CN107635215A - 基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网中的无线通信领域，公开了一种基于低功耗蓝牙BLE的无线Mesh组网方法。本发明中，组网过程涉及一个控制装置和若干个待组网的设备。控制端首先对其周围的设备进行扫描，并完成入网操作。之后，已入网的设备代替控制端扫描未入网设备，并进行入网操作，重复此过程完成所有设备入网。此处控制端可以是手持移动端设备，用户只需在一个固定的地方便可实现所有设备的入网操作，克服了由于蓝牙通信距离限制使得用户必须在待组网设备附近才能组网的缺点，实现设备的自动组网，提高了用户的体验。

Description

基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法

技术领域

本发明涉及一种基于BLE(低功耗蓝牙)的无线Mesh组网技术，尤其涉及一种对周围待组网设备自组网的Mesh组网方法。

背景技术

Mesh网是物联网的主要技术基础。当前Mesh组网大都是基于无线WiFi或者ZigBee技术的，而且都是以路由机制进行组网过程，需要配置服务器，建立网关等过程。另外，WiFi技术和ZigBee技术在Mesh组网中都有其自身的缺点，例如WiFi功耗高，ZigBee需要制作专门的控制端硬件，增加了成本。

BLE是一种无线技术标准，可实现固定或移动设备的短距离通信。而当前BLE技术在Mesh组网中使用较少,且现有的蓝牙Mesh组网技术是根据蓝牙网关路由来实现的技术方案。

从组网方式来看，目前大部分Mesh组网方式都是通过控制端将所有的待组网设备扫描到，之后依次进行入网操作过程。由于BLE通信距离的限制，用户不能一次扫描到所有待组网设备，而是需要走到待组网设备附近完成组网，此过程大大的降低了用户体验。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于BLE的无线Mesh组网方法，可以有效的解决当前BLE Mesh组网不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，用于物联网中的Mesh组网建立过程，其特征在于，包含以下步骤：

A.控制端设备发起对待组网设备的组网过程，待所有待组网设备上电广播之后，控制端只对其周围待组网设备进行扫描，并发起入网邀请，完成对周围设备的入网操作；

B.当控制端附近的待组网设备完成入网之后，已入网的待组网设备会对周围进行扫描，若扫描到其它待组网设备，则替代控制端对其进行入网操作；

C.当已入网设备完成其周围待组网设备入网之后，将新入网设备的地址发送给控制端；

D.重复步骤B、C，完成所有待组网设备的入网。

所述步骤A包含以下步骤：

A1.所有待组网设备均已被安装固定完成；

A2.所有待组网设备均已上电且进行广播，处于广播状态；用户通过控制端发起组网要求，控制端对周围设备进行扫描，处于扫描状态；

上述步骤A2中所有待组网设备广播的数据包含设备自身的源地址和一些其它附加信息；其中源地址即设备出厂时的自身固有地址，每个设备的源地址唯一。

A3.控制端对其周围设备进行过滤扫描，并对扫描到的所有待组网设备进行组网，控制端向扫描到的所有设备广播入网邀请；

上述步骤A3中所述控制端包括支持BLE蓝牙协议的智能手机或者平板电脑等设备，其功能必须包含：支持蓝牙打开、关闭；支持向周围设备进行广播数据和对周围设备进行数据扫描。控制端需装有对应控制端硬件的控制软件，该软件主要包含过滤扫描并显示周围设备、向设备发送入网邀请指令、接收设备端反馈回的响应数据功能。

上述步骤A3中控制端依次向过滤扫描到的设备广播入网邀请数据包，入网邀请数据包包含目的设备的源地址和入网邀请标志。

上述步骤A3中控制端向周围设备发送入网邀请时，是以广播的方式进行发送的，此过程中控制端未与任何设备进行连接。

A4.当待组网设备扫描到组网邀请之后，会反馈一个入网邀请响应，并将自身状态设置为扫描状态；

上述步骤A4包含以下子步骤：

A41.控制端周围的待组网设备扫描到入网邀请指令之后，取出入网邀请指令中的地址；

A42.将取出的指令中的地址与自己的源地址相比较：如果与自己的源地址相同，则反馈入网邀请响应给控制端；如果与自己的源地址不同，则直接丢弃不会转播出去，有效的防止网络风暴。

A5.控制端收到待入网设备端反馈的入网邀请响应之后，将对应设备加入网中，并将设备源地址保存在控制端本地，完成对应设备入网；

A6.重复步骤A5，所述控制端完成其附近所有待组网设备入网过程。

所述步骤B包含以下步骤：

B1.已入网设备完成入网之后，对其周围进行过滤扫描，查看是否有待组网设备；

B2.当过滤扫描到其周围存在待组网设备时，向待组网设备广播入网邀请；

B3.待组网设备扫描到入网邀请之后，会反馈一个入网邀请响应，并将自身状态设置为扫描状态；

上述步骤B3中，待组网设备反馈的入网邀请响应，其数据包包含待组网设备的源地址和反馈响应标志。

B4.已入网设备收到待入网设备端反馈的入网邀请响应之后，将设备源地址保存在该已入网设备本地，完成对应设备入网操作；

B5.重复步骤B1-B4，所述已入网设备完成其附近所有待组网设备入网过程。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、提供了一种基于BLE的Mesh组网方式，实现设备的自组网过程，用户只需在一处位置便可实现所有设备的入网操作，克服了由于蓝牙通信距离限制使得用户必须在目的组网设备附近才能组网的缺点，极大的提高了用户的体验。

2、依照本发明，在所有设备完成入网操作之后均处于扫描状态，可以扫面控制端的控制指令或者周围的未入网设备，可以实现设备的自动组网，使得组网过程更加的方便、智能，方便用户的操作。

3、由于本发明是基于BLE的组网方法，使得所组网络自身具有低功耗的优点。

4、本发明中的组网方法不涉及路由概念，网中的每个设备不会保存其它设备的信息，在实际应用中更加便于实现。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，接下来将对实施例中需要用到的附图进行简单的介绍。

图1是基于BLE Mesh组网方法的流程图；

图2是本发明的BLE Mesh组网的简化示意图；

图3是本发明第一实施例提供的一种应用于灯控设备的组网架构示意图；

图4是本发明第二实施例提供的一种应用于智能家居设备的组网架构示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加易于理解，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的说明。

图1本发明的完整流程图。整个流程主要分为四个步骤。

步骤A：所有的待组网设备安装完毕且上电广播处于广播状态，所有待组网设备广播的数据包含设备自身的源地址和一些其它附加信息，其中源地址即设备出厂时的自身固有地址，每个设备的源地址唯一。

用户通过控制端对周围设备进行过滤扫描，处于扫描状态。控制端装有对应控制端硬件的控制软件，控制端软件主要包含过滤扫描并显示周围设备、向设备发送入网邀请指令、接收设备端反馈回的响应数据功能。

当控制端没有扫描到周围设备时，持续扫描。当控制端扫描到周围设备后，控制端依次向过滤扫描到的设备广播入网邀请数据包，入网邀请数据包包含目的设备的源地址和入网邀请标志。控制端向周围设备发送入网邀请时，是以广播的方式进行发送的，此过程中控制端未与任何设备进行连接。

待入网设备收到入网邀请之后会首先检查入网邀请中的地址是否为自身地址，如果是自身地址，则将自身状态设置为扫描状态，同时反馈入网邀请响应；如果不是自身地址，则将接收到的入网邀请丢弃。待组网设备反馈的入网邀请响应，其数据包包含该设备的源地址和反馈响应标志。

控制端收到设备反馈的入网邀请响应之后，会将该设备的地址保存在控制端本地，完成该设备的入网操作。

重复此步骤，完成控制端扫描到的所有待入网设备的入网操作。当控制端对所有扫描到的设备完成入网操作之后进入下一步骤，否则重复本步骤。

步骤B：已入网设备完成入网之后，会对其周围进行过滤扫描，查看是否有待组网设备。

如果没有扫描到待组网设备，则持续扫描。当扫描到待组网设备时，则向新扫描到的待组网设备发出入网邀请。入网邀请数据包包含目的设备的源地址和入网邀请标志。

待入网设备收到入网邀请之后，检查入网邀请中的地址是否为自身地址，如果是自身地址，则将自身状态置为扫描状态，同时反馈入网邀请响应，完成入网操作；如果不是自身地址，则将接收到的入网邀请丢弃。待组网设备反馈的入网邀请响应，其数据包包含该设备的源地址和反馈响应标志。

已入网设备收到待入网设备反馈的入网邀请响应之后，会将该设备的地址保存在已入网设备本地。

重复本步骤，已入网设备完成其附近所有待组网设备的入网过程。当已入网设备完成对其周围待入网设备的入网操作之后，进入下一步骤，否则持续扫描。

步骤C：已入网的设备完成对其周围待入网设备的入网操作之后，将邀请到的所有新入网设备的地址反馈给控制端，控制端收到反馈之后，会将反馈信息中的所有新入网设备地址取出并保存在控制端本地。

步骤D：所有已入网的设备都处于扫描状态，对周围进行扫描，重复上述步骤完成所有待组网设备的入网操作。

图2是本发明提供的一种简化示意图。图中控制端为智能手机，待组网设备分布在三个区域中，其中区域一是手机可以直接扫描到的，区域二和区域三在手机扫描范围之外。具体组网过程为：手机先扫描到区域一中的设备，并对区域一中的设备进行入网操作。区域一中的设备完成入网之后，会代替控制端对周围待组网设备进行扫描，扫描到区域二中的设备。之后，区域一中的设备对区域二中的设备进行入网操作。完成对区域二中的设备入网操作之后，区域一中的设备会将新入网的区域二中的设备地址反馈给控制端。最后，区域二中的设备会替代控制端对周围待组网设备进行扫描，对区域三中的设备进行入网操作。在完成区域三中的入网操作之后，区域二中的设备会通过区域一中的设备将区域三中的设备地址反馈给控制端，完成所有区域的设备入网。

本发明的第一实施方式涉及一种对装有BLE模块的智能灯的组网过程。如图3所示，图中所有的灯都装有BLE模块。控制端设备为智能手机。其中所有灯的布局和手机位置如图中所示。手机周边的虚线圆环表示手机的扫描范围，即手机只能扫描到A、B、C、D四盏灯。具体实现过程包括如下步骤：

步骤1、手机对周围的设备进行扫描过滤，获得可入网设备A、B、C、D，之后，手机向这四个设备广播入网邀请。

设备收到广播之后，会先解析广播数据，判断广播类型。当解析到是入网邀请，且自身符合入网要求时，会向手机端返回一个入网邀请响应，并将自身状态设置为入网状态，且对周围进行扫描。

手机端扫描到设备反馈的入网响应之后，会将反馈响应的设备的地址保存在手机端本地，完成设备A、B、C、D的入网过程。

步骤2、由于设备E和F与手机的距离过远，使得手机不能扫描到这两个设备。所以，当A、B、C、D四个设备完成入网之后，它们会替代控制端对周围的待组网设备进行扫描并进行入网邀请操作。

设备A扫描到待组网的设备E，并向它广播入网邀请。设备E收到来自设备A的入网邀请之后，会解析广播数据，进行广播数据类型判断，当解析到是入网邀请，且自身符合入网要求时，会向手机端返回一个入网邀请响应，并将自身状态设置为入网状态，且对周围进行扫描。同理，设备F在设备C的邀请下，也完成入网过程。

步骤3、在完成对设备E和F的入网操作之后，设备A和设备C分别将设备E和设备F的地址反馈给手机端。手机端收到来自设备A和设备C的反馈消息之后，会将设备E和设备F的地址保存在手机端本地。

当所有蓝牙灯设备均完成入网之后，所有蓝牙灯均处于扫描状态，等待手机端发出相应的控制指令或者扫描周围未入网蓝牙灯。

通过本实施例可以看出，在安装蓝牙灯设备较为分散时，手机控制端不能一次性扫描到所有的设备。依照传统的方法，需用户手持手机端走到所有的蓝牙灯附近分别完成入网操作，用户体验性极差。但是，若按本发明专利进行入网操作，用户端可以在一个位置便可以完成所有蓝牙灯的入网操作，大大提高用户的体验性。

本发明的第二实施方式涉及一种对装有BLE模块的家电设备的组网过程。如图4所示，图中所有的家电设备都装有BLE模块。控制端设备同样为智能手机。其中所有家电的布局和手机位置如图中所示。手机周边的虚线圆环表示手机的扫描范围，即手机只能扫描到饮水机、电视机、音响和空调四个设备。具体实现过程包括如下步骤：

步骤1、控制端先对周围的设备饮水机、电视机、音响和空调四个设备进行入网操作，在完成入网操作之后，四个设备处于扫描态。

步骤2、当空调设备处于扫描状态时，会扫描到待组网的洗衣机设备。扫描到洗衣机之后，空调会对洗衣机发起入网操作。完成入网操作之后，洗衣机处于扫描状态，空调会将洗衣机的地址反馈给手机端，手机端保存洗衣机的地址。

之后，当洗衣机处于扫描状态时，会扫描到待组网的冰箱设备。扫描到冰箱之后，洗衣机会对冰箱发起入网操作。在完成入网操作之后，冰箱处于扫描状态，洗衣机会将冰箱的地址通过空调设备反馈给手机端，手机端保存冰箱的地址。至此，完成所有设备的入网操作。

在完成所有的家电设备的入网操作之后，所有家电设备处于扫描状态，准备接收控制端的控制指令，或者扫描周围的未入网加家电设备。

通过对本实施例的说明可以看出，本发明专利的应用范围涵盖所有内置低功耗蓝牙芯片的设备。通过应用本发明可以方便的实现自动组网，使得组网过程更加的方便智能，提高用户的操作体验。

以上描述仅是本发明的两个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的技术人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，用于物联网中的Mesh组网建立过程，其特征在于，包含以下步骤：

A.控制端设备发起对待组网设备的组网过程，待所有待组网设备上电广播之后，控制端只对其周围待组网设备进行扫描，并发起入网邀请，完成对周围设备的入网操作；

B.当控制端附近的待组网设备完成入网之后，已入网的待组网设备会对周围进行扫描，若扫描到其它待组网设备，则替代控制端对其进行入网操作；

C.当已入网设备完成其周围待组网设备入网之后，将新入网设备的地址发送给控制端；

D.重复步骤B、C，完成所有待组网设备的入网。

2.根据权利要求1所述基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征在于所述步骤A包含以下步骤：

A1.所有待组网设备均已被安装固定完成；

A2.所有待组网设备均已上电且进行广播，处于广播状态；用户通过控制端发起组网要求，控制端对周围设备进行扫描，处于扫描状态；

A3.控制端对其周围设备进行过滤扫描，并对扫描到的所有待组网设备进行组网，控制端向扫描到的所有设备广播入网邀请；

A4.当待组网设备扫描到组网邀请之后，会反馈一个入网邀请响应，并将自身状态设置为扫描状态；

A5.控制端收到待入网设备端反馈的入网邀请响应之后，将对应设备加入网中，并将设备源地址保存在控制端本地，完成对应设备入网；

A6.重复步骤A5，所述控制端完成其附近所有待组网设备入网过程。

3.根据权利要求1所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征在于所述步骤B包含以下步骤：

B1.已入网设备完成入网之后，对其周围进行过滤扫描，查看是否有待组网设备；

B2.当过滤扫描到其周围存在待组网设备时，向待组网设备广播入网邀请；

B3.待组网设备扫描到入网邀请之后，会反馈一个入网邀请响应，并将自身状态设置为扫描状态；

B4.已入网设备收到待入网设备端反馈的入网邀请响应之后，将设备源地址保存在该已入网设备本地，完成对应设备入网操作；

B5.重复步骤B1-B4，所述已入网设备完成其附近所有待组网设备入网过程。

4.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征在于所述步骤A2：所有待组网设备广播的数据包含设备自身的源地址和一些其它附加信息；其中源地址即设备出厂时的自身固有地址，每个设备的源地址唯一。

5.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征在于所述步骤A3：所述控制端需装有对应控制端硬件的控制软件；控制端软件主要包含过滤扫描并显示周围设备、向设备发送入网邀请指令、接收设备端反馈回的响应数据功能。

6.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征还在于所述步骤A3：所述控制端依次向过滤扫描到的设备广播入网邀请数据包，入网邀请数据包包含目的设备的源地址和入网邀请标志。

7.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征还在于所述步骤A3：控制端向周围设备发送入网邀请时，是以广播的方式进行发送的，此过程中控制端未与任何设备进行连接。

8.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，其特征还在于所述步骤A4包含以下子步骤：

A41.待组网设备扫描到入网邀请指令之后，取出入网邀请指令中的地址；

A42.将取出的指令中的地址与自己的源地址相比较：如果与自己的源地址相同，则反馈入网邀请响应给控制端；如果与自己的源地址不同，则直接丢弃不会转播出去，有效的防止网络风暴。

9.根据权利要求3所述的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法，所述步骤B3中，其特征在于：待组网设备反馈的入网邀请响应，其数据包包含该设备的源地址和反馈响应标志。