CN109041028A - 一种基于蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统，该方法及系统通过将网络数据进行分组，确定容错级别，使用Reed‑Solomon算法生成纠错码还原数据，从而保证每个接收节点获得完整的数据，在业务上实现数据的可靠传输，无需使广播数据在节点间跳转，大大提高了数据传输效率，能很好地避免TTL方式导致的网络流量增大带来的一系列问题，是一种能够满足数据传输量大的稳定可靠、高效的数据传送方法。

Description

一种基于蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统

技术领域

本发明涉及mesh网络通信技术领域，特别涉及蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统。

背景技术

在一个蓝牙mesh网络里，可以有很多节点，通常的场景是其中一个节点发广播数据，网内的其他节点接收广播数据。蓝牙mesh网络使用的是BLE广播方式，在广播传送过程中，通常会存在对方接收不到的情况，即会存在部分数据丢失的情形，从而导致接收的数据不完整。

如果一个数据报文超过了BLE广播限制的最大有效的29字节数，将采用分包发送的方式，假如某个接收节点无法接收到其中某个分包，接收节点的数据就会不完整，导致业务上无法使用。目前mesh网络采用TTL (Time To Live)的方式，可使广播数据在节点间跳转，以保证数据传输的可靠性。但如果数据量过大需要分包进行传输时，跳转传输的方式就会使得网络流量增大，泛洪严重，大大影响数据传输速度与蓝牙芯片的处理性能。

因此，针对蓝牙mesh网络， 需要设计一种适用于数据传输量大的稳定可靠、高效的数据传送方法，以在业务上实现数据的可靠传输，又能避免TTL方式导致的网络流量增大带来的种种问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统，用于解决现有技术mesh网络广播数据传输不可靠以及TTL方式导致的网络流量增大带来的问题。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于该方法通过将待广播传送的网络数据进行分组，并选定容错级别，使用Reed-Solomon算法生成纠错码，再将分组的网络数据与生成的纠错码按报文格式分别组成分组报文，所述分组报文按序号顺序组装，在蓝牙mesh网络节点发送端将分组报文按序号顺序广播传送，在蓝牙mesh网络节点接收端接收分组报文并解析报文内容，然后按序号顺序组合分组报文内容，最后用Reed-Solomon算法还原数据。

优选地，所述报文包括如下字段：

（1）序号；

（2）网络数据总量；

（3）网络数据分组；

（4）纠错码分组；

（5）分组数据。

优选地，所述分组数据字段所占字节不大于25。

优选地，所述方法具体包括以下步骤：

S1：首先，根据网络数据总量以及分组数据所占字节数，将网络数据进行分组，待传送的网络数据需分成m组；

S2：其次，根据业务设计需求，选定容错级别P；

S3：再次，运用Reed-Solomon算法生成纠错码，根据网络数据分组数以及容错级别大小，计算纠错码组数，需生成n组纠错码；

S4：然后将（m+n）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（sn）顺序组装；

S5：之后，在mesh网络节点发送端，将组装好的（m+n）组分组报文按序号（sn）顺序开始广播传送；

S6：随后，在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，将接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（sn）顺序组合解析好的报文内容，放入缓存；

S9：在任一个mesh网络接收节点，当接收到任意m组报文，即用Reed-Solomon算法还原所述步骤S1中分成的m组网络数据，从而使mesh网络接收节点获得完整的节点发送端传送的原始网络数据内容。

优选地，所述步骤S1中的m组网络数据的计算公式为：m=网络数据总量/24，向上取整所得。

优选地，所述的容错级别P为L级、M级、Q级和H级中的一种，所述的L级为10％的错误数据可以被恢复，所述的M级为15％的错误数据可以被恢复，所述的Q级为25％的错误数据可以被恢复，所述的H级为30％的错误数据可以被恢复。

优选地，所述步骤S3中的n组纠错码的计算公式为：p=n/(m+n)，向上取整所得。

本发明在另外一方面还提供一种蓝牙mesh网络的数据传送系统，所述系统包括：

发送模块，用于发送网络数据，所述网络数据为分组数据，所述分组数据按报文格式顺序组装，并按顺序发送；接收模块，用于接收网络数据，所述网络数据为报文格式；所述接收模块具有容错还原数据功能。

优选地，所述发送模块包括：数据分组模块，用于将整体网络数据进行分组，满足大量网络数据传送需求；纠错码模块，主要用于生成纠错码，满足数据传送过程中部分丢失记忆还原需求；报文组装模块，主要用于将分组网络数据与纠错码设置为报文格式，并按序号顺序组装成分组报文，以规范和统一数据格式，便于识别和解析；报文传送模块，主要对组装好的分组报文按序号顺序逐一发送到各个网络接收节点。

优选地，所述接收模块包括：报文接收模块，用于接收分组报文；报文解析模块，用于将分组报文按报文格式解析出相应内容字段；数据缓存模块，对接收到的报文内容数据进行缓存，待接收到m组报文内容后，可启动数据还原；数据还原模块，对接收到的m组报文内容，进行还原组装，得到最终的原始整体网络数据。

如上所述，本发明的一种蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统，具有以下有益效果：

本发明针对蓝牙mesh网络设计的数据传送方法及系统，通过将网络数据进行分组，以满足BLE广播方式最大有效字节的限制要求，更好地实现大量网络数据的传输，并根据业务设计需求，确定合适的容错级别，使用Reed-Solomon算法生成纠错码用以还原mesh网络广播传输过程中丢失的数据分包，从而保证每个mesh网络接收节点能够获得完整的原始网络数据，在业务上实现数据的可靠传输，且无需使广播数据在节点间跳转，大大提高了数据传输效率，能很好地避免TTL方式导致的网络流量增大带来的一系列问题，是一种能够满足数据传输量大的稳定可靠、高效的数据传送方法及系统。

附图说明

图1是本发明所实施的蓝牙mesh网络的数据传送方法流程图；

图2是本发明所实施的蓝牙mesh网络的数据传送系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本发明的目的在于提供一种蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统，用于解决现有技术mesh网络广播数据传输不可靠以及TTL方式导致的网络流量增大带来的问题。以下将详细阐述本发明的一种蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的技术内容。

本发明实施例一和实施例二的报文格式设置如下：

（1）序号（sn）：1字节

（2）网络数据总量（size）：2字节；

（3）网络数据分组（m）：1字节；

（4）纠错码分组（n）：1字节：

（5）分组数据（data）：24字节。

按此报文格式，最大分组数为255组，因此最大传输数据量（包括业务码和纠错码）为255*24=6120字节。

实施例一：

图1为本发明所实施的蓝牙mesh网络的数据传送方法示意图。根据图1的方法流程详细阐明本实施例的方法步骤如下：

S1：本实施例待广播传送的网络数据整体为3000字节，将待广播传送的网络数据分成m：3000/24=125组；

S2：本实施例业务设计的的容错级别P需求为L级，即10％的错误数据可以被恢复；

S3：根据计算公式：p=n/(m+n) ，计算纠错码组数0.1= n/(125+n)，向上取整计算得n=14,使用Reed-Solomon算法生成14组纠错码；

S4：将（125+14）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（1、2、3….137、138、139）顺序组装；

S5：在mesh网络节点发送端，将（125+14）组分组报文按序号（1、2、3….137、138、139）顺序广播传送；

S6：在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端广播传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（1~139）顺序组合报文内容，并放入缓存；

S9：在任一个mesh网络节点接收端，当接收到任意125组编有序号的报文，例如：1、2、3、5、6、7、9……133、135、136、138、139等，总计125组，即可用Reed-Solomon算法还原1~125组原始网络数据（3000字节），从而确保mesh网络接收节点能够获得完整的发送端广播发出的所有原始网络数据，在业务上确保了数据的完整可靠。本实施例原始网络数据最大可丢失14组分包，可用Reed-Solomon算法还原。

实施例二：

根据图1的方法流程详细阐明本实施例的方法步骤如下：

S1：本实施例待广播传送的网络数据为2018字节，将待广播传送的网络数据分成m：2018/24=84.08组，向上取整为85组；

S2：本实施例业务设计的的容错级别P需求为L级，即10％的错误数据可以被恢复；

S3：根据计算公式：p=n/(m+n) ，计算纠错码组数0.1= n/(85+n)，向上取整计算得n=10,使用Reed-Solomon算法生成10组纠错码；

S4：将（85+10）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（1、2、3….93、94、95）顺序组装；

S5：在mesh网络节点发送端，将（85+10）组分组报文按序号（1、2、3….93、94、95）顺序广播传送；

S6：在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端广播传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（1~95）顺序组合报文内容，并放入缓存；

S9：在任一个mesh网络节点接收端，当接收到任意85组编有序号的报文，例如：2、3、5、6、7、8……91、92、93、94等，总计85组，即可用Reed-Solomon算法还原1~85组原始网络数据（2018字节），从而确保mesh网络接收节点能够获得完整的发送端广播发出的所有原始网络数据，在业务上确保了数据的完整可靠。本实施例原始网络数据最大可丢失10组分包，可用Reed-Solomon算法还原。

由实施例一和实施例二可知，在容错级别相同的情况下，网络数据越大，需要生成的纠错码数量相对越多。

本发明实施例三~五的报文格式设置如下：

（1）序号（sn）：2字节

（2）网络数据总量（size）：4字节；

（3）网络数据分组（m）：2字节；

（4）纠错码分组（n）：2字节：

（5）分组数据（data）：19字节。

按此报文格式，最大分组数为65535组，因此最大传输数据量（包括业务码和纠错码）为65535*19=1245165字节。

实施例三：

根据图1的方法流程详细阐明本实施例的方法步骤如下：

S1：本实施例待广播传送的网络数据为8046字节，将待广播传送的网络数据分成m：8046/19=423.4组，向上取整为424组；

S2：本实施例业务设计的的容错级别P需求为M级，即15％的错误数据可以被恢复；

S3：根据计算公式：p=n/(m+n) ，计算纠错码组数0.15= n/(424+n)，向上取整计算得n=75使用Reed-Solomon算法生成75组纠错码；

S4：将（424+75）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（1、2、3….497、498、499）顺序组装；

S5：在mesh网络节点发送端，将（424+75）组分组报文按序号（1、2、3…. 497、498、499）顺序广播传送；

S6：在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端广播传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（1~499）顺序组合报文内容，并放入缓存；

S9：在任一个mesh网络节点接收端，当接收到任意424组编有序号的报文，例如：2、3、5、6、8……493、495、496、498等，总计424组，即可用Reed-Solomon算法还原1~424组原始网络数据（8046字节），从而确保mesh网络接收节点能够获得完整的发送端广播发出的所有原始网络数据，在业务上确保了数据的完整可靠。本实施例原始网络数据最大可丢失75组分包，可用Reed-Solomon算法还原。

实施例四：

根据图1的方法流程详细阐明本实施例的方法步骤如下：

S1：本实施例待广播传送的网络数据为8046字节，将待广播传送的网络数据分成m：8046/19=423.4组，向上取整为424组；

S2：本实施例业务设计的的容错级别P需求为Q级，即25％的错误数据可以被恢复；

S3：根据计算公式：p=n/(m+n) ，计算纠错码组数0.25= n/(424+n)，向上取整计算得n=142，使用Reed-Solomon算法生成142组纠错码；

S4：将（424+142）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（1、2、3….564、565、566）顺序组装；

S5：在mesh网络节点发送端，将（424+142）组分组报文按序号（1、2、3….564、565、566）顺序广播传送；

S6：在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端广播传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（1~566）顺序组合报文内容，并放入缓存；

S9：在任一个mesh网络节点接收端，当接收到任意424组编有序号的报文，例如：1、2、3、5、7……555、559、563、564等，总计424组，即可用Reed-Solomon算法还原1~424组原始网络数据（8046字节），从而确保mesh网络接收节点能够获得完整的发送端广播发出的所有原始网络数据，在业务上确保了数据的完整可靠。本实施例原始网络数据最大可丢失142组分包，可用Reed-Solomon算法还原。

实施例五：

S1：本实施例待广播传送的网络数据为8046字节，将待广播传送的网络数据分成m：8046/19=423.4组，向上取整为424组；

S2：本实施例业务设计的的容错级别P需求为35％的错误数据可以被恢复；

S3：根据计算公式：p=n/(m+n) ，计算纠错码组数0.35= n/(424+n)，向上取整计算得n=229，使用Reed-Solomon算法生成229组纠错码；

S4：将（424+229）组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号（1、2、3….651、652、653）顺序组装；

S5：在mesh网络节点发送端，将（424+229）组分组报文按序号（1、2、3….651、652、653）顺序广播传送；

S6：在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端广播传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号（1~653）顺序组合报文内容，并放入缓存；

S9：在任一个mesh网络节点接收端，当接收到任意424组编有序号的报文，例如：1、2、3、5、7……644、646、648、649等，总计424组，即可用Reed-Solomon算法还原1~424组原始网络数据（8046字节），从而确保mesh网络接收节点能够获得完整的发送端广播发出的所有原始网络数据，在业务上确保了数据的完整可靠。本实施例原始网络数据最大可丢失229组分包，可用Reed-Solomon算法还原。

由实施例三~五可知，在网络数据相同的情况下，容错级别越高，需要生成的纠错码数量越多。纠错码数量越多，有效业务码占比相对越小，数据传输效率相对变低。因此，在要求高传输效率的业务设计中，需选择尽可能低的容错级别，以满足高的传输效率需求。

实施例六：

为实现上述方法，如图2所示，本发明提供一种蓝牙mesh网络的数据传送系统，所述系统包括：

发送模块1，用于发送网络数据，所述网络数据为分组数据，由于BLE广播方式的最大有效字节（29字节）的限制要求，因此较大量的网络数据（超出29字节）需进行分包分组传送，所述分组数据需按报文格式顺序组装，并按顺序发送，以利于记忆和识别。

进一步的，所述发送模块1还包括：数据分组模块11，用于将整体网络数据进行分组，满足大量网络数据传送需求；纠错码模块12，主要用于生成纠错码，满足数据传送过程中部分丢失记忆还原需求；报文组装模块13，主要用于将分组网络数据与纠错码设置为报文格式，并按序号顺序组装成分组报文，以规范和统一数据格式，便于识别和解析；报文传送模块14，主要对组装好的分组报文按序号顺序逐一发送到各个网络接收节点。

在mesh网络节点发送端，数据分组模块11，首先将整体网络数据进行分组，满足大量网络数据传送需求，数据分组模块11将网络数据分组后，再将网络数据分组传递到纠错码模块12；纠错码模块12主要用于生成纠错码，满足数据传送过程中部分丢失还原找回需求，纠错码的数量即为可丢失的数据分包数量的上限值，纠错码模块12根据预先选定的容错级别以及网络数据分组数计算出纠错码数量，纠错码数量越多，业务数据传输量相对占比小，数据传输效率相对变低，因此，若要求高的数据还原能力，则需降低数据传输效率要求，若要求高的数据传输效率，则需降低容错级别需求，可根据实际业务情况，在容错级别和传输效率之间进行优化配比，以实现最佳的网络传输性能；纠错码模块12生成相应纠错码分组后，再将网络数据分组与纠错码分组发送到报文组装模块13，报文组装模块13将网络数据分组与纠错码分组设置为报文格式，并按序号顺序组装成分组报文，以规范和统一数据格式，便于识别和解析；本发明实施例报文格式包括：序号、网络数据总量、网络数据分组、纠错码分组和分组数据五个字段，网络数据分组与纠错码分组的总和应不大于序号字段最大取值；报文组装模块13按序号顺序组装好分组报文后，将其发送至报文传送模块14，报文传送模块14对组装好的分组报文按序号顺序逐一发送到各个网络接收节点。

接收模块2，用于接收网络数据，所述网络数据为报文格式，与发送模块的数据格式相同；所述接收模块具有还原数据功能。

进一步的，所述接收模块2包括：报文接收模块21，用于接收分组报文；报文解析模块22，用于将分组报文按报文格式解析出相应内容字段；数据缓存模块23，对接收到的报文内容数据进行缓存，待接收到m组报文内容后，可启动数据还原；数据还原模块24，对接收到的m组报文内容，进行还原组装，得到最终的原始整体网络数据。

在对应的mesh网络节点接收端，报文接收模块21首先对应接收网络发送端传送的分组报文，然后再将分组报文传递给报文解析模块22；报文解析模块22收到分组报文后，将分组报文按报文格式解析出相应内容字段，并发送给数据缓存模块23，数据缓存模块23对已解析的报文内容数据先进行缓存，待接收到报文内容的组数与网络数据分组数（例如，m组）相同时，即启动数据还原程序，将相应的m组报文内容传递到数据还原模块24，当数据还原模块24接收到m组报文内容后，即进行还原组装，将传输过程中丢失（未接收到的）的网络数据分包通过Reed-Solomon算法进行解码还原，从而得到网络发送端传送的原始整体网络数据。

综上可知，采用本实施例的蓝牙mesh网络的数据传送方法及系统，在mesh网络数据发送端通过将网络数据进行分组，以满足mesh网络数据传输量大的需求，同时根据实际业务设计要求，选定合适的容错级别，再使用Reed-Solomon算法生成对应数量的纠错码，在mesh网络数据接收端，运用纠错码还原在网络广播传输过程中丢失的数据分包，从而保证每个mesh网络接收节点能够获得完整的原始需传送的网络数据，在相应容错级别的要求下，能够在业务上实现数据的可靠传输，同时，采用本发明的方法和系统无需使广播数据在网络节点间跳转，不仅大大提高了数据传输效率，还避免了网络流量大、泛洪严重导致的系列问题。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而并发明并不局限于此。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于该方法通过将待广播传送的网络数据进行分组，并选定容错级别，使用Reed-Solomon算法生成纠错码，再将分组的网络数据与生成的纠错码按报文格式分别组成分组报文，所述分组报文按序号顺序组装，在蓝牙mesh网络节点发送端将分组报文按序号顺序广播传送，在蓝牙mesh网络节点接收端接收分组报文并解析报文内容，然后按序号顺序组合分组报文内容，最后用Reed-Solomon算法还原数据。

2.根据权利要求1所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述报文包括如下字段：

(1)序号；

(2)网络数据总量；

(3)网络数据分组；

(4)纠错码分组；

(5)分组数据。

3.根据权利要求2所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述分组数据字段所占字节不大于25。

4.根据权利要求2或3所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

S1：首先，根据网络数据总量以及分组数据所占字节数，将网络数据进行分组，待传送的网络数据需分成m组；

S2：其次，根据业务设计需求，选定容错级别P；

S3：再次，运用Reed-Solomon算法生成纠错码，根据网络数据分组数以及容错级别大小，计算纠错码组数，需生成n组纠错码；

S4：然后将(m+n)组数据按报文格式分别组成单独报文，并按序号(sn)顺序组装；

S5：之后，在mesh网络节点发送端，将组装好的(m+n)组分组报文按序号(sn)顺序开始广播传送；

S6：随后，在对应的mesh网络节点接收端，接收发送端传送的分组报文；

S7：在对应的mesh网络节点接收端，对接收到的分组报文，按报文格式解析报文内容；

S8：在对应的mesh网络节点接收端，按序号(sn)顺序组合解析好的报文内容，放入缓存；

S9：在任一个mesh网络接收节点，当接收到任意m组报文，即用Reed-Solomon算法还原所述步骤S1中分成的m组网络数据，从而使mesh网络接收节点获得完整的节点发送端传送的原始网络数据内容。

5.根据权利要求4所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述步骤S1中的m组网络数据的计算公式为：m＝网络数据总量/24，向上取整所得。

6.根据权利要求4或5所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述的容错级别P为L级、M级、Q级和H级中的一种，所述的L级为10％的错误数据可以被恢复，所述的M级为15％的错误数据可以被恢复，所述的Q级为25％的错误数据可以被恢复，所述的H级为30％的错误数据可以被恢复。

7.根据权利要求4或5所述的蓝牙mesh网络的数据传送方法，其特征在于所述步骤S3中的n组纠错码的计算公式为：p＝n/(m+n)，向上取整所得。

8.一种蓝牙mesh网络的数据传送系统，其特征在于所述系统包括：

发送模块，用于发送网络数据，所述网络数据为分组数据，所述分组数据按报文格式顺序组装，并按顺序发送；

接收模块，用于接收网络数据，所述网络数据为报文格式；

所述接收模块具有容错还原数据功能。

9.根据权利要求8所述的蓝牙mesh网络的数据传送系统，其特征在于所述发送模块包括：

数据分组模块，用于将整体网络数据进行分组，满足大量网络数据传送需求；

纠错码模块，主要用于生成纠错码，满足数据传送过程中部分丢失记忆还原需求；

报文组装模块，主要用于将分组网络数据与纠错码设置为报文格式，并按序号顺序组装成分组报文，以规范和统一数据格式，便于识别和解析；

报文传送模块，主要对组装好的分组报文按序号顺序逐一发送到各个网络接收节点；

所述接收模块包括：

报文接收模块，用于接收分组报文；

报文解析模块，用于将分组报文按报文格式解析出相应内容字段；

数据缓存模块，对接收到的报文内容数据进行缓存，待接收到m组报文内容后，可启动数据还原；

数据还原模块，对接收到的m组报文内容，进行还原组装，得到最终的原始整体网络数据。