CN108173966A - 基于用户协作的BLEMesh自动组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，包括基于蓝牙核心规格4.1版本的蓝牙代理节点设备和智能蓝牙终端设备，按照如下步骤进行：提供至少一个智能蓝牙终端设备，所述智能蓝牙终端设备向其所覆盖的场景进行广播；提供或者不提供蓝牙代理节点设备，所述蓝牙代理节点设备用于应答或者不应答所述智能蓝牙终端设备；智能蓝牙终端设备尝试与应答的蓝牙代理节点设备进行连接成为该蓝牙代理节点设备所处Mesh网络内的节点设备，或者智能蓝牙终端设备自行成为蓝牙代理节点设备，等待其他智能蓝牙终端设备的加入请求；蓝牙代理节点设备随机绑定预设的ID成为Mesh网络内的节点。本方法所用BLE设备成本低，组网快速便捷，适用于各种物联网环境下的智能家居系统，能够有效的减小覆盖盲区，同时迅速扩大Mesh网络覆盖范围，能够利用洪泛通信机制，最大程度减小Mesh网络节点故障对通信可靠性带来的影响，获得较高的稳定性。

Description

基于用户协作的BLEMesh自动组网方法

技术领域：

本发明涉及智能物联网中蓝牙低功耗（BLE，Bluetooth Low Energy）Mesh网络领域，特别是涉及一种基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法。

背景技术：

为了解决BLE覆盖范围不足的问题，学界对于在Mesh拓扑中部署BLE设备以获得更大覆盖范围寄予了浓厚的兴趣。蓝牙Mesh网络是用于建立多对多设备通信的低能耗蓝牙网络拓扑。它允许用户创建基于多个设备的大型网络，这些设备之间可以通过多跳方式相互进行信息的传递。

但是直到4.1版本之前，BLE设备都不支持在收发端之间切换角色，因此无法建立任何基于洪泛的通信协议，该缺陷限制了BLE在Mesh网络方向的发展。在蓝牙4.1优化连接方式之后，一些企业也提出了各自的Mesh网络模型，如CSR，Nordic或TI。

而学界提出了各种各样实现Mesh网络的建议。它们可以被分为两大类：基于洪泛和基于路由的解决方案。前者不执行路由，而是在整个网络上通过广告信道广播数据包。后者使用路由协议进行分组转发，并在BLE数据信道上传输数据。

洪泛的优势在于其简单性，因为它不需要建立相邻设备之间的连接，也不需要路由协议。这避免了由于路由创建而造成的延迟，以及由于路由表及其维护而导致的复杂性和内存消耗。虽然洪泛技术在大规模网络中相比路由技术在发送消息数量方面存在低效性，然而考虑到实际需要支持的数据传输频率时会发现，如果数据传输不频繁，洪泛在创建和维护上的低开销将会抵消路由在消息数量上的优势。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种自动组网、覆盖盲区的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种一种基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，包括基于蓝牙核心规格4.1版本的蓝牙代理节点设备和智能蓝牙终端设备，按照如下步骤进行：

S1，提供至少一个智能蓝牙终端设备，所述智能蓝牙终端设备向其所覆盖的场景进行广播；

S2，提供或者不提供蓝牙代理节点设备，所述蓝牙代理节点设备用于应答或者不应答所述智能蓝牙终端设备；

S3, 智能蓝牙终端设备尝试与应答的蓝牙代理节点设备进行连接成为该蓝牙代理节点设备所处Mesh网络内的节点设备，或者智能蓝牙终端设备自行成为蓝牙代理节点设备，等待其他智能蓝牙终端设备的加入请求；

S4, 蓝牙代理节点设备随机绑定预设的 ID成为Mesh网络内的节点。

本发明进一步限定的技术方案为：

优选地，上述技术方案中，S2，不提供蓝牙代理节点设备或者蓝牙代理节点设备没有应答智能蓝牙终端设备；

S3，智能蓝牙终端设备成为蓝牙代理节点设备，等待其他智能蓝牙终端设备的加入请求；

S4, 蓝牙代理节点设备从本地存储中随机绑定一个预设的 ID成为Mesh网络内的节点。

优选地，上述技术方案中，S2，多个蓝牙代理节点设备同时应答智能蓝牙终端设备；

S3，智能蓝牙终端设备选择向收到代理请求信息并首先回送代理提供信息的蓝牙代理节点设备发送代理确认信息；

S4，蓝牙代理节点设备收到确认信息后，查找随机可用的ID并发送给智能蓝牙终端设备，同时广播一个预约消息，告知其他蓝牙代理节点设备有新节点的加入。

优选地，上述技术方案中，S3中，蓝牙代理节点设备发送代理提供信息却没有收到代理确认信息的代理节点会删除待回复的代理请求。

优选地，上述技术方案中，S3中，一旦蓝牙代理节点设备收到代理确认信息，则进入预约模式；S4，该蓝牙代理节点设备将在其本地ID数据库中查找随机可用的8位数字ID，并分配给智能蓝牙终端设备；以防重复，它将在Mesh网络中广播一个预约消息，告知其他蓝牙代理节点设备有新节点的加入及被分配给移智能蓝牙终端设备的8位随机数字ID；预约消息被Mesh网络中的每个蓝牙代理节点设备读取并转发，让它们可以在本地数据库中更新ID信息，以保持信息的普遍准确性；如果任何节点检测到重复，它会广播一个警告消息以警告该蓝牙代理节点设备，让该蓝牙代理节点设备为移智能蓝牙终端设备提供一个新的ID，随后代理节点重复上述预约步骤。

优选地，上述技术方案中，S4中，移智能蓝牙终端设备处理来自蓝牙代理节点设备的消息，并采用分配的ID,然后移动智能设备请求得到完整的数据库，以使其完全了解其他节点并能够成为代理节点，同时参与BLE Mesh网络的通信，接收并转发Mesh数据包。

优选地，上述技术方案中，蓝牙代理节点设备包括BLE Mesh固定节点和用于转发Mesh数据包的移智能蓝牙终端设备。

优选地，上述技术方案中，Mesh网络中，每个蓝牙代理节点设备按周期广播保持存在消息，并在广播周期后将未发送该消息的蓝牙代理节点设备的ID从ID数据库中删除。

优选地，上述技术方案中，移智能蓝牙终端设备为内设蓝牙芯片的手机、笔记本电脑、智能穿戴设备

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明实施例提供的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，具有如下优点：

1、本方法所用BLE设备成本低，组网快速便捷，适用于各种物联网环境下的智能家居系统；

2、本方法能够有效的减小覆盖盲区，同时迅速扩大Mesh网络覆盖范围。

3、本方法能够利用洪泛通信机制，最大程度减小Mesh网络节点故障对通信可靠性带来的影响，获得较高的稳定性。

附图说明：

图1为本发明流程图。

图2为本发明实施例示意图。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本发明实施例提供的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，组网快速便捷，能够扩大Mesh网络覆盖范围，达到高稳定性的要求。本例的BLE Mesh网络自动组网方法的节点加入流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101：移动智能设备自动分配给自身一个随机ID，并开始广播代理请求消息。

步骤102：收到代理请求信息的Mesh网络节点将发送代理提供信息来响应移动智能设备的代理请求信息。移动智能设备选择向收到代理请求信息并首先回送代理提供信息的代理节点发送代理确认信息。同时该步骤结束，发送代理提供信息却没有收到代理确认信息的代理节点会删除待回复的代理请求。

步骤103：一旦代理节点收到代理确认信息，则进入预约模式。这意味着它将在其本地ID数据库中查找随机可用的8位数字ID，并分配给移动智能设备。以防重复，它将在Mesh网络中广播一个预约消息，告知其他节点有新节点的加入及被分配给移动智能设备的8位随机数字ID。然后，预约消息被Mesh网络中的每个节点读取并转发，让它们可以在本地数据库中更新ID信息，以保持信息的普遍准确性。如果任何节点检测到重复，它会广播一个警告消息以警告代理节点，让代理节点为移动智能设备提供一个新的ID，随后代理节点重复上述预约步骤。

步骤104：移动智能设备处理来自代理节点的消息，并采用分配的ID。然后移动智能设备请求得到完整的数据库，以使其完全了解其他节点并能够成为代理节点，同时参与BLE Mesh网络的通信。Mesh网络内的每个节点按周期广播保持存在消息，并在广播周期后将未发送该消息的节点的ID从ID数据库中删除。

如图2所示，本发明实施例提供的一种BLE Mesh网络中用户智能设备加入/退出用户协作Mesh网络的实例示意图。该机制将用户BLE设备作为Mesh设备进行接入，接收并传送Mesh数据包，参与BLE Mesh网络的通信。在这种情况下的Mesh网络同时具有静态设备（BLEMesh固定节点）和移动设备（用于转发数据包的用户设备）。这种类型的网络允许Mesh网络根据用户活动以动态方式扩展覆盖范围。

当用户进入BLE Mesh网络覆盖范围后，Mesh网络根据其自动组网方法将用户智能设备加入Mesh网络中，并在网络内节点间广播该新接入节点的ID。Mesh网络内的每个节点按周期广播保持存在消息，并在广播周期后将未发送该消息的节点的ID从ID数据库中删除。当用户离开BLE Mesh网络覆盖范围后，用户智能设备在一定时间内若未收到来自Mesh网络的数据包则判定自己已离开网络覆盖范围，放弃被分配的ID并删除储存Mesh网络节点信息的数据库。

该实例作为本发明实施例的一种特殊情况，可推广到多个用户设备通过多个BLEMesh网络内部代理节点（包括静态设备和移动设备）同时接入时的情形。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，包括基于蓝牙核心规格4.1版本的蓝牙代理节点设备和智能蓝牙终端设备，按照如下步骤进行：

S1，提供至少一个智能蓝牙终端设备，所述智能蓝牙终端设备向其所覆盖的场景进行广播；

S2，提供或者不提供蓝牙代理节点设备，所述蓝牙代理节点设备用于应答或者不应答所述智能蓝牙终端设备；

S3, 智能蓝牙终端设备尝试与应答的蓝牙代理节点设备进行连接成为该蓝牙代理节点设备所处Mesh网络内的节点设备，或者智能蓝牙终端设备自行成为蓝牙代理节点设备，等待其他智能蓝牙终端设备的加入请求；

S4, 蓝牙代理节点设备随机绑定预设的 ID成为Mesh网络内的节点。

2.根据权利要求1所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于：S2，不提供蓝牙代理节点设备或者蓝牙代理节点设备没有应答智能蓝牙终端设备；

S3，智能蓝牙终端设备成为蓝牙代理节点设备，等待其他智能蓝牙终端设备的加入请求；

S4, 蓝牙代理节点设备从本地存储中随机绑定一个预设的 ID成为Mesh网络内的节点。

3.根据权利要求1所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于：S2，多个蓝牙代理节点设备同时应答智能蓝牙终端设备；

S3，智能蓝牙终端设备选择向收到代理请求信息并首先回送代理提供信息的蓝牙代理节点设备发送代理确认信息；

S4，蓝牙代理节点设备收到确认信息后，查找随机可用的ID并发送给智能蓝牙终端设备，同时广播一个预约消息，告知其他蓝牙代理节点设备有新节点的加入。

4.根据权利要求3所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，S3中，蓝牙代理节点设备发送代理提供信息却没有收到代理确认信息的代理节点会删除待回复的代理请求。

5.根据权利要求3所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，S3中，一旦蓝牙代理节点设备收到代理确认信息，则进入预约模式；S4，该蓝牙代理节点设备将在其本地ID数据库中查找随机可用的8位数字ID，并分配给智能蓝牙终端设备；以防重复，它将在Mesh网络中广播一个预约消息，告知其他蓝牙代理节点设备有新节点的加入及被分配给移智能蓝牙终端设备的8位随机数字ID；预约消息被Mesh网络中的每个蓝牙代理节点设备读取并转发，让它们可以在本地数据库中更新ID信息，以保持信息的普遍准确性；如果任何节点检测到重复，它会广播一个警告消息以警告该蓝牙代理节点设备，让该蓝牙代理节点设备为移智能蓝牙终端设备提供一个新的ID，随后代理节点重复上述预约步骤。

6.根据权利要求3所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，S4中，移智能蓝牙终端设备处理来自蓝牙代理节点设备的消息，并采用分配的ID,然后移动智能设备请求得到完整的数据库，以使其完全了解其他节点并能够成为代理节点，同时参与BLEMesh网络的通信，接收并转发Mesh数据包。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，蓝牙代理节点设备包括BLE Mesh固定节点和用于转发Mesh数据包的移智能蓝牙终端设备。

8.根据权利要求1-6任一权利要求所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，Mesh网络中，每个蓝牙代理节点设备按周期广播保持存在消息，并在广播周期后将未发送该消息的蓝牙代理节点设备的ID从ID数据库中删除。

9.根据权利要求1-6任一权利要求所述的基于用户协作的BLE Mesh自动组网方法，其特征在于，移智能蓝牙终端设备为内设蓝牙芯片的手机、笔记本电脑、智能穿戴设备。