CN109151788A - 一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统，在手机APP通过系统版本判断不支持BLE连接时，发出不可连接广播，广播中附带特征识别码，BLE蓝牙设备扫描到不可连接广播与特征识别码后，启用广播的模式对数据进行广播，手机APP通过扫描广播接收BLE蓝牙设备发出的广播数据，使低系统版本的安卓手机能收到数据，解决安卓系统版本低导致的低功耗蓝牙连接功能受限带来的不便，从而扩大低功耗蓝牙设备在安卓手机上的应用；本发明的传输方法及系统，对于支持低功耗蓝牙设备的手机，在与BLE蓝牙设备连接缓慢的情形下，通过转为广播模式进行数据通讯，可节约等待时间，体验效果好。本发明方法及系统设计简便、简单易行，适用面广，实用效果好。
Description
技术领域
本发明涉及蓝牙通信技术领域，特别是涉及蓝牙的数据传输技术领域，具体为一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统。
背景技术
近年来，蓝牙的增长量达到了80%，其中，低功耗蓝牙BLE（Bluetooh Low Energy）的出现起到了关键的作用。BLE蓝牙低能耗技术是一种短距离、低成本、可互操作性的无线技术，它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。目前，BLE蓝牙已在移动扩展设备、汽车电子设备、健康医疗用品、室内定位、井下定位等领域应用，为建立一个可交互的物联世界提供便捷。
目前，低功耗蓝牙设备（即BLE4.0以上）与手机的连接通讯应用最为广泛，但低功耗蓝牙设备在安卓手机上的应用有一定局限，即安卓手机系统版本为android 5.0以上的才能支持与低功耗蓝牙设备建立连接进行数据传输，而系统版本为android 5.0以下的安卓手机则不支持与低功耗蓝牙设备建立连接，因此无法使用连接这种快速的方式接收到低功耗蓝牙设备的数据，因而造成低功耗蓝牙设备在低系统版本安卓手机（android 5.0以下）上的应用受阻。
近几年，安卓手机无论在国内还是国际移动市场，都占据绝对的统治地位。据相关数据统计，2017年，安卓手机在全球的市场份额占85%以上，而其中系统版本为android 5.0以下的安卓手机用户也有相当的数量规模，占安卓手机总用户量的15%以上。因此，如何使低功耗蓝牙设备与版本为android 5.0以下的安卓手机建立数据通讯，扩大低功耗蓝牙设备在安卓手机上的应用是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
另外，android 5.0以上的手机或ios等手机尽管能与BLE蓝牙设备建立连接进行数据通讯，但因为手机厂商不同，使用的蓝牙芯片不同，芯片性能存在差异，有相当一部分手机在与BLE蓝牙设备的连接过程，速度缓慢，连接时间超过10秒，甚至几十秒，超出用户耐心等待的范围，导致用户体验不好。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提供一种简单、有效的基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统，在针对无法支持低功耗蓝牙设备的手机或支持低功耗蓝牙设备的手机但连接缓慢的情况，采用低功耗蓝牙广播的方式进行数据传输，以让更多手机能快速接收到低功耗蓝牙设备的数据，为用户带来方便。
为实现上述技术目的，本发明的具体技术方案为：
一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，包括以下步骤：
手机APP获取手机系统版本信息，判断是否支持低功耗蓝牙连接功能：
A：支持；
A1：手机APP进行可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；
A2：BLE蓝牙设备扫描到所述可连接广播，并解析到特征识别码；
A3：手机APP与BLE蓝牙设备之间在周期内建立连接；
A4：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行数据通讯；
B：不支持；
B1：手机APP进行不可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；
B2：手机APP进行广播扫描；
B3：BLE蓝牙设备扫描到所述不可连接广播，并解析到特征识别码；
B4：BLE蓝牙设备切换为广播模式对需要传输的数据进行广播传输；
B5：手机APP通过扫描广播接收BLE蓝牙设备传输的数据。
进一步的，所述B4步骤具体如下：
B41：首先采用选定的数据压缩算法，对需传输的数据进行压缩；
B42：然后采用选定的数据加密算法，将压缩后的数据进行加密；
B43：再将加密后的数据与特征识别码拼接，得到要广播传输的数据包；
B44：最后将拼接后的数据包进行广播传输。
进一步的，所述B5步骤具体如下：
B51：手机APP通过扫描广播接收到广播数据中带有特征识别码的广播数据包；
B52：然后利用所述步骤B42中的加密算法对接收的数据包进行解密；
B53：再利用所述步骤B41中的压缩算法对数据包进行解压、还原数据。
进一步的，所述压缩算法包括但不限于字典算法、固定位长算法、霍夫曼编码算法和Lempel-Ziv 算法。
进一步的，所述加密算法包括但不限于AES算法、DES算法、3DES算法、TDEA算法、Blowfish算法、RC5算法和IDEA算法。
进一步的，所述A3步骤中的周期不大于5秒。
进一步的，若A步骤中的周期超过5秒仍未建立连接，则转入B步骤，进行不可连接广播处理方式。
进一步的，所述手机采用的操作系统为Android、ios、Windows phone和Blackberry OS中的一种。
进一步的，所述广播模式使用自定义数据格式；所述自定义数据格式最大广播字节数为29字节。
本发明还提供一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输系统，包括：连接处理单元、广播处理单元、周期判定单元、数据拼接单元、数据压缩单元、数据加密单元、数据解密单元和数据还原单元；
所述连接处理单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于BLE的连接扫描、连接与数据传输；所述广播处理单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于BLE的广播、扫描；所述周期判定单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于通讯连接过程中的计时和超时判定；所述数据压缩单元安装在BLE蓝牙设备中，用于压缩数据；所述数据加密单元安装在BLE蓝牙设备中，用于数据加密；所述数据拼接单元安装在BLE蓝牙设备中，用于将加密数据与特征识别码拼接成数据包；所述数据解密单元安装在手机APP中，用于数据解密；所述数据还原单元安装在手机APP中，用于解压与还原数据。
本发明的有益效果是：
（1）本发明基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统，在手机APP通过手机系统版本判断不支持BLE连接时，发出不可连接广播，广播中附带特征识别码，BLE蓝牙设备扫描到不可连接广播与特征识别码后，即启用广播的模式对数据进行广播传输，手机APP通过扫描广播接收BLE蓝牙设备发出的广播数据，从而使低系统版本（android 5.0以下）的安卓手机能够接收到BLE蓝牙设备传输的数据，很好地解决了安卓系统版本低导致的低功耗蓝牙连接功能受限带来的不便，从而扩大低功耗蓝牙设备在安卓手机上的应用，为用户带来方便，是一种简单、有效的手机数据传输方法及系统。
（2）本发明基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统，对于支持低功耗蓝牙设备的手机，可直接与BLE蓝牙设备进行连接和数据通讯，在通讯连接超时（超过5秒）的情形下，通过转为广播模式使手机与BLE蓝牙设备之间能够快速进行数据通讯，从而为手机用户节约等待时间，带来良好的速度体验效果。
（3）本发明方法及系统设计简便、简单易行，适用面广，实用效果好。
附图说明
图1为本发明所实施的基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法流程图；
图2为本发明所实施的基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输系统示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明所实施的基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法流程图，图2为本发明所实施的基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输系统示意图。根据图1的方法流程以及图2的系统示意图详细阐明本发明基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法及系统的技术方案原理及方法：
本发明一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输系统，包括：连接处理单元11、21，广播处理单元12、22，周期判定单元13、23，数据拼接单元16，数据压缩单元14，数据加密单元15，数据解密单元24和数据还原单元25。连接处理单元11、广播处理单元12、周期判定单元13、数据拼接单元16、数据压缩单元14和数据加密单元15均安装在BLE蓝牙设备1中；连接处理单元21、广播处理单元22、周期判定单元23、数据解密单元24和数据还原单元25均安装在手机APP2中。
实施例1
本实施例手机采用的操作系统为Androi4.0，BLE蓝牙版本为4.0。
将手机与BLE蓝牙设备1准备就绪；
手机APP2端：
首先，手机APP2获取到手机系统版本信息为Androi4.0，判断结果为：不支持低功耗蓝牙连接功能；
B1：手机APP2进行不可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码，设定特征识别码有助于BLE蓝牙设备1能够辨识和正确对接信息的传输；
B2：然后，手机APP2开始进行广播扫描；
以上程序步骤B1和B2由传输系统中手机APP2的广播处理单元22完成。
BLE蓝牙设备1端：
B3：BLE蓝牙设备1扫描到手机APP2端发出的不可连接广播，并解析到对应的特征识别码，确定是需要进行数据传输的设备；
B4：随后，BLE蓝牙设备1切换为广播模式对需要传输的数据进行广播传输；
以上程序步骤B3和B4在传输系统BLE蓝牙设备1的广播处理单元12中完成。
本实施例的广播模式使用自定义数据格式，自定义数据格式最大广播字节数为29字节。由于广播的数据有限，为了支持更多的数据量，使用数据压缩算法，先对需传输的数据进行压缩，数据压缩算法采用霍夫曼编码算法；此外，为了确保广播数据的安全性，本实施例还使用加密算法对压缩后的数据进行加密，加密算法优选采用AES算法。
具体步骤如下：
B41：首先采用霍夫曼编码数据压缩算法，对需传输的数据进行压缩，以满足更大的数据量需求；此步骤由传输系统中BLE蓝牙设备1的数据压缩单元14完成；
B42：然后采用AES数据加密算法，将压缩后的数据进行加密，以确保数据的安全性和可靠性；此步骤在传输系统BLE蓝牙设备1的数据加密单元15中完成；
B43：再将加密好的数据与特征识别码拼接，得到要广播传输的数据包；将数据与特征识别码拼接以使手机APP端能够识别对接的数据，进行接收；此步骤在传输系统BLE蓝牙设备1的数据拼接单元16中完成；
B44：最后将拼接好的数据包进行广播传输；
在手机APP端：通过扫描广播接收到BLE蓝牙设备传输的数据，具体包括以下步骤：
B51：手机APP2通过扫描广播，扫描到广播数据中带有对应特征识别码的广播数据包，确定为接收的数据对象；
B52：然后利用AES数据加密算法对接收到的数据包进行解密；此步骤在传输系统手机APP2的数据解密单元24中完成；
B53：再利用霍夫曼编码数据压缩算法对解密后的数据包进行解压、还原数据；此步骤在传输系统手机APP2的数据还原单元25中完成；
本实施例中，从准备就绪开始，到手机APP扫描到带特征识别码的广播数据包，整个过程所需时间为3.2秒。
实施例2
本实施例手机采用的操作系统为Androi2.3，BLE蓝牙版本为4.2。
将手机与BLE蓝牙设备准备就绪；
手机APP端：首先，手机APP获取到手机系统版本信息为Androi2.3，判断结果为：不支持低功耗蓝牙连接功能；
以下步骤同实施例1。
与实施例1不同在于，本实施例采用固定位长数据压缩算法对数据进行压缩，使用RC5算法对数据进行加密。
本实施例中，从准备就绪开始，到手机APP扫描到带特征识别码的广播数据包，整个过程所需时间为0.64秒。
实施例3
本实施例手机采用的操作系统为Androi4.4，BLE蓝牙版本为4.1。
将手机与BLE蓝牙设备准备就绪；
手机APP端：首先，手机APP获取到手机系统版本信息为Androi4.4，判断结果为：不支持低功耗蓝牙连接功能；
B1：手机APP进行不可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码，设定特征识别码有助于BLE蓝牙设备能够辨识和正确对接信息的传输；
B2：然后，手机APP开始进行广播扫描；
以上程序步骤B1和B2由传输系统中手机APP的广播处理单元22完成。
BLE蓝牙设备端：
B3：BLE蓝牙设备扫描到手机APP端发出的不可连接广播，并解析到对应的特征识别码，确定是需要进行数据传输的设备；
B4：随后，BLE蓝牙设备切换为广播模式对需要传输的数据进行广播传输；
以上程序步骤B3和B4在传输系统BLE蓝牙设备的广播处理单元12中完成。
在手机APP端：
B5：通过扫描广播接收到BLE蓝牙设备传输的数据。
本实施例中，从准备就绪开始，到手机APP扫描到带特征识别码的广播数据，整个过程所需时间为1.8秒。
实施例4
本实施例手机采用的操作系统为Androi5.1，BLE蓝牙版本为4.2。
将手机与BLE蓝牙设备准备就绪；
手机APP端：首先，手机APP获取到手机系统版本信息为Androi5.1，判断结果为：支持低功耗蓝牙连接功能；
A1：手机APP进行可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；此过程步骤由传输系统中手机APP端的连接处理单元21完成；
A2： BLE蓝牙设备扫描到手机APP端发出的可连接广播，并解析到对应的特征识别码，确定是需要进行数据传输的设备；
A3：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行BLE连接，此程序步骤由传输系统手机APP端的连接处理单元21和BLE蓝牙设备端的连接处理单元11执行；在5秒的周期时间内手机APP与BLE蓝牙设备之间未成功建立连接，传输系统中手机APP端的周期判定单元23判定连接超时，随即改判断为不支持模式，手机APP端转入执行B步骤；与此同时，传输系统中BLE蓝牙设备端的周期判定单元13也判定连接超时，随即改判断为不支持模式，BLE蓝牙设备端转入执行B步骤。具体的B步骤程序同实施例1。
本实施例中，从准备就绪开始，到手机APP扫描到带特征识别码的广播数据包，整个过程所需时间为5.6秒。
实施例5
本实施例手机采用的操作系统为Windows phone8.1，BLE蓝牙版本为4.2。
将手机与BLE蓝牙设备准备就绪；
手机APP端：首先，手机APP获取到手机系统版本信息为Windows phone8.1，判断结果为：支持低功耗蓝牙连接功能；
A1：手机APP进行可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；此过程步骤由传输系统中手机APP端的连接处理单元21完成；
A2： BLE蓝牙设备扫描到手机APP端发出的可连接广播，并解析到对应的特征识别码，确定是需要进行数据传输的设备；
A3：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行BLE连接，此程序步骤由传输系统手机APP端的连接处理单元21和BLE蓝牙设备端的连接处理单元11执行；在5秒的周期时间内手机APP与BLE蓝牙设备之间未成功建立连接，传输系统中手机APP端的周期判定单元23判定连接超时，随即改判断为不支持模式，手机APP端转入执行B步骤；与此同时，传输系统中BLE蓝牙设备端的周期判定单元13也判定连接超时，随即改判断为不支持模式，BLE蓝牙设备端转入执行B步骤。具体的B步骤程序同实施例1。
本实施例中，从准备就绪开始，到手机APP扫描到带特征识别码的广播数据包，整个过程所需时间为6.0秒。
实施例6
本实施例手机采用的操作系统版本为iOS11.3，BLE蓝牙版本为4.0。
将手机与BLE蓝牙设备准备就绪；
手机APP端：首先，手机APP获取到手机系统版本信息为iOS11.3，判断结果为：支持低功耗蓝牙连接功能；
A1：手机APP进行可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；
A2： BLE蓝牙设备扫描到手机APP端发出的可连接广播，并解析到对应的特征识别码，确定是需要进行数据传输的设备；
A3：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行BLE连接，在4.5秒的周期内成功建立连接；
A4：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行数据通讯；
以上A1~A4程序步骤在传输系统手机APP端的连接处理单元21和BLE蓝牙设备端的连接处理单元11中完成。
综上可知，采用本发明的方法及系统，可实现低功耗蓝牙设备与低系统版本（android 5.0以下）的安卓手机建立数据通讯，很好地解决了安卓系统版本低导致的低功耗蓝牙连接功能受限带来的不便，从而扩大低功耗蓝牙设备在安卓手机上的应用，为用户带来方便。由本发明实施例1~5可知，从准备就绪开始，到手机APP扫描到BLE设备发出的广播数据，整个过程所需时间均在10秒以内，时间更短的在1秒内就能扫描到。因此使用本发明的方法及系统，还可获得较好的速度体验效果，在手机与BLE蓝牙设备的连接速度缓慢的情形下，可为手机用户节约等待时间，带来良好的使用效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
手机APP获取手机系统版本信息，判断是否支持低功耗蓝牙连接功能：
A：支持；
A1：手机APP进行可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；
A2：BLE蓝牙设备扫描到所述可连接广播，并解析到特征识别码；
A3：手机APP与BLE蓝牙设备之间在周期内建立连接；
A4：手机APP与BLE蓝牙设备之间进行数据通讯；
B：不支持；
B1：手机APP进行不可连接广播，并在广播数据中设定特征识别码；
B2：手机APP进行广播扫描；
B3：BLE蓝牙设备扫描到所述不可连接广播，并解析到特征识别码；
B4：BLE蓝牙设备切换为广播模式对需要传输的数据进行广播传输；
B5：手机APP通过扫描广播接收BLE蓝牙设备传输的数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述B4步骤具体如下：
B41：首先采用选定的数据压缩算法，对需传输的数据进行压缩；
B42：然后采用选定的数据加密算法，将压缩后的数据进行加密；
B43：再将加密后的数据与特征识别码拼接，得到要广播传输的数据包；
B44：最后将拼接后的数据包进行广播传输。
3.根据权利要求2所述的一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述B5步骤具体如下：
B51：手机APP通过扫描广播接收到广播数据中带有特征识别码的广播数据包；
B52：然后利用所述步骤B42中的加密算法对接收的数据包进行解密；
B53：再利用所述步骤B41中的压缩算法对数据包进行解压、还原数据。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述压缩算法包括字典算法、固定位长算法、霍夫曼编码算法和Lempel-Ziv 算法。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述加密算法包括AES算法、DES算法、3DES算法、TDEA算法、Blowfish算法、RC5算法和IDEA算法。
6.根据权利要求1~5所述的任一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述A3步骤中的周期不大于5秒。
7.根据权利要求1~5所述的任一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，若A步骤中的周期超过5秒仍未建立连接，则转入B步骤，进行不可连接广播处理方式。
8.根据权利要求1~5所述的任一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述手机采用的操作系统为Android、ios、Windows phone和Blackberry OS中的一种。
9.根据权利要求1~5所述的任一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输方法，其特征在于，所述广播模式使用自定义数据格式；所述自定义数据格式最大广播字节数为29字节。
10.一种基于低功耗蓝牙设备的手机数据传输系统，其特征在于，包括：连接处理单元、广播处理单元、周期判定单元、数据拼接单元、数据压缩单元、数据加密单元、数据解密单元和数据还原单元；
所述连接处理单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于BLE的连接扫描、连接与数据传输；
所述广播处理单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于BLE的广播、扫描；
所述周期判定单元分别安装在手机APP和BLE蓝牙设备中，用于通讯连接过程中的计时和超时判定；
所述数据压缩单元安装在BLE蓝牙设备中，用于压缩数据；
所述数据加密单元安装在BLE蓝牙设备中，用于数据加密；
所述数据拼接单元安装在BLE蓝牙设备中，用于将加密数据与特征识别码拼接成数据包；
所述数据解密单元安装在手机APP中，用于数据解密；
所述数据还原单元安装在手机APP中，用于解压与还原数据。
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