CN108494610B - 基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于6LoBLE的低功耗蓝牙设备IPv6地址自动配置方法，基于低功耗蓝牙邻居发现协议实现，应用于低功耗蓝牙设备与互联网设备之间的通信连接，通信设备包括广播设备、扫描设备以及互联网设备，所述广播设备和所述扫描设备均为一低功耗蓝牙设备，方法包括广播设备与扫描设备的连接过程，以及扫描设备IPv6地址配置过程：广播设备在主广播信道上发送广播数据包的报头和扩展广播数据包的报头ADV_EXT_IND数据包至扫描设备上，扫描设备根据规定的有效载荷的发送时间在传输信道上完成Connect_Req数据包的接收实现连接；IPv6地址配置过程包括建立连接、地址注册、6LoBLE通信和前缀更新；本发明对于智能家居、车联网以及适应快速移动的物联网应用具有重要的推动作用。

Description

基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法

技术领域

本发明涉及蓝牙设备与互联网之间的IPv6地址配置方法，尤其涉及一种基于6LoBLE（IPv6 over BLE，低功耗蓝牙技术）的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法。

背景技术

低功耗蓝牙是蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,BluetoothSIG)发布蓝牙 4.0 版本时提出的一种低功耗,低延时的蓝牙通信技术。基于 IPv6 的低功耗蓝牙技术(IPv6 over BLE, 6LoBLE)是一种支持低功耗蓝牙设备传输 IPv6 数据包的重要技术,其目的是实现低功耗蓝牙设备与互联网之间的无缝连接；并由于低功耗蓝牙技术是一种短距离、低延时以及低功耗的数据传输技术，被广泛运用于智能家居，群智感知，车联网以及个人医疗健康监测等领域；但是现有技术中一般都是通过面向连接的方式实现蓝牙设备与互联网设备之间的连接，这种连接方式过程繁杂；而且需要建立两者之间的通信协议，两者之间无法在没有网关节点的时候实现路由转发，完成数据交互。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，本发明的IPv6地址自动配置方法打破了传统蓝牙设备面向连接的通信模式，可节省大量的网络资源，具体技术方案如下：

一种基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，所述方法基于低功耗蓝牙邻居发现协议实现，应用于低功耗蓝牙设备与互联网之间的通信连接，通信设备包括广播设备（Advertiser）、扫描设备（Scanner）以及互联网设备，所述广播设备和所述扫描设备均为一低功耗蓝牙设备，所述方法包括所述广播设备与所述扫描设备的连接过程，以及所述广播设备通过所述扫描设备IPv6地址配置过程；其中，所述广播设备与所述扫描设备的连接过程为：所述广播设备在主广播信道上发送广播数据包的报头和扩展广播数据包的报头ADV_EXT _IND数据包至所述扫描设备上，所述扫描设备根据规定的有效载荷的发送时间完成所述Connect_Req数据包的接收实现所述广播设备与扫描设备的连接；

通过所述扫描设备建立所述广播设备IPv6地址配置过程包括步骤：

连接建立：所述广播设备通过指定的第一传输信道向所述扫描设备发送有效载荷AUX_ADV_IND数据包，所述扫描设备响应于所述有效载荷AUX_ADV_IND数据包向所述广播设备发送Connect_Req数据包；

地址注册：所述广播设备响应于所述Connect_Req数据包将本身地址转换成64位的AdvEUI地址，同时把AdvEUI地址插入到Connect_Req_ACK数据包中通过指定的第二传输信道发送到所述扫描设备中；所述扫描设备响应于所述Connect_Req_ACK数据包将Connect_Req_ACK数据包中的AdvEUI地址与自身地址表中的EUI地址进行重复地址检测，判断地址是否唯一：若不唯一，所述扫描设备通过所述第二传输信道向所述广播设备发送Advertiser_EUI_req数据包，要求所述广播设备重新发送Connect_Req_ACK数据包；

若唯一，则所述扫描设备通过所述第二传输信号向所述广播设备发送context数据包；

6LoBLE通信：所述广播设备响应于所述context数据包将所述context数据包中的64位路由地址前缀AdvEUI地址进行配置，生成IPv6地址，并通过地址压缩，将128位IPv6地址压缩入6LoBLE数据包，并利用指定的第三传输信道发送至所述扫描设备；

前缀更新：所述扫描设备在路由地址前缀的lifetime到期前需要更新所述广播设备IPv6地址前缀；此时，所述广播设备进行地址更新；所述广播设备会在指定的第四传输信道上想所述扫描设备发送请求context数据包更新的context_updata数据包，所述扫描设备响应于接收到的context_updata数据包通过所述第四传输信道想所述广播设备发送一个含有新路由前缀的context数据包，所述广播设备响应于所述新路由前缀的context数据包更新128位IPv6地址。

进一步的，所述广播设备与所述扫描设备连接建立过程发送还包括一AuxPtr字段，若所述扫描设备在扫描周期（ScanWidow）期间扫描到来至所述广播设备与所述扫描设备通信信道中同一信道的所述广播数据包后，则会在所述AuxPtr字段中规定的AUX_ADV_IND数据包的发送时间和第一传输信道上完成广播数据接收并且建立所述扫描设备和所述广播设备之间的连接。

进一步的，所述扫描设备可以同时与一个或一个以上所述广播设备连接，一个所述广播设备同一时间只能与一个所述扫描设备连接。

进一步的，所述主广播信道包括CH37，CH38和CH39三个。

进一步的，所述广播设备在建立连接和地址注册中如果发生了一次数据的收发，则发生跳频策略操作，所述跳频策略包括步骤：

所述广播设备根据上一次使用的LCHx（旧传输信道）和Connect_Req数据包中的Hop通过基础运算计算出一个新的NCHx（新的可用信道）；

判断所述NCHx当前是否可用，若可用，则将所述NCHx作为下一个传输信道使用；若不可用，则将所述广播设备上所有可用的传输信道按照升序排列，形成一个表格，将表格的长度与所述NCHx做模运算，按得到的数值从表格中选取对应的传输信道作为下一个传输信道使用。

本发明的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，首先通过广播的方式实现广播设备与扫描设备的连接，然后依次通过建立连接、地址注册、6LoBLE通信和前缀更新步骤实现广播设备IPv6地址的自动配置；与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明为低功耗蓝牙设备配置全球可路由唯一IPv6地址，有利于实现低功耗蓝牙设备与互联网主机的互联互通，打破了传统蓝牙设备面向连接的通信模式，能够在不需要网关节点进行协议转换的前提下，实现路由数据包的转发；对于智能家居，车联网以及适应快速移动的物联网应用具有重要的推动作用。

附图说明

图1为本发明所述IPv6地址自动配置方法的总流程图示意；

图2为本发明所述IPv6地址自动配置方法的设备组成结构示意；

图3为本发明所述ADV_EXT_IND、AuxPtr的内部字段内容示意图；

图4为本发明所述IPv6地址自动配置的具体流程图示意；

图5为本发明所述Connect_Req的内部字段内容示意图；

图6为本发明所述Connect_Req_ACK的内部字段内容示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

参阅图2，在本发明实施例中，本发明的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法中实现的是一个蓝牙设备通过另一个蓝牙设备与互联网设备之间进行数据交互的过程，从中可以看出，方法使用到的通信设备包括广播设备、扫描设备以及互联网设备，其中，广播设备和扫描设备均为一低功耗蓝牙设备；实际应用中，同一时间内，扫描设备可用连接多个广播设备，而广播设备只可以连接一个扫描设备。

结合图1和图4，在本发明实施例中，提供的一种基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，所述方法基于低功耗蓝牙NDP（Neighbor Discovery Process，邻居发现过程）实现，应用于低功耗蓝牙设备与互联网之间的通信连接；本发明的IPv6地址自动配置方法包括广播设备与扫描设备的连接过程，以及通过扫描设备建立广播设备与互联网之间的IPv6地址配置过程，其中，广播设备与扫描设备的连接过程为：广播设备在主广播信道上发送广播数据包的报头和扩展广播数据包PDU的报头ADV_EXT _IND数据包至所述扫描设备上，随后扫描设备根据规定的有效载荷的发送时间完成所述Connect-Req数据包的接收实现所述广播设备与扫描设备的连接；

通过扫描设备建立广播设备与互联网设备之间的IPv6地址配置过程包括步骤：

连接建立：广播设备通过指定的第一传输信道向扫描设备发送有效载荷AUX_ADV_IND数据包，扫描设备响应于有效载荷AUX_ADV_IND数据包向广播设备发送Connect_Req数据包；

地址注册：广播设备响应于所述Connect_Req数据包将自身地址转换成64位的AdvEUI地址，同时把AdvEUI地址插入到Connect_Req_ACK数据包中通过指定的第二传输信道发送到扫描设备中；扫描设备响应于Connect_Req_ACK数据包将Connect_Req_ACK数据包中的AdvEUI地址与自身地址表中的EUI地址进行重复地址检测，判断地址是否唯一：若不唯一，扫描设备通过第二传输信道向广播设备发送Advertiser_EUI_req数据包，要求广播设备重新发送Connect_Req_ACK数据包，且在重新发送的Connect_Req_ACK数据包中的AdvEUIt地址需要根据广播设备采用的静态地址变换方式进行更换，并需要重新进行地址注册的操作过程；若唯一，则扫描设备通过第二传输信号向广播设备发送context数据包；

6LoBLE通信：广播设备响应于context数据包将context数据包中的64位路由地址前缀与自身的AdvEUI地址进行配置，生成IPv6地址，并通过地址压缩，将128位IPv6地址压缩入6LoBLE数据包，并利用指定的第三传输信道发送至扫描设备；

前缀更新：所述扫描设备未在路由地址前缀的lifetime到期前发送6LoBLE数据包，则需要更新数据包；此时，广播设备即进行广播设备的地址更新；若扫描设备向广播设备发送了6LoBLE数据包，则广播设备会在指定的第四传输信道上想扫描设备发送请求context数据包更新的context_updata数据包，扫描设备响应于接收到的context_updata数据包通过第四传输信道想广播设备发送一个含有新路由前缀的context数据包，广播设备响应于新路由前缀的context数据包更新自身的128位IPv6地址。

结合图1和图3，本发明中广播设备与扫描设备连接建立过程发送还包括一AuxPtr字段，其作用主要用于处理扫描设备接收到广播设备同一信道上的广播数据包情况，具体为：若扫描设备在扫描周期期间扫描到来至广播设备与扫描设备通信信道中同一信道的广播数据包后，则会在AuxPtr字段中规定的AUX_ADV_IND数据包的发送时间和第一传输信道上完成广播数据接收并且建立扫描设备和广播设备之间的连接；从图1可知，主广播信道包括CH37，CH38和CH39三个；从图3中可知，信道标志位是指传输AUX_ADV_IND数据包的传输信道，offset是指广播设备发送AUX_ADV_IND数据包的时间。

此外，从图1中可以看出，本发明中的第一传输信道为CHx1信道，第二传输信道为CHx2信道，第三传输信道为CHx3信道，第四传输信道为CHx4信道；在实施例中，若广播设备前缀的lifetime过期，此时，扫描设备必须使用一个新的可用信道向广播设备发送一个新的context数据包，所以本发明中，在广播设备与互联网设备的IPv6地址配置过程中，至少包含3个传输信道；其中，CHx1信道和CHx2信道为固定的传输信道，另一条用于6LoBLE数据包传送。

在实施例中，广播设备在建立连接和地址注册中如果发生了一次数据的收发，则发生跳频策略操作，跳频策略具体包括步骤：

广播设备根据上一次使用的LCHx（旧传输信道）和Connect_Req数据包中的Hop通过基础运算计算出一个新的NCHx（新传输信道）；

判断所述NCHx当前是否可用，若可用，则将NCHx作为下一个传输信道使用；若不可用，则将广播设备上所有可用的传输信道按照升序排列，形成一个表格，将表格的长度与NCHx做模运算，按得到的数值从表格中选取对应的传输信道作为下一个传输信道使用。

参阅图5，可知在本发明IPv6地址自动配置过程的建立连接的过程中扫描设备向广播设备发送的的Connect_Req数据包中包含的具体字段信息，其中，Master Add表示Master的地址，Advertiser Add表示广播设备的地址，Interval表示广播设备的收发数据周期，CHM和Hop用于计算跳频策略。

参阅图6，可知在本发明IPv6地址自动配置过程的地址注册的过程中广播设备在接收到Connect_Req数据包后向扫描设备发送的Connect_Req_ACK数据包中包含的具体字段信息。

本发明的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，首先通过广播的方式实现广播设备与扫描设备的连接，然后依次通过建立连接、地址注册、6LoBLE通信和前缀更新步骤实现广播设备与互联网之间的IPv6地址的自动配置；与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明为低功耗蓝牙设备配置全球可路由唯一IPv6地址，有利于实现低功耗蓝牙设备与互联网主机的互联互通，打破了传统蓝牙设备面向连接的通信模式，能够在不需要网关节点进行协议转换的前提下，实现路由数据包的转发；对于智能家居，车联网以及适应快速移动的物联网应用具有重要的推动作用。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (5)

1.基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，所述方法基于低功耗蓝牙邻居发现协议实现，应用于低功耗蓝牙设备与互联网之间的通信连接，通信设备包括广播设备、扫描设备以及互联网设备，所述广播设备和所述扫描设备均为一低功耗蓝牙设备，其特征在于，所述方法包括所述广播设备与所述扫描设备的连接过程，以及所述广播设备通过所述扫描设备IPv6地址配置过程；其中，所述广播设备与所述扫描设备的连接过程为：所述广播设备在主广播信道上发送广播数据包的报头和扩展广播数据包的报头ADV_EXT _IND数据包至所述扫描设备上，所述扫描设备根据规定的有效载荷的发送时间完成Connect_Req数据包的接收实现所述广播设备与扫描设备的连接；

通过所述扫描设备建立所述广播设备IPv6地址配置过程包括步骤：

连接建立：所述广播设备通过指定的第一传输信道向所述扫描设备发送有效载荷AUX_ADV_IND数据包，所述扫描设备响应于所述有效载荷AUX_ADV_IND数据包向所述广播设备发送Connect_Req数据包；

地址注册：所述广播设备响应于所述Connect_Req数据包将本身地址转换成64位的AdvEUI地址，同时把AdvEUI地址插入到Connect_Req_ACK数据包中通过指定的第二传输信道发送到所述扫描设备中；所述扫描设备响应于所述Connect_Req_ACK数据包将Connect_Req_ACK数据包中的AdvEUI地址与自身地址表中的EUI地址进行重复地址检测，判断地址是否唯一：若不唯一，所述扫描设备通过所述第二传输信道向所述广播设备发送Advertiser_EUI_req数据包，要求所述广播设备重新发送Connect_Req_ACK数据包；

若唯一，则所述扫描设备通过所述第二传输信号向所述广播设备发送context数据包；

6LoBLE通信：所述广播设备响应于所述context数据包将所述context数据包中的64位路由地址前缀AdvEUI地址进行配置，生成IPv6地址，并通过地址压缩，将128位IPv6地址压缩入6LoBLE数据包，并利用指定的第三传输信道发送至所述扫描设备；

前缀更新：所述扫描设备在路由地址前缀的lifetime到期前需要更新所述广播设备IPv6地址前缀；此时，所述广播设备进行地址更新；所述广播设备会在指定的第四传输信道上想所述扫描设备发送请求context数据包更新的context_updata数据包，所述扫描设备响应于接收到的context_updata数据包通过所述第四传输信道想所述广播设备发送一个含有新路由前缀的context数据包，所述广播设备响应于所述新路由前缀的context数据包更新128位IPv6地址。

2.根据权利要求1所述的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，其特征在于，所述广播设备与所述扫描设备连接建立过程发送还包括一AuxPtr字段，若所述扫描设备在扫描周期期间扫描到来至所述广播设备与所述扫描设备通信信道中同一信道的所述广播数据包后，则会在所述AuxPtr字段中规定的AUX_ADV_IND数据包的发送时间和第一传输信道上完成广播数据接收并且建立所述扫描设备和所述广播设备之间的连接。

3.根据权利要求1所述的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，其特征在于，所述扫描设备可以同时与一个或一个以上所述广播设备连接，一个所述广播设备同一时间只能与一个所述扫描设备连接。

4.根据权利要求1所述的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，其特征在于，所述主广播信道包括CH37，CH38和CH39三个。

5.根据权利要求1所述的基于6LoBLE的低功耗蓝牙IPv6地址自动配置方法，其特征在于，所述广播设备在建立连接和地址注册中如果发生了一次数据的收发，则发生跳频策略操作，所述跳频策略包括步骤：

所述广播设备根据上一次使用的LCHx和Connect_Req数据包中的Hop通过基础运算计算出一个新的NCHx；

判断所述NCHx当前是否可用，若可用，则将所述NCHx作为下一个传输信道使用；若不可用，则将所述广播设备上所有可用的传输信道按照升序排列，形成一个表格，将表格的长度与所述NCHx做模运算，按得到的数值从表格中选取对应的传输信道作为下一个传输信道使用。

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