CN107846674B - 基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质，所述方法包括：当同时开启多个移动终端的蓝牙时，自动组建蓝牙网格网络，并确定每个移动终端在所述蓝牙网格网络对应的节点类型；选择所述蓝牙网格网络任一节点作为发送端每隔预设时间向其他作为接收端的节点发送消息数据包；所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互。本发明基于移动终端的蓝牙网格协议，自定义消息格式，通过广播与扫描的方式自动组网，解决户外恶劣环境下用户间无法通信的问题，同时携带方便且减少功耗，为用户带来了方便。

Description

基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质

技术领域

本发明涉及移动终端技术领域，尤其涉及一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质。

背景技术

近年来，人们对运动的热情逐渐增高，运动方式也由室内延伸到户外，城市延伸到大自然，户外旅游、户外探险、户外拓展训练，也越来越受到人们的欢迎。人们在进行户外活动的时候，特别是在荒山野岭、沙漠地带、高山、雪山、海岛等恶劣环境没有部署通信基站，人们不能使用2G/3G/4G网络进行通信，更不能使用Wi-Fi网络，因此恶劣户外环境下的通信成为一个问题。针对这一问题，人们携带对讲机进行互相通信，但由于对讲机体积大，功耗高，使用起来不太方便。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质，旨在基于移动终端的蓝牙网格协议，自定义消息格式，通过广播与扫描的方式自动组网，解决户外恶劣环境下用户间无法通信的问题，同时携带方便且减少功耗，为用户带来了方便。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述方法包括：

当同时开启多个移动终端的蓝牙时，自动组建蓝牙网格网络，并确定每个移动终端在所述蓝牙网格网络对应的节点类型；

选择所述蓝牙网格网络任一节点作为发送端每隔预设时间向其他作为接收端的节点发送消息数据包；

所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述节点类型包括：普通节点、接力节点、伙伴节点以及低功耗节点。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述消息数据包为自定义操作码字段的消息数据，所述消息数据包包括：操作码的内容字段、操作码的字节长度字段、数据包的内容字段以及数据包的字节长度字段。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述操作码的内容包括经纬度值字段、中英文消息字段以及紧急呼叫消息字段。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互包括：

当所述消息数据包的操作码内容字段为经纬度值字段时，则所述接收端的节点存储所述发送端的GPS经纬度信息，并实时更新；

计算自身节点与最近的节点的第一距离，并将第一距离与预设阈值比较后，判断是否有脱离队伍的风险。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述将第一距离与预设阈值比较后，判断是否有脱离队伍的风险具体包括：

所述第一距离大于预设阈值时，判定有脱离队伍的风险

当判断有脱离队伍的风险后，移动终端发出警示信号。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互还包括：

当所述消息数据包的操作码内容字段为中英文消息字段时，则所述接收端的节点查看或回复对应消息。

优选的，所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其中，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互还包括：

当所述消息数据包的操作码内容字段为紧急呼叫消息字段且为空值时，则所述接收端的节点接收到紧急呼叫信号，用于提示救援。

一种移动终端，包括蓝牙、处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被所述处理器执行用于实现所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法。

一种存储介质，其中，所述存储介质存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被处理器执行用于实现所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法。

本发明公开了基于蓝牙网格协议的户外通信方法、移动终端及存储介质，所述方法包括：当同时开启多个移动终端的蓝牙时，自动组建蓝牙网格网络，并确定每个移动终端在所述蓝牙网格网络对应的节点类型；选择所述蓝牙网格网络任一节点作为发送端每隔预设时间向其他作为接收端的节点发送消息数据包；所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互。本发明基于移动终端的蓝牙网格协议，自定义消息格式，通过广播与扫描的方式自动组网，解决户外恶劣环境下用户间无法通信的问题，同时携带方便且减少功耗，为用户带来了方便。

附图说明

图1是蓝牙网格网络的一个典型拓扑结构图。

图2是蓝牙网格协议的结构图。

图3是本发明基于蓝牙网格协议的户外通信方法的较佳实施例的流程图。

图4是本发明移动终端较佳实施例功能原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的理解本发明，先对本发明的术语作详细的说明。

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）协议是一种采用简单的分层协议架构模式的对数据传输速率要求不高的通信协议，是定义了通信双方按照共同的通信标准进行正常数据收发过程。其版本有多种，比如蓝牙4.2版本的BLE协议、蓝牙5.0版本的BLE协议。本发明采用的是蓝牙5.0版本的BLE协议。

蓝牙网格（Bluetooth Mesh）协议是基于低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）协议发展而来，是一种无线通信网络技术。简单说来，蓝牙mesh网络的使用且依赖于低功耗蓝牙。低功耗蓝牙技术使得终端与终端之间形成“一对一”关系和“一对多”的拓扑关系。而蓝牙mesh技术使得终端与终端建立的是“多对多（many-to-many）”的网络拓扑关系，这样多个终端（即节点）就组成了具有拓扑结构的蓝牙网格网络。

节点（Node）是指在蓝牙网格网络里的终端/设备，比如智能手机、平板等，在蓝牙网格网络外的终端/设备称为未配置的终端/设备。当未配置的终端/设备向配置者广播，配置者会邀请未配置的终端/设备加入到该网络，使得未配置的设备成为节点。当然，网络中的节点也可以离开网络，成为未配置的终端/设备，也就是关闭了蓝牙网格网络功能。因为蓝牙mesh技术的多对多拓扑关系，具有较多的消息传递路径，因此当网络中的一个或多个节点出现故障或者离开网络时，并不会影响整体网络的正常运行。节点的类型分为接力节点、伙伴节点、低功耗节点、代理节点和普通节点：

接力节点：具有接收和转发消息能力的节点，使得消息在设备之间实现多次跳跃，传送距离可超过两台设备之间直接进行无线电传输的范围，从而覆盖整个网络；

伙伴节点：为低功耗节点收发消息的节点；

低功耗节点：与伙伴节点建立伙伴关系，即低功耗节点的消息收发通过伙伴节点来完成，用于通过限制监听消息的次数来降低功耗；

代理节点：具有接收和转发消息能力的节点，是使得非mesh低功耗蓝牙设备成为蓝牙mesh网络成员的关键；

普通节点：不具备上述节点能力的节点，但是具有基本收发消息能力的节点。

以下通过一具体实施例详细说明上述节点间消息的传递过程：

请参阅图1，图1为蓝牙网格网络的一个典型拓扑结构，圆形代表节点；其中，标号为A、B、C、D是普通节点，标号为Q是接力节点，标号为P是伙伴节点，标号为K是低功耗节点；它们处理消息的方式是把信息包从一个节点传递到另一个节点,直到信息包到达目的地。每个节点均可作为接入终端或发送终端；例如，B向K发送消息的机制可以描述为：B通过Q的接力节点传到P，P作为K的伙伴节点为K存储该消息，当K向P询问是否有新消息时，P将该消息发送给K，最终K接收到了B的消息，这就完成了节点间消息的传递。其他节点同样可以进行消息的传递，若上述路径由于硬件故障或干扰而停止工作，则会自动改变信息包的路由,使它们穿过一条替代路径。

为了更进一步理解本发明，对蓝牙网格协议的层次结构以及各层次结构数据的封装（即节点间传递消息的数据格式）以及改进进行详细说明如下。

蓝牙网格协议的层次结构，如图2所示，包括承载层、网络层、下传输层、上传输层、接入层、基础模型层以及模型层共7层协议，是在BLE核心协议基础上向上搭建的，且本发明的技术不涉及基础模型层和模型层的改进。

下面将具体介绍本发明的技术涉及的上述5层协议。

承载层：定义了网络层的消息如何在节点之间传输；承载层共有2种承载者，即广播承载和GATT（通用属性，Generic Attributes）承载；一个节点可支持多种承载方式，而本发明改进在于所有节点只支持广播承载；广播承载对应的PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）类型的改进在于只涉及不可连接不可扫描非定向广播信令（所有节点不监听扫描方和连接发起方的请求）；也就是说，本发明中蓝牙网格网络的两个节点之间的通信，是通过一个节点广播，另外一个节点扫描的方式进行的，无需两个节点彼此连接；其数据格式如表1所示，其中，AD Type表示消息段的类型，固定为0x2A，1字节；AD Data表示消息段的内容、网络层的PDU，最多29字节；Length（长度）的值表示AD Type和AD Data的字节数，1字节。

表1

网络层：用于对来自承载层的消息进行解密和认证，然后通过网络层将消息传输到下传输层；表2表示本发明改进后的网络层数据格式；其中，IVI表示IV指数的最低有效位，1位；NID表示网络ID，7位； CTL表示下传输层的消息类型（接入消息和控制消息），值为0或1，长度为1位，本发明改进在于CTL值为0，是接入消息；TTL的作用是限制消息接力的次数，7位；SEQ表示序列号，长度为24位；SRC表示源地址、单播地址，长度为16位； DST表示目的地址，长度为16位；TransportPDU表示下传输层的消息，最大长度为128位；NetMIC表示网络层消息完整性检查，因本发明CTL值为0，则NetMIC对应的长度是32位。

表2

下传输层：用于与上传输层进行消息的收发，所述消息分为未分段消息和分段消息；本发明改进在于使用分段消息机制，当上传输层消息大于15字节以上时，下传输层对该消息进行分段和重组，然后依次传输，分段消息对应的数据格式如表3所示。其中，SEG的值为1，表示分段消息，长度为1位；AKF表示应用层密钥标识，长度为1位；AID标识应用层密钥ID，长度为6位；SZMIC值为0，长度为1位，表示上传输层消息中TransMIC的长度为4字节；SeqZero表示SeqAuth的最低有效位，13位；SeqO表示段m的段号；SegN表示上传输层的最大段号；Segment m表示第m段上传输层消息，除了最后一段上传输层消息的长度可能小于12字节，其余每一段上传输层消息的长度都是12字节。

表3

上传输层：用于将接入层的消息传输到上传输层；其数据格式如表4所示；其中，Encrypted Access Payload表示经过加密的接入层消息；TransMIC表示接入层消息的完整性检查，改进在于定义的TransMIC的长度为4字节（对应下传输层的SZMIC值为0）。

表4

接入层：用于应用层与上传输层的接口，其数据格式如表5所示，也就是每一个节点最终接收到的消息的数据格式；其中，Opcode表示操作码，改进在于定义长度为1字节且自定义其值；Pacameters表示应用层参数，长度最大为379字节。

表5

进一步说明的是，本发明表5消息数据格式简化了定义，减少了运算的复杂度，加快传输。

实施例一

本发明结合上述蓝牙网格协议特点，提供了一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法。请参见图3，图3是本发明基于蓝牙网格协议的户外通信方法的较佳实施例的流程图。如图3所示，一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法，包括以下步骤：

步骤S100，当同时开启多个移动终端的蓝牙时，自动组建蓝牙网格网络，并确定每个移动终端在所述蓝牙网格网络对应的节点类型。

在本发明实施例中， 所述自动组建蓝牙网格网络（组网）的过程具体为：比如户外团队，当团队中队员的所有移动终端同时开启蓝牙功能时，此时将通过广播承载方式发出广播，声明自己是未经过启动配置的设备，可被启动，同时（或以广播方式被发现）启动称为“启动配置协议”的蓝牙mesh协议，然后蓝牙mesh协议定义PDU广播信令后向被启动的移动终端发出邀请，所述被启动的移动终端回复并通过网络ID以及成功认证后获得单播地址（唯一地址），此时就自动加入到蓝牙mesh网络，成为了节点，即蓝牙mesh网络的一员，可与其他被启动的移动终端进行通信。

当组网成功后，每一个移动终端将随机拥有一个网络角色（即节点类型）：普通节点、接力节点、伙伴节点以及低功耗节点；一个低功耗节点只能与一个伙伴节点建立伙伴关系（但伙伴节点可与多个低功耗节点建立伙伴关系），为了减少由于伙伴节点出现故障或离开网络引发低功耗节点离开网络造成的影响，规定一个伙伴节点也只能与一个低功耗节点建立伙伴关系。

进一步的，节点与节点进行通信时，距离越近，信号越强，传输越快，一般每两个节点距离为40米。

需要说明的是，步骤S100实现的前提是移动终端支持蓝牙mesh协议，若该协议不能成功配置，则不能与蓝牙mesh网络中的节点进行交互；当然，若移动终端设备支持通过转换为代理节点方式成功启动，也能成为蓝牙mesh网络中的一员。

步骤S200，选择所述蓝牙网格网络任一节点作为发送端每隔预设时间向其他作为接收端的节点发送消息数据包。

本发明实施例中，组网成功后，网络中的每一个节点均可作为发送端每隔预设时间（周期性,如每10分钟）向其他作为接收端的节点发送消息数据包；所述消息数据包为自定义操作码（Opcode）字段的消息数据，所述消息数据包包括：操作码Opcode的内容Value字段、操作码Opcode的字节长度字段（固定为1）、数据包Parameters内容Value字段以及数据包Parameters的字节长度字段（最大为379字节），具体形式如表6：

表6

其中，自定义的操作码Opcode的内容Value包括0x07，0x08以及0x09，分别对应的数据包Parameters内容Value为经纬度值、中英文消息以及紧急呼叫消息。所述经纬度值包括经度值和纬度值。

步骤S300，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互。

本发明实施例中，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互具体分为3种情形：

（一）

当所述消息数据包的操作码Opcode内容字段为经纬度值0x07字段时，则所述接收端的节点接收的是发送端的GPS经纬度位置，比如首都北京，位置为东经116.46，北纬39.92，对应消息格式如表7。其中，对应的经度和纬度的内容字节长度都是4字节。

表7

接收端接收到上述表7中经纬度值消息后，计算自身节点与最近的节点（比如亲人）的第一距离（GPS定位显示），并将第一距离与预设阈值比较后，判断是否有脱离队伍的风险：

所述第一距离大于预设阈值（比如40米），判定有脱离队伍的风险；

当判断有脱离队伍的风险后，移动终端将发出声音和振动的警示信号提醒有脱离队伍的风险。

进一步的，每个接收端接收到上述消息后将存储发送端的GPS经纬度信息以及与自身距离信息，并实时更新，如表8所示：

表8

进一步的，与自身的距离的计算还包括接收端与发送端的节点的距离k。

进一步的，通过经纬度信息距离计算和预警，能够清楚得了解团队中每一个成员的距离，更清楚地知道与团队组织者距离，降低每位成员户外恶劣环境的安全隐患，同时很大程度保证队员安全，也便于组织者管理和控制。

（二）

当所述消息数据包的操作码Opcode内容字段为中英文消息0x08字段时，则所述接收端的节点接收到的数据格式如表9所示，用户接收到后可以进行查看或回复对应消息；这样使得在恶劣环境没有网络情况下，也能进行通信;

表9

进一步的，作为接力节点和伙伴节点的角色，将不能查看或回复不是发送给自己的消息，这保证了信息的安全以及私密性；也就是说互通信息的双方是一对一的关系；当然，若是群发信息的话，则不再此列。

（三）

当所述消息数据包的操作码Opcode内容字段为紧急呼叫消息0x09字段且为空值时，则发送端发生了紧急情况，启动了一键呼叫机制，向其他节点发送了紧急呼叫信号，其数据格式如表10所示，而所述接收端的节点接收到所述紧急呼叫信号后采取相应的救援措施：

表10

进一步的，除上述情况外，一旦节点出现故障或者离开网络时，网络中的其他节点就收不到该节点的任何消息，此时也是能判断出该节点脱离了网络，也将进行预警处理；也就是说，蓝牙mesh网络能自动检测是否有移动终端脱离网络，最大程度地保障户外活动的安全性。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序来指令相关硬件（如处理器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

实施例二

本发明实施例还提供了一种移动终端，如图4所示，本发明实施例的移动终端可以为手机（或者平板），其中，本实施例的移动终端包括处理器10，蓝牙30（图中未标示）、以及与所述处理器10连接的存储器20；

所述存储器20存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被所述处理器10执行时用于实现基于蓝牙网格协议的户外通信方法，具体如上所述。

所述处理器10在一些实施例中，可以是一中央处理器（Central ProcessingUnit, CPU），微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序等。

实施例三

一种存储介质，所述存储介质存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被处理器10执行时用于实现所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法；具体如上所述。

综上所述，本发明基于移动终端的蓝牙网格协议，自定义消息格式，通过广播与扫描的方式自动组网，解决户外恶劣环境下用户间无法通信的问题，同时携带方便且减少功耗，免费通信，为用户带来了方便。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其特征在于，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法包括：

当同时开启多个移动终端的蓝牙时，自动组建蓝牙网格网络，并确定每个移动终端在所述蓝牙网格网络对应的节点类型；所述节点类型包括：普通节点、接力节点、伙伴节点以及低功耗节点；一个低功耗节点只能与一个伙伴节点建立伙伴关系，一个伙伴节点只能与一个低功耗节点建立伙伴关系；

选择所述蓝牙网格网络任一节点作为发送端每隔预设时间向其他作为接收端的节点发送消息数据包；所述消息数据包为自定义操作码字段的消息数据，所述消息数据包包括：操作码的内容字段、操作码的字节长度字段、数据包的内容字段以及数据包的字节长度字段；所述操作码的内容包括经纬度值字段、中英文消息字段以及紧急呼叫消息字段；

所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互；

当所述消息数据包的操作码内容字段为中英文消息字段时，则所述接收端的节点查看或回复对应消息；

当所述消息数据包的操作码内容字段为紧急呼叫消息字段且为空值时，则所述接收端的节点接收到紧急呼叫信号，用于提示救援；

一旦节点出现故障或者离开网络时，网络中的其他节点就收不到该节点的任何消息，此时判断出该节点脱离了网络，将进行预警处理；蓝牙mesh网络能自动检测是否有移动终端脱离网络，最大程度地保障户外活动的安全性。

2.根据权利要求1所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其特征在于，所述接收端接收并获取所述消息数据包后进行消息预警处理和距离判断处理，完成多个移动终端的信息交互包括：

当所述消息数据包的操作码内容字段为经纬度值字段时，则所述接收端的节点存储所述发送端的GPS经纬度信息，并实时更新；

计算自身节点与最近的节点的第一距离，并将第一距离与预设阈值比较后，判断是否有脱离队伍的风险。

3.根据权利要求2所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法，其特征在于，所述将第一距离与预设阈值比较后，判断是否有脱离队伍的风险具体包括：

所述第一距离大于预设阈值时判定有脱离队伍的风险；

当判断有脱离队伍的风险后，移动终端发出警示信号。

4.一种移动终端，其特征在于，包括蓝牙、处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被所述处理器执行用于实现权利要求1-3任一项所述的基于蓝牙网格协议的户外通信方法。

5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序，所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法的程序被处理器执行用于实现权利要求1-3任一项所述基于蓝牙网格协议的户外通信方法。

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