为扫描仪。通过收听可连接广告数据包而与另一设备形成连接的设备被称作启动器。在广告事件中存在广告PHY信道上的传送。
在蓝牙TM核心规格4.2版本中有四种广告事件类型：可连接间接(undirected)广告(ADV_IND)，可连接直接广告(ADV_DIRECT_IND)，可扫描间接广告(ADV_SCAN_IND)以及不可连接间接广告(ADV_NONCONN_IND)。在每个广告事件的开始，广告方发送与广告事件类型一致的广告数据包。广告信道数据包的数据头在四位协议数据单元(PDU)类型字段编码中识别数据包类型。一般有七个值分配给四位PDU类型字段，范围从0000到0110，保留0111到1111的值以供将来使用。
在蓝牙核心规格4.2版本中，启动设备接收广告数据包，可以在同一广告PHY信道中创建与广告方设备的连接请求(CONNECT_REQ)。该连接请求包括用于存取地址AA、循环冗余检验(CRC)、分辨率、窗口偏移、间隔、延迟、超时、信道图、跳数以及睡眠时钟精度(SCA)的字段。广告信道数据包连接请求的数据头的四位PDU类型字段是0101。当广告方设备接受该连接请求后，在匹克网中，点对点连接产生在成为主设备的启动设备和成为从设备的广告方设备之间。主设备和从设备知道在什么时间和以什么频率启动该连接。各个连接事件之间的数据信道改变，且连接事件的启动按照连接请求数据包中的连接间隔有规律地隔开。
在可连接间接广告(ADV_IND)信道数据包中，该可连接间接广告PDU含有一个包括广告A字段和广告数据字段的负载字段。广告A字段包含广告方的公共或随机设备地址，并且广告数据字段可以包含广告方主机中的广告数据。PDU可以用于可连接间接广告事件中。可连接间接广告的广告信道数据包的数据头的四位PDU类型字段是0000。
在可连接直接广告(ADV_DIRECT_IND)信道数据包中，该可连接直接广告PDU含有包括广告A字段和初始A字段的负载字段。广告A字段包括广告方的公共设备地址或随机设备地址。初始A字段为定址PDU的设备的地址。该初始A字段可以包含启动设备的公共设备地址或随机设备地址。PDU可以在可连接直接广告事件中使用。数据包可以不含任何主机数据。ADV_DIRECT_IND的广告信道数据包的数据头的四位PDU类型字段是0001。
在不可连接间接事件类型广告信道数据包中，ADV_NONCONN_IND，允许扫描仪接收该广告信道数据包中的信息，但是一旦该扫描仪接收ADV_NONCONN_IND广告信道数据包，那么将不允许该扫描仪传送广告信道中的任何信息。当使用不可连接间接事件类型时，通过链路层发送不可连接广告指示ADV_NONCONN_IND数据包。不可连接间接事件类型允许扫描仪接收来自广告方处且包含在不可连接广告中的信息。广告方可以移动到下一个所使用的广告信道索引(index)或者也可以在发送完各自的ADV_NONCONN_IND后关闭广告信道。ADV_NONCONN_IND的广告信道数据包的数据头的四位PDU类型字段是0010。
在可扫描间接广告(ADV_SCAN_IND)信道数据包中，该ADV_SCAN_IND PDU内含有包括广告A字段和广告数据字段的负载字段。广告A字段包含广告方的公共设备地址或随机设备地址。PDU可以在可扫描间接广告事件中使用。所述广告数据字段可以包含广告方主机中的数据。ADV_SCAN_IND广告信道数据包的数据头的四位PDU类型字段是0110。
在蓝牙核心规格4.2版本中，如果广告方使用可连接广告事件，启动器将使用相同的广告PHY信道来创建连接请求，该广告PHY信道接收该可连接广告数据包。如果广告方接收并同意将发起的连接请求，则广告事件结束连接事件开始。一旦连接建立，在匹克网中启动器成为主设备，并且广告设备成为从设备。在连接事件中，主设备和从设备使用相同的数据PHY信道轮流发送数据包。
根据蓝牙TM规格4.2版本，蓝牙LE设备发现涉及用于具有不同角色的设备的不同运行进程。特别是：
·广告方设备执行广告进程，在此期间所述设备反复进入广告事件。广告事件每个开始的间隔，Ta，包括固定长度的“广告间隔”和随机长度的“广告延迟”。在广告事件中，设备在广播信道37、38和39内分别发送广告数据单元(PDU)。
·扫描仪执行扫描进程。扫描过程由重复的“扫描间隔”组成，其中每个“扫描间隔”都包含“扫描窗口”。在不同的“扫描窗口”中，设备改变RF模块以接收状态和收听不同广播信道的广告PDU；当退出“扫描窗口”后，设备进行例行检查或关闭RF模块。
如果启动器/扫描仪接收到了任何广告PDU，则意味着该启动器/扫描仪成功发现到广告设备。对启动器来说，可以通过直接送回“CONNECT_REQ(连接请求)”以与该广告方建立连接。对扫描仪来说，可以发送“SCAN_REQ(扫描请求)”以请求得到该广告方的更多信息。
CONNECT_REQ PDU具有包括初始A字段、广告A字段和链路层数据字段的负载字段。初始A字段包含启动器的公共设备地址或随机设备地址，用传送地址标志表示。广告A字段包含广告方的公共设备地址或随机设备地址，用接收地址标志表示。链路层数据由10个字段组成，例如链路层连接的存取地址、信道映射表、跳数增量以及其他需要在连接中设置的参数。
SCAN_REQ PDU具有包括扫描A字段和广告A字段的负载字段。扫描A字段包含扫描仪的公共设备地址或随机设备地址，用传送地址标志表示。广告A字段是定址PDU的设备的地址并且包含广告方的公共设备地址或随机设备地址，用接收设备标志表示。
蓝牙LE技术的无限制使用案例的示例包括运动和健身，安防和距离以及智能能源。蓝牙LE技术是为具有长达几年电池寿命的设备设计的，例如由太阳能电池供电的设备。这类设备包括可以利用蓝牙LE技术来显示来电方身份信息的手表和用于监督佩戴者健身期间心率的运动传感器。蓝牙技术联盟的医疗设备委员会(Medical Devices WorkingGroup)也制作了医疗设备简介及相关协议，以使得蓝牙技术可以应用于蓝牙LE设备。
蓝牙LE广告信道可以由任意数量的蓝牙LE设备共享。任意数量的蓝牙LE设备在分享相同的三个广告PHY信道时传送广告数据包。然而在高密度环境中，由于有大量将被发现到的节点，广播冲突的概率将不可避免的增加，导致网络访问时间增加，并且还进一步降低整个网络的能源效率。
1.蓝牙 TM 设备发现
在每个广告事件的开始，广告方发送与广告事件类型一致的广告数据包。根据广告数据包的类型，扫描仪可以在相同的广告PHY信道向广告方提出请求，接着是相同广告PHY信道中该广告方的响应。在相同广告事件中，在广告方下一次发送广告数据包时，广告PHY信道改变。在事件过程中广告方可以随时结束广告事件。第一个广告PHY信道用作下一个广告事件的开始。
启动设备尝试构成与另一个用于可连接广告数据包听取的设备的连接。如果广告方正使用可连接广告事件，那么启动器可以使用与接收可连接广告数据包相同的广告PHY信道来创建连接请求。如果广告方接收并同意所发起的连接请求，则广告事件结束，连接事件开始。一旦建立连接，那么在匹克网中启动器成为主设备，广告设备成为从设备。连接事件用于在主设备和从设备之间间发送数据包。
使用设备地址识别设备。设备地址可以是公共设备地址或者随机设备地址。公共设备地址和随机设备地址的长度均为48位。设备可以包含至少一种设备地址，也可以同时包含两种。
公共设备地址的创建应与IEEE 802-2001标准(http://standards.ieee.org/getieee802/download/802-2001.pdf)的9.2条款(“48位通用局域网MAC地址”)一致，并使用有效的从IEEE注册机构(http://standards.ieee.org/regauth/oui/forms/andsections 9and 9.1of the IEEE 802-2001specification)处获得的组织唯一标识符(OUI)。
公共设备地址被分为以下两种字段：
·公司分配(company_assigned)字段被包含在24个最低有效位中
·公司id(company_id)字段被包含在24个最高有效位中。
为了简明扼要，随机设备地址可以是以下两个子类型中任意一种：
·静态地址
·私有地址
私有地址可以是以下两个子类型中任意一种：
·不可解析私有地址
·可解析私有地址
静态地址和不可解析私有地址都包含随机地址。主要差异是一旦初始化，直到重启，该设备都不能更改其静态地址值。
随机可解析私有设备地址被分为可以用于识别设备的以下两种字段：
·包含在24个最低有效位中的哈希字段，如蓝牙核心规格4.2版本[第6卷]B部分1.3.2.2节中所定义。
·包含在24个最高有效位中的随机字段，如蓝牙核心规格，4.2版本[第6卷]B部分1.3.2.2节中所定义。
2.蓝牙LE链路层安全性
a.授权
在蓝牙LE(BLE)连接授权中，蓝牙设备的用户可以允许特定(远程)蓝牙设备使用特定服务。授权意味着可以通过认证来验证远程设备的身份。是一种授权特定蓝牙设备使用特定服务的行为。其可以基于用户验证或者赋予信任关系。在允许访问前设备可以要求授权。授权由用户确认以继续进行当前进程。认证不一定需要提供授权。在成功进行认证后可以由用户验证该授权。认证和授权可以由更高层规格定义或特定实现。
b.认证与加密
认证是一种泛型过程，如果存在链路密钥，则以链路层管理协议(LMP)认证(LMP-authentication)为基础，如果不存在链路密钥，则以链路层管理协议配对(LMP-pairing)为基础。LMP认证是用于验证远程设备身份的LMP级进程。该进程基于使用随机数、秘钥以及非启动设备的BD_ADDR的询问-响应机制。所使用的秘钥可以预先交换链路密钥。
链路层提供使用具有密码块链接-消息认证码(CCM)模块的计数器的加密和认证，该加密和认证的实施应与IETF RFC 3610中定义的算法以及NIST出版的FIPS-197中定义的AES-128分组密码相一致。链路层连接可以是加密并认证或者不加密且不认证。在加密并认证的连接中，所有具有非零长度负载的数据信道PDU都将被加密并认证。认证是通过向负载追加数据完整性验证(MIC)字段来完成执行的。
c.配对与绑定
LMP配对是认证两个设备的进程(基于接口类型(PIN))并且随后创建可以用作信任连接或(单向)安全连接的基础的普通链路密钥。所述进程包含以下步骤：初始密钥的创建(基于随机数和PIN)，普通链路密钥和基于该普通链路密钥的LMP认证的创建和交换。
绑定是用于执行第一次认证的专用进程，在该进程中普通链路密钥被创建并存储备用。信任是成对的设备标记为信任。信任标记可以由用户来完成，或在成功配对后由设备(例如当设备处于可绑定模块时)自动完成。
BLE物理链路中的配对和密钥分配是由安全管理器规格(蓝牙TM核心规格4.2版本[第3卷]H部分第2.3节)来定义的。如果从设备或主设备中任一方请求配对以使得链路加密或进行可能的认证，则可以发起配对进程。
绑定的目的是在两个蓝牙设备间基于存储安全和身份信息创建的关系。在配对进程期间传送特定的密钥分配，以共享可以用于加密之后的重新连接、验证签名数据和随机地址解析的密钥。
LE安全使用下述密钥和值来进行加密、签名以及随机选址：
1.身份解析密钥(IRK)，是用于生成和解析随机地址的128位密钥。
2.连接签名解析密钥(CSRK)，是用于在接收设备上签名数据和验证签名的128位密钥。
3.长期密钥(LTK)，是用于在加密连接中生成共享会话密钥(contributorysession key)的128位密钥。链路层加密在蓝牙核心规格4.2版本[第6卷]B部分第5.1.3节中描述。
4.分散加密(EDIV)，是用于识别LTK的16位存储值。每次分配唯一的LTK时，都会生成新的EDIV。
5.随机数(Rand)，是用于识别LTK的64位存储值。每次分配唯一的LTK时，都会生成新的兰特(Rand)。
为了使设备使用隐私特性重连已知设备，当启用隐私特性时，使用私有地址的设备地址对其他设备身份来说必须是可解析的。使用在绑定进程期间交换的设备身份密钥生成私有地址。
身份解析密钥(IRK)用于可解析私有地址的创建(见[第6卷]B部分第1.3.2.2节)。从从设备处接收了IRK的主设备可以决定所述从设备的随机可解析私有地址。从主设备处接收了IRK的从设备可以决定所述主设备的随机可解析私有地址。该隐私概念仅用于保护设备，并不是IRK被给予的设置内容的一部分。
当设备处于外围或核心角色时，设备可支持绑定进程。而当设备处于广播或观察者的角色时，设备将不支持绑定进程。总机开启具有设置为绑定的绑定标志(Bonding_Flags)的配对进程，该配对进程如在蓝牙核心规格4.2版本[第3卷]H部分第2.1节所定义，所述绑定标志如[第3卷]H部分，3.2.1节所定义。如果对等设备处于绑定模式中，那么设备将在安全数据库中交换并存储绑定信息。
如果设备已启用隐秘特性，那么主机将发送其IRK给对等设备，并在配对进程期间请求对等设备的IRK。如果授权请求不足以分配IRK，则主机可以中止配对进程。如果由于授权请求导致配对进程失败并已请求了IRK分配，那么配对进程将在不请求IRK分配的情况下重试。
3.广告、扫描和出初始状态下的蓝牙LE时间设置：
a.蓝牙LE广告状态：
对于小功率循环模式中使用的所有间接广告事件或可连接直接广告事件来说，两个连续广告事件(T_广告事件)的开始之间用于每个广告事件的时间如下进行计算：
T_广告事件＝广告间隔+广告延迟
广告间隔应该在20ms到10.24s范围内并且是0.625ms的整数倍。如果广告事件类型是可扫描间接事件类型或不可连接间接事件类型，则广告间隔将不小于100ms。如果广告事件类型是小功率循环模式中使用的可连接间接事件类型或可连接直接事件类型，则广告间隔可以为20ms或者更大。广告延迟是ms到10ms范围内的非随机值，该非随机值由用于各个广告事件的链路层生成。蓝牙核心规格4.2版本[第6卷]图4.1示出了使用广告延迟适时扰乱广告事件的示例时序图。
b.蓝牙LE扫描状态：
如果广告方从经广告过滤规则允许的扫描仪处接收包含其设备地址的SCAN_REQPDU，那么该广告方应该在相同的广告信道索引中以SCAN_RSP(扫描答复)PDU作为应答。在SCAN_RSP PDU发出后，或者如果广告过滤规则禁止处理SCAN_REQ PDU，那么广告方需移至所使用的下一个广告信道索引中，以发送另一个ADV_IND PDU，或者关闭广告事件。蓝牙核心规格4.2版本[第6卷]图4.3示出了在广告事件的中间，带有SCAN_REQ和SCAN_RSP PDU的可连接间接广告事件的示例时序图。
c.蓝牙LE初始状态与连接设置：
如果启动设备发送给广告方一个包含广告方设备地址的连接请求CONNECT_REQPDU，并且该启动器经广告过滤规则允许，则广告方的链路层应退出广告状态并从设备角色过渡到连接状态。如果广告过滤规则禁止处理所接收的CONNECT_REQ PDU，则广告方应移至所使用的下一个广告信道索引以发送另一个ADV_IND PDU，或者关闭该广告事件。蓝牙核心规格4.2版本[第6卷]图4.13示出了连接设置的示例时序图。
C.无线网状网络
无线网状网络动态地自组织并自配置，网络中的无线节点自动建立自组织网络并维护网格连通。通过多跳通信，网格节点使用低得多的传送功率可以获取相同的覆盖范围。无线网状网络可以是使用近距离无线技术创建的移动自组织网络，例如蓝牙TM协议(BT)或蓝牙LETM协议(BLE)。在无线网状网络内，每个无线节点可以都是移动的并且都在其他无线节点的通信范围内。无线网状网络的拓扑可以随着一个或多个无线节点位置的变化而发生改变。无线网状网络中的无线节点通常总是接通电源，以处理在多跳通信的传播中必要的控制信号，这导致电源给移动节点供电中的电力大量流失。
D.低功率数据传送
无线网络(例如无线网状网络)的一种应用，是用于通过网关设备(GW设备)收集的低功率数据或接入点，从布置在无线网络中大量的小功率传感器处收集传感数据。使用案例的示例包括智能电表，每个传感器节点的测量信息可以以多跳形式传送到GW。跳数是无线连接需要传送数据给GW的数量。传感器可以是固定的或移动的，并可以使用电池电源供电，在不时被通信会话的短间隔打断的长时间静止状态期间需保存该传感器。
图1A示出了无线网(例如无线网状网络)的一种示例，其中节点标明了它们距离网关设备(GW)的跳跃的数量。例如，节点100距离GW106三个跳跃，节点102距离GW106两个跳跃，节点104距离GW106一个跳跃。(GW视为处在跳数为0)
图1B示出了无线网(例如无线网状网络)的一种示例，示出了在外部有多少节点(包括内节点自身)的数据遍历了内节点。节点距离GW越近，从其他节点遍历该节点的数据量越大，图1b示出节点离GW越近，该节点的能耗增加。例如节点100距离GW106三个跳跃，其中只有它自身生成的数据。节点102距离GW106两个跳跃，它自身的数据加上节点100的数据穿过了它。节点104距离GW106一个跳跃，它自身的数据加上节点100和节点102的数据穿过了它。显然数据量和功率消耗在节点接近GW的情况下快速增长。因此，问题在于如何优化各个节点的功率消耗，特别是那些邻近GW的高负荷节点。
在通信中，来源和目地标识(例如地址)时常都包括在各个无线网节点间传送的数据包中。其所需的来源和目的地标识符消耗宝贵的能源，因此在网状网络中这些标识总是传送是个问题。对一般网状网络来说，其他问题包括如何在网格中的任意个体节点之间找到路径。
根据本发明的一种具体实施方式，基于对包括在数据中的起始节点的识别，GW程序化以处理其从无线网络中低功耗传感器处接收的数据。
根据本发明的一种具体实施方式，当节点启动时，该节点必须通过在网状网络中建立关于GW位置的自身位置、通过确立距离GW的跳跃的数量在网状网络中进行自组织。为此，节点执行设备发现和/或连接创建进程，以及存储在无线网络中从其他节点接收的广告中找到的最小的跳跃数量。在蓝牙LE设备发现中，节点扫描网状网络中其他BLE节点传送的BLE广告数据包。执行所述设备发现的节点除此之外可能还有其他请求，例如所接收的发现消息具有相当高的接收信号强度值。此时该节点不与其他节点创建连接。
根据本发明的一种具体实施方式，继续进行自组织，节点将开始周期性地传送其自身的带有跳数的广告数据包，该跳数大于该节点在网络中从其他设备中接收的发现消息中的最小跳数。如果节点不接收任何带有小于最大跳数的跳数的广告数据包，例如最大跳数值为15，该节点将传送带有最大跳数的广告数据包。在某种意义上这个进程将创造树形拓扑，但是是以没有节点存放拓扑相关知识或实际连接到任何其他节点的方式。节点也可以周期性地在环境中再发现，并且作为发现进程的结果，节点可以调整自身跳数来响应新的状态(节点移动或节点断开可能引发改变)。不连向任何GW的节点将显示最大跳数，例如15，直到GW设备变得能够将该节点的跳数设置为1，或者直到该节点接收到带有小于最大值的跳数的广告。如果节点的设置是在没有GW的区域中部署，则节点将全部显示最大跳数而且两节点间没有数据流动。
根据本发明的一种具体实施方式，图2A到图2D示出了无线网(例如无线网状网络)的一种动态自组织并自配置的示例，其中网络中的无线节点自动建立自组织网络并维护网格连通。图2A是无线网络的一种示例，其中当节点未初始化时，如图所示带有标签U，GW节点106在无线网络中进行初始配置。例如节点100、节点102以及节点104都带有标签U，因为在引进GW前它们都是未初始化状态。未初始化的节点将带有最大值得跳数，例如15，在广告数据包中传送。GW节点106将扫描并找到距离最近的节点，例如发送带有最大跳数值15的广告数据包的节点104。GW可以通过其广告数据包中的接收信号强度指示(RSSI)来确定另一节点的接近程度。对于GW附近的所有节点来说，GW可以写入一个新的跳数，例如1，来告知这些节点他们是邻近GW的。
GW节点106从一个或多个无线设备节点100、节点103和节点104处接收广告数据包，每个所接收的广告数据包包括最大跳数值，表示该节点距离GW节点106多少个跳跃，一个或多个其他无线设备中相应的一个设备为发送所接收广告数据包的设备。
GW设备106从一个或多个其他无线设备中选择无线设备，例如节点104，所选的无线设备对于从所选择的无线设备接收的广告数据包来说具有最高的接收信号强度指示(RSSI)等级。
GW节点106传送指示到所选择的无线设备节点104，表明该所选节点在无线网络的一个或多个其他无线设备中是最接近GW节点106的。所述指示引发所选择的无线设备节点104存入一个值为1的跳数，表示有一个需要向GW节点106传送数据的无线连接。
图2B是图2A的无线网络的一个示例，其中GW将找到最近的节点，例如节点104，并发送广告。对于GW附近的所有节点来说，GW将写入一个新的跳数，例如1，来告知这些节点他们是邻近GW的。节点之间的交界处示出的是数据流动路程，而不是活动连接。
图2C是图2B的无线网络的一个示例，其中，由于现有跳数为1的节点104发布了其跳数，引起相邻的节点(例如节点102)将其自身跳数更新为2，因此触发了级联效应。接收广告数据包的节点(例如节点102)也可以以仅考虑在某一RSSI阈值之上的广告数据包的方式使用广告数据包的RSSI，更新各自跳跃值。
图2D是图2C的无线网络的一个示例，其中由于现具有跳数2的节点102发布了其跳数，引发了相邻的节点(例如节点100)将其自身跳数更新为3，因此级联效应继续进行。最终，无线网络中的每个设备(除了GW)都显示自身的跳数，表示该节点距离GW设备有多少个跳跃。GW可以广告跳跃0。在此时，由节点创建的信息数据对象可以开始向GW移动。
根据本发明的一种具体实施方式，无线网络自组织后，网络中的任何设备或节点都可以使用多跳通信发送数据给中央网关(GW)。网络中的广告方节点发送广告消息以广告它们的存在和能力。蓝牙LE广告消息包括广告间隔、跳数值以及其他可能数据，例如电池状态和缓冲信息。
根据本发明的一种具体实施方式，在网络中确认有信息发送给GW的节点将扫描以接收广告消息并可以提取广告间隔和跳数。无线扫描节点将选取具有接收跳数值的无线广告节点，该接收跳数值小于扫描节点跳数值。扫描仪存储该广告节点的地址，接着根据广告数据包中显示的广告间隔进入睡眠模式，直到下一个广告事件到来。
根据本发明的一种具体实施方式，在广告事件中扫描节点从睡眠模式被唤醒并与广告节点连接。接着，扫描节点将无线消息传送给广告节点，该无线消息包括由广告节点转发至GW节点的数据或信息。直到下一个广告事件到来前扫描节点都将处于睡眠状态，为下一个广告事件保存能量，而不是立即连接到广告节点，否则该能量将在持续唤醒状态中消耗掉。
根据本发明的一种具体实施方式，在广告节点接收到将转发给GW的数据或信息后，广告节点现在需要将该数据或信息转发给GW。这时的广告节点被称为转发节点，在网络中也接收具有小于转发节点跳数值的其他节点的广告数据包。转发节点选择所接收跳数值小于该转发节点跳数值的节点。转发节点存储所选择的节点的地址后接着进入睡眠模式，直到所选择的节点的下一个广告事件到来。接着在所选事件的下一个广告事件中该转发节点从睡眠模式被唤醒并与所选节点连接。转发节点传送无线消息给所选节点，该无线消息包括由所选节点转发给网关GW节点的数据或信息。
根据本发明的一种具体实施方式，如果所选节点的跳数为1(1)，则它距离GW最近。具有跳数为1的节点不扫描其他广告数据包，而是传送它自己的数据包给GW，表示其有数据需要由GW轮询。GW程序化以通过轮询该跳数为1的节点的数据来应答。
GW节点106将用于节点(例如节点104)的扫描，发送跳数为1的广告数据包。GW节点106从所选择的无线设备节点104处接收包括跳数为1的广告数据包，表示从所选择的无线设备接收的数据可以用于GW节点106轮询。
GW节点106发送轮询消息至所选择的无线设备节点104来请求数据。
GW节点106接收来自所选择的无线设备节点104的消息，该消息包括应答轮询消息的数据。
图3示出了首先执行设备发现而不是连接设置。当由扫描节点在设备发现中找到的设备或节点满足要求时，扫描节点进入睡眠模式直到在下一个预期广告事件开始时所找到的节点的广告事件和连接创建启动。因此在范围内有至少两个节点的情况下，活跃时间和耗电的接收时间减少。网络适配更快，也就是在每个连接设置中节点找到跳跃值的改变。图3所示的情况中，无数据错误的情况下，每个连接设置所需的平均接收时间大致可以减半。
图4示出了无线网络(例如无线网状网络)中的跳跃发送机制的示例环境。根据本发明的一种具体实施方式，设备或节点A 100正从节点B 102或节点C 102’接收广告，因为节点B 102和节点C 102’都广告跳跃为2，并且节点A的跳跃广告为3。节点B和节点C都侦听节点D 104，因此它们的跳数都广告为2。节点D侦听GW 106并且GW已经将节点D的跳跃设置为1。因此节点D广告跳跃为1。GW节点的有效跳跃为0，如果需要，GW节点可以广告该跳数。
根据本发明的一种具体实施方式，如果节点A 100想要发送什么给GW 106，那么节点A 100需要首先开启设备发现来尝试找到能够传送数据并且跳跃值比当前值小的其他节点。当节点A 100发现到节点B 102、节点C 102’或节点D 104时，例如由于电量不足，节点A100需要确认是否也满足其他连接条件，例如在数据缓冲区是否有空间、RSSI等级、电池状态或者该节点是否能够传送数据。当节点100发现到匹配的节点102时，节点100将存储与节点102创建连接所需要的信息并且进入睡眠模式，直到所找到的节点102的下一个广告事件到来。广告间隔可以在广告数据包中接收(间隔可以有自己的AD类型＝0x1A，或者可以加入到相同的UUID数据中)，或者由节点100从其他方法中得到所述间隔。例如，由于该间隔已被预配置到存储器中或在先前的发现进程中或连接阶段中已经检测到该间隔(例如从GATT表格中读取)，因此节点100可以得知该广告间隔。
根据本发明的一种具体实施方式，当节点A 100有数据要发送至GW时，节点A将执行设备发现并会找到均广告跳跃为2的节点B和节点C。例如基于所接收的广告数据包中的RSSI，节点A可以决定连接两个节点B或节点C中的哪一个并发送数据。例如，如果节点A选择节点B，那么节点A发送数据至节点B。当节点B接收到节点A发来的数据(或任何节点发来的数据)，它将进一步把该数据传向跳数值小于节点B跳数值的任意节点。例如，节点B将数据传送至节点D。由于节点D为跳跃1的节点，因此将广告的是节点D具有可用数据，这将触发GW轮询节点D并读取所述数据。
根据本发明的一种具体实施方式，针对传送存在一些规则，例如，[1]可以选择具有最高RSSI的节点，或者[2]RSSI必须在某一限度之上，或者[3]节点必须具有“空闲传送”缓冲区，或者[4]节点必须具有最小递交率(delivery ratio)。
根据本发明的一种具体实施方式，如果节点的传送缓冲区具有空间，那么节点可以显示在广告中，传送缓冲区为传送数据被节点成功转发之前所存储的缓冲区。此外，节点可以显示广告递交率，即描述设备多久传送一次数据。
图5示出了根据本发明的一种具体实施方式的跳跃发送机制的示例流程。在步骤502中，当设备或节点100有数据将要传送时，将执行步骤504中的用于设备发现的扫描。当在步骤506中找到了某一节点102的广告数据包时，例如支持跳跃计数并具有小于节点100的跳数值的节点102，该节点102中的数据包中的信息，特别是广告间隔，在步骤508中被读取并存储。如果所找到的节点102满足步骤510中的设备发现的要求，则在步骤502中该节点100可以进入睡眠模式，直到所找到的节点102的下一个广告事件的到来。之后，在下一个广告事件中，节点100被唤醒并与所找到节点102连接。
图6示出了根据本发明的一种具体实施方式的跳跃发送机制的示例流程，该流程包括在步骤602中执行自组织的初始阶段和最后阶段的设备或节点，在步骤608中，如果该节点是跳数为1的节点，则在步骤610和步骤612中该节点将数据传送给GW。当节点启动，将扫描发现支持跳跃计数的其他节点，并接收广告某一跳跃信息的节点，以在网状网络中进行自组织。通过在网状网络中建立关于GW位置的自身位置、通过确立距GW的距离的跳数，节点实现自组织。不同网状网络系统可以通过从其他节点接收的广告中提供的网络ID信息进行区分。如果找到了所需广告，节点根据其他广告中找到的跳数值来调整自身广告中的跳数值。一般节点自身的跳数值被设为“所找到的跳跃数+1”。现在节点可以显示自身的跳跃数。
根据本发明的一种具体实施方式，在步骤604中，当节点有要发送的数据时，将在步骤614中执行设备发现和/或连接创建以找到具有小于该节点自身跳数的另一节点和可选的其他标准，例如步骤616中的某一RSSI要求。接着在步骤618中，节点连接到所找到烦人节点并发送带有一些识别信息的数据，例如其节点ID。在步骤606中节点可以周期性检查和调整其时序(timing)。
图7示出了根据本发明的一种具体实施方式的广告数据包150的示例内容，包括广告间隔、跳跃信息以及其他可能数据，例如电池状态和缓冲信息。示例广告数据包可以包括长度702、16位具有数据的服务704、服务ID706以及服务数据708。服务数据可以包括类别ID710、设备ID712、广告间隔714、发送者的跳数716以及其他数据718。
图8示出了根据本发明的具体实施方式的无线网络(例如无线网状网络)中跳跃发送机制的顺序图。该无线网络包括用于执行自组织初始阶段、由节点发送广告数据包的中间阶段以及跳跃1的节点传送数据给GW的最后数据传送阶段的三个设备或节点。
三个节点D 104、B 102和A 100扫描以找到支持跳跃计数的其他节点，并接收显示某一跳跃信息的节点，以通过建立各自关于GW 106位置的跳数值实现在网状网络中的自组织。根据本发明的一种具体实施方式，当跳跃为1节点D 104发送其具有跳数为1的广告时，节点D 104也可以包括其在10秒间隔内传送的信息。这将允许节点B调整其具有跳数为2的广告，以在GW节点广告的预计传送前的2秒发出。当网状网络中的所有节点都使用这一策略时，来自节点A的数据的传送将快于使用随机广告时刻。
当节点A 100想要发送什么给GW 106时，将开启设备发现以发现具有小于其当前跳数值的其他节点。当节点100发现到匹配的节点102时，将存储与节点102创建连接所需的信息并且之后进入睡眠模式，直到所找到节点102的下一个广告事件到来。
当具有跳数1的节点D 104接收从节点B 102发来的数据时，由于节点D与GW相邻，节点D将不会自动转发该数据至GW。相反地，具有跳数1的节点D 104将广告可由GW轮询的数据。GW节点扫描到具有跳数1的节点，表示该节点有数据可读取。当GW发现到具有可读数据的节点D 104时，GW将轮询该节点D 104以读取数据。
图9A是具有示例无线广告方设备或节点B 102以及无线扫描设备或节点A100的网络的具体实施方式的示意图。无线扫描节点A 100显示为正在扫描蓝牙LETM协议(BLE)广告消息150。广告方节点B 102显示为正在任意三个广播PHY信道中广播BLE广告消息150，使用节点的广播PHY信道用于宣传其存在和能力。BLE广告消息150包括广告间隔、跳数为2的跳数值以及其他可能数据，例如电池状态和广告节点B102的缓冲信息。扫描节点A 100显示为正在接收广告消息150，提取广告间隔和跳数。
扫描节点A 100显示为正在确定有信息发送给网关GW或中心无线节点。无线扫描节点A 100选择具有接收跳数值为2的无线广告节点B 102，所述跳数值小于扫描仪A 100的跳数值3。扫描仪A 100存储广告节点B 102的地址并且之后进入睡眠模式，直到下一个基于广告间隔的广告事件的到来，所述广告间隔显示在由广告节点B 102传送的广告数据包150中。
扫描节点A 100在广告事件之前从睡眠模式中被唤醒并与广告节点B 102连接。扫描节点A 100将无线消息传送给广告节点B 102，该无线消息包括由广告节点B 102转发给网关GW节点106的数据或信息。
根据本发明的一种具体实施方式，扫描节点A 100、广告节点B 102以及无线网关(GW)或节点106可以包括处理器122，该处理器122包括一个到多个中心处理单元(CPU)124和/或125、随机存取存储器(RAM)/只读存储器(ROM)126、用于与一个或多个无线电收发器116连接的接口电路、天线132和170以及电池或家用电源。无线移动节点A100可以包括按键、显示器142等等。RAM和ROM可以是可移动存储设备(例如智能卡、SIM卡、WIM卡)、半导体存储(例如RAM，ROM，PROMS)、闪存设备等等，如图11所示。根据本发明的一种具体实施方式，RAM126或扫描节点A100中的缓冲区162可以存储包含在所接收的广告消息150中的默认设备信息，例如，对所接收的广告消息150中发送节点B102的功能说明。
根据本发明的一种具体实施方式，蓝牙扫描节点A 100、无线节点B 102以及无线网关(GW)或节点106均包括蓝牙TM低功耗协议(BLE)114。
根据本发明的一种具体实施方式，扫描节点A 100和/或广告节点B 102和/或无线网关(GW)或节点106可以是，例如，微型设备(例如密钥卡、智能卡、首饰等等)。根据本发明的一种具体实施方式，扫描节点A100和/或广告节点B 102和/或无线网关(GW)或节点106可以是，例如，相对较大的手机、智能手机、翻盖手机、掌上电脑(PDA)、平板电脑。扫描节点A100和/或广告节点B 102和/或无线网关(GW)或节点106也可以用于汽车或其他交通工具中。在具体实施方式中，节点A 100、节点B 102以及GW 106的尺寸比例可以任意改变。
图9B是图1A中的网络的一种具体实施方式的示意图。广告设备或节点B 102示出了正在从扫描设备或节点A 100处接收无线消息152，该无线消息152中包括将要转发至GW106的数据或信息。
节点B 102也从跳数值为1的节点D 104处接收广告数据包，该节点D 104的跳数值小于节点B 102的跳数值2。节点B 102选择具有接收小于节点B 102跳数值2的跳数值为1的节点D 104。节点B 102存储与所选择的节点D 104创建连接所需的信息。节点B 102接着进入睡眠模式，直到节点D 104的下一个广告事件到来。
在节点D 104的广告事件中节点B 102从睡眠模式被唤醒并与节点D 104连接。节点B 102将无线消息154传送给节点D 104，该无线消息154包括由节点D 104转发至网关GW节点106的数据或信息。
图10是根据本发明的至少一个具体实施方式的无线扫描设备或节点100中的示例进程的示例流程图900的示意图，执行示例操作。流程图的步骤表现了存储在设备的RAM和/或ROM存储器中的计算机代码指令，当该计算机代码指令被中央处理单元(CPU)124和/或125执行时，实现本发明的具体实施方式中的功能。步骤可以按照与图示不同的顺序执行，亦可将单个步骤组合或分离为组件步骤。所述流程图包括以下步骤：
步骤902：通过装备接收来自无线网络中的一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息，每个所接收的无线发现消息都包括所接收的跳数值，所接收的跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，一个或多个其他无线设备中相应的一个设备为发送所接收的无线发现消息的无线设备；
步骤904：通过所述装备存储所接收的无线设备发现消息中所指示的最小跳数值；以及
步骤906：通过所述装备传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息，所述装备所传送的跳数值大于最小跳数值，所述装备所传送的跳数值指示所述装备距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃。
图10A是根据本发明的至少一个具体实施方式的无线扫描设备或节点100中示例进程的示例流程图1000的示意图，执行示例操作。所述流程图的步骤表现了存储在设备中的RAM和/或ROM存储器中的计算机代码指令，当该计算机代码指令被中央处理单元(CPU)124和/或125执行时，实现本发明的具体实施方式中的功能。步骤可以按照与图示不同的顺序执行，亦可将单个步骤组合或分离为组件步骤。所述流程图包括以下步骤：
步骤1002：通过装备确定其有信息要传送给无线网络中的一个或多个中心无线设备，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
步骤1004：所述装备从所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备，从一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
步骤1006：所述装备基于从所选的无线设备中接收的无线设备发现消息的已知重复间隔(repetition interval)而进入睡眠模式；
步骤1008：所述装备基于所选的无线设备的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒；以及
步骤1010：通过所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息至所选择的无线设备，以通过所述连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备。
图10B是根据本发明的至少一个具体实施方式的无线扫描设备或节点102中示例进程的示例流程图1050的示意图，执行示例操作。所述流程图的步骤表现了存储在设备中的RAM和/或ROM存储器中的计算机代码指令，当该计算机代码指令被中央处理单元(CPU)124和/或125执行时，实现本发明具体实施方式中的功能。所述步骤可以按照与图示不同的顺序执行，亦可将单个步骤组合或分离为组件步骤。所述流程图包括以下步骤：
步骤1052：通过装备接收来自无线网络中的无线发送设备的无线消息，该无线消息包括一个或多个中心无线设备的指示，所述无线消息中的所述信息将要发送给所述一个或多个中心无线设备。
步骤1054：通过所述装备接收来自无线网络中的一个或多个其他无线设备处的无线设备发现消息，每个所接收的无线发现消息都包括所接收的跳数值，所接收的跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，所述一个或多个其他无线设备中相应的一个无线设备为发送所接收的无线发现消息的无线设备；
步骤1056：通过所述装备在一个或多个其他无线设备中选择无线设备，该所选择的无线设备具有一个或多个中心无线设备中的最小跳数值，并且存储创建与所选择的无线设备的连接所需的信息；
步骤1058：所述装备基于所选的无线设备传送的无线设备发现消息的已知重复时间间隔而进入睡眠模式；以及
步骤1060：所述装备基于无线设备发现消息的已知重复间隔，而从睡眠模式中唤醒，并将包括所述信息的无线消息传送给所选择的无线设备,所述信息用于传送给所述一个或多个中心无线设备。
图10C是根据本发明的至少一个具体实施方式的无线网关(GW)或节点106中示例进程的示例流程图1080的示意图，执行示例操作。该流程图的步骤表现了存储在设备中的RAM/或ROM存储器中的计算机代码指令，当所述计算机代码指令被中央处理单元(CPU)124和/125执行时，实现本发明具体实施方式中的功能。所述步骤可以按照与图示不同的顺序执行，亦可将单个步骤组合或分离为组件步骤。所述流程图包括以下步骤：
步骤1082：通过装备接收来自无线网络中的一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息，每个所接收的无线发现消息都包括最大跳数值，该最大跳数值指示距所述装备有多少个跳跃，一个或多个其他无线设备中相应的一个无线设备为发送所接收的无线发现消息的无线设备；
步骤1084：通过所述装备从一个或多个其他无线设备中选择无线设备，所选择的无线设备具有用于从所选的无线设备所接收的无线设备发现消息的最高RSSI等级；以及
步骤1086：通过所述装备将指示传送给所选择的无线设备，所述指示表明所选的无线设备在无线网络中的一个或多个其他无线设备中最靠近所述装备，所述指示引起所选的无线设备存入一个值为1的跳数，表明有一个请求需要向所述装备传送数据的无线连接。
图10D是根据本发明的至少一个具体实施方式的无线网关(GW)或节点106中示例进程的示例流程图1100的示意图，执行示例操作。所述流程图的步骤表现了存储在设备中的RAM和/或ROM存储器中的计算机代码指令，当该计算机代码指令被中央处理单元(CPU)124和/或125执行时，实现本发明具体实施方式中的功能。所述步骤可以按照与图示不同的顺序执行，亦可将单个步骤组合或分离为组件步骤。所述流程图包括以下步骤：
步骤1102：通过所述装备接收来自所选择的无线设备的包括跳数为1的无线设备发现消息，该无线设备发现消息指示从所选择的无线设备接收的数据可用于被所述装备轮询；
步骤1104：通过所述装备传送轮询消息给所选择的无线设备以请求数据；以及
步骤1106：通过所述装备接收来自所选择的无线设备的包括响应所述轮询消息的数据的消息。
图11示出了本发明的一种具体实施方式，其中根据本发明的至少一个具体实施方式示出了基于磁、电学和/或光学技术的移动存储媒介的示例，例如用于存储数据和/或计算机程序代码的示例计算机程序产品的磁盘、光盘、半导体存储器电路设备和微型SD存储卡(SD指的是安全数字化标准)。
根据本发明的一种具体实施方式，还可能的是，节点首先尝试创建与存储设备(例如在最后发现进程中所选择的设备)的连接，并且如果连接创建失败，那么接着触发设备发现。如果跳数仍然小于它自身跳数值，那么设备可以在连接创建后检查。如果跳数不小于自身跳数值，则设备可以执行新的设备发现。如果跳数小于其自身跳数并且差距大于1，则设备可以调整自身值为所找到的跳数加1。尽管设备通常是连接到存储设备的，设备也可以不定期地执行局部设备发现(选择第一设备)或者全部设备发现(选择最小跳数)以检测网络，将其调整到均衡负载。设备也可以有内置特性(例如)以连接具有更小跳数的第一设备。在某些情况下，在一个事件中，设备可以写入多个数据对象，其中一些对象是由设备自己编写的，一些是由距离GW设备更远的其他设备编写的。
根据本发明的一种具体实施方式，邻近GW的跳数为1的节点将不会自动向GW转发数据。相反地，具有跳数为1的节点将显示数据可由GW轮询。GW设备扫描到具有跳数为1的节点，表示该节点有数据可读取。当GW找到跳跃为1的节点存在可读数据时，GW将轮询该跳跃为1的节点以读取数据。根据本发明的一种具体实施方式，GW可以不进行扫描，例如GW自身是由电池供电时。
根据本发明的一种具体实施方式，GW也扫描未初始化节点或具有大跳跃数量的节点，该节点应被重新编号为跳跃为1的节点。
根据本发明的一种具体实施方式，通过在特定时间发送广告能够改善延迟，以便于数据尽可能快地流向GW设备。无线网状网络中的每个设备都比下一个具有更高跳数的设备的预期发送时间提前一些(例如100ms)发送广告。这样使得快速上行数据轮询GW并且将缓冲区保存数据的需求最小化。
根据本发明的一种具体实施方式，没有功率限制的节点可以以高速发送广告(比功率限制的节点快)，因此减少了跳数大于1的电池供电节点需要在扫描模式中寻找另一个向它写入数据的节点的时间。
根据本发明的一种具体实施方式，因为数据发送不需要包括目标地址，而仅需原始发送节点的标识符，因此可以优化字节数。所有数据都由GW收集以进行进一步处理。
本发明的具体实施方式的优势
本发明的具体实施方式实现了低功率数据的传送和从设备组收集，特别是BLE设备，不需要请求任何复杂的网状网络协议。该方式优化了收集数据的BLE系统。优化了功率消耗和编码复杂度。
在本发明的具体实施方式中，没有连接持续保持活跃，也没有使用洪泛信息。最小头数据用于蓝牙LE的优化利用。
由于所有的广告都可以通过使用预共享密钥加密，因此本发明的具体实施方式支持安全性。数据对象也可以加密，因此数据可以从节点通过其他节点或GW传送到云服务器，于此同时保持数据安全。
在本发明的具体实施方式中，整个系统的迟滞由间隔和“跳数”广告实际发送的顺序决定。本发明的具体实施方式通过约束广告的发送来改善迟滞。否则，如果每个设备均以10秒间隔发送广告，那么数据通过5个跳跃将会花费50秒或者更多的时间。
在本发明的具体实施方式中，通过跳数为1的节点将功耗最小化，该节点也就是那些紧邻GW、需要找到其他节点并写入数据的节点。由于仅在足够长时间未收到GW的信息的时候跳数为1的节点才进行扫描，功耗由这些节点最小化。扫描是非常耗电的行为，因此这样可以节约大量能源。
在本发明的具体实施方式中，跳跃为1的节点不转发数据，而是使GW可以进行轮询，这实现了非常有用的功能：
-跳跃为1的节点比跳跃大于1的节点更有效，因为跳跃为1的节点不会在设备发现和连接创建活动上花费时间。
-由于当GW存在可用缓冲空间时可以从跳跃为1的节点开始轮询数据，因此缓解了一些GW缓冲压力。
-跳跃为1的节点的省电功能：因为被GW轮询，跳跃为1的节点不需要执行发现进程(或者很少执行发现进程)。邻近GW的节点这样做有助于解决高资源消耗的问题。跳跃为1的节点不需进行发现(而跳跃为2的节点和更高跳跃的节点以及GW需要)，所以跳跃为1的节点提供节能效益以补偿大量数据转发。GW一般主要是电源供电或配备大容量电池，因此可以负担用于找到新节点和跳跃为1的节点的数据所需的电能。因此，跳跃为1的节点由于不需要找到GW从而节能，但是如果有GW出现在附近，该节点可以相信GW会与它们连接。这有助于网络的形成或重组，因为新的GW会推进节点新跳跃的设置并且当GW不存在时节点将不执行发现。
-GW也可以发现现有设备，例如如果GW应用在智能手机中，那么因此将同时找到网格节点是很自然的，而不是广告和等待网格节点以连接GW。
-多个GW可以部署为彼此邻近而不需网格节点知道，即节点可以由多个GW服务并且不需节点知道。这提供了：
·改善了单个GW失效情况下的可靠性(无缝切换也可以说是-简单GW替换)。
·平衡负载-多个GW可以轮询相同的跳跃为1的节点。
·简单拓扑/无用于多个GW的附加信息——对网格节点来说多个GW的存在无缝并且没有路径问题出现。
·移动GW—GW可以轻易地来来去去。
通过此处的描述，通过使用标准化编程和/或工程技术生产的编程软件、固件、硬件或它们的任意结合，具体实施方式可以实施为机器、步骤或者成品。
任何具有计算机可读程序代码的生成的程序，可以实施在一个或多个计算机可用永久媒介中，例如常驻内存设备、智能卡或其他可移动存储设备，从而根据具体实施方式制作计算机程序产品或成品。
如上所述，存储器/存储设备包括但不限于磁盘、光盘、可移动存储设备(例如智能卡、SIM卡、WIM)、半导体存储器(例如RAM、ROM、PROMS)等等。传送媒介包括但不限于通过无线通信网络、因特网、企业内部网、基于电话/调制解调器的网络通信、硬线/电缆通信网络、卫星通信以及其他固定或移动网络系统/通信连接传送。
尽管已经公开了特定具体实施方式，本领域技术人员将能够理解在不脱离本发明的范围和精神的前提下可以对该特定具体实施方式做出改变。

Claims (17)

1.一种方法，该方法包括：
由装备接收来自无线网络中的一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息，每个所接收的无线发现消息包括所接收的跳数值，所接收的跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，一个或多个其他无线设备中相应的一个无线设备为发送所接收的无线发现消息的无线设备；
由所述装备存储所接收的无线设备发现消息中所指示的最小跳数值；以及
由所述装备传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息，所述装备所传送的跳数值大于所述最小跳数值，所述装备所传送的跳数值指示所述装备距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
如果所接收的无线设备发现消息的RSSI值大于阈值，则由所述装备存储所接收的无线设备发现消息中指示的最小跳数值。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
响应于所述装备距所述一个或多个中心无线设备有多少个跳跃的变化，而由所述装备调整所述装备的跳数值。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
由所述装备确定其有信息要传送给所述一个或多个中心无线设备；
由所述装备在所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备，所选择的无线设备具有比所述装备的跳数值更小的跳数值；
所述装备基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式；
所述装备基于所选择的无线设备的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒；以及
由所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息至所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备。
5.一种方法，该方法包括：
由装备确定其有信息要传送至无线网络中的一个或多个中心无线设备，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
由所述装备在所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备，从所述一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
所述装备基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式；
所述装备基于所选择的无线设备的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒；以及
由所述装备创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息至所选择的无线设备，以通过所述连接将所述信息传送至所述一个或多个中心无线设备。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在从所述睡眠模式中唤醒后，所述装备无线连接到所选择的无线设备，并且然后向所选择的无线设备进行传送。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，由所选择的无线设备传送的无线设备发现消息的已知重复间隔至少为以下中的一个：广告消息中所接收的广告间隔、由所述广告消息的AD类型指示的间隔、所述装备的存储器预配置的间隔、或者在先前的发现进程中或连接阶段检测到的间隔。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所选择的无线设备的RSSI满足预定阈值，则所选择的无线设备的选择还包括选择具有最小跳数的无线设备。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所述装备的跳数对于所述一个或多个中心无线设备为1，则传送一个或多个设备发现消息，该设备发现消息指示所述消息能用于被所述一个或多个中心无线设备轮询。
10.一种装备，该装备包括：
用于接收来自无线网络中的一个或多个其他无线设备的无线设备发现消息的装置，每个所接收的无线发现消息包括所接收的跳数值，该跳数值指示距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃，所述一个或多个其他无线设备中的相应的一个无线设备为发送所接收的无线发现消息的无线设备；
用于存储所接收的无线设备发现消息中指示的最小跳数值的装置；以及
用于传送包括所述装备所传送的跳数值的无线设备发现消息的装置，该装备所传送的跳数值大于所述最小跳数值，所述装备所传送的跳数值指示所述装备距一个或多个中心无线设备有多少个跳跃。
11.根据权利要求10所述的装备，该装备还包括：
用于在所接收的无线设备发现消息的RSSI值大于阈值的情况下，存储所接收无线设备发现消息中所指示的所述最小跳数值的装置。
12.根据权利要求10所述的装备，该装备还包括：
用于确定所述装备有信息要传送给所述一个或多个中心无线设备的装置；
用于在一个或多个其他无线设备中选择无线设备的装置，所选择的无线设备具有比所述装备的跳数值更小的跳数值；
用于基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式的装置；
用于基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒的装置；以及
用于创建与所选择的无线设备的连接，并传送所述信息给所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送给所述一个或多个中心无线设备的装置。
13.一种装备，该装备包括：
用于确定所述装备有信息要传送给无线网络中的一个或多个中心无线设备的装置，该无线网络包括一个或多个其他无线设备；
用于从所述一个或多个其他无线设备中选择无线设备的装置，从所述一个或多个中心无线设备中选择的无线设备具有比所述装备距离所述一个或多个中心无线设备的跳数更小的跳数；
用于基于从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而进入睡眠模式的装置；
用于基于根据从所选择的无线设备处接收的无线设备发现消息的已知重复间隔而从所述睡眠模式中唤醒的装置；以及
用于创建与所选择的无线设备的连接，并传送信息给所选择的无线设备，以通过该连接将所述信息传送给所述一个或多个中心无线设备的装置。
14.根据权利要求13所述的装备，其中，在从所述睡眠模式中唤醒后，所述设备无线连接到所选择的无线设备，并且然后向所选择的无线设备进行传送。
15.根据权利要求13所述的装备，其中，由所选择的无线设备传送的无线设备发现消息的已知重复间隔至少为以下中的一个：广告消息中所接收的广告间隔、由所述广告消息的AD类型指示的间隔、所述装备的存储器预配置的间隔、或者在先前的发现进程中或连接阶段检测到的间隔。
16.根据权利要求13所述的装备，其中如果所述无线设备的RSSI满足预定阈值，则所选择的无线设备的选择还包括选择具有最小跳数的无线设备。
17.根据权利要求13所述的装备，其中，如果所述装备的跳数对于一个或多个中心无线设备为1，则传送一个或多个设备发现消息，指示所述信息能用于被所述一个或多个中心无线设备轮询。
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