CN110366153B

CN110366153B - 一种蓝牙自组网的方法

Info

Publication number: CN110366153B
Application number: CN201910643074.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡毅; 陈雨科; 顾逸飞
Original assignee: Suzhou Palin Software Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Palin Software Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: CN110366153A

Abstract

本发明提出一种蓝牙自组网的方法，该方法包括以下步骤：步骤（1），蓝牙节点的网络配置，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；步骤（2），蓝牙节点的连接，被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；步骤（3），蓝牙节点的网络地址自主分配，对于自主加入网络的蓝牙节点，会被网络自主分配一个网络地址。

Description

一种蓝牙自组网的方法

技术领域

本发明涉及蓝牙自组网的技术领域，具体涉及一种蓝牙自组网的方法和系统。

背景技术

2017年SIG（蓝牙技术联盟）推出蓝牙Mesh技术，可支持蓝牙节点一对多，多对多传输通信能力，Mesh技术将更加适用于楼宇自动化、无线传感器网络等需要让数以万计个设备在安全、可靠、稳定环境下进行传输、传输信息的物联网解决方案。

但是SIG mesh蓝牙网络，其配置过程比较复杂，需要一个管理者，这个管理者通常是一台智能移动终端，例如手机、平板电脑、智能音箱或路由器等智能设备。整个操作过程较为繁琐，需要管理者逐一添加蓝牙节点，并且逐一给新添加的蓝牙节点分配网络地址，使得整个配置过程非常缓慢，用户体验不愉快。

另外，SIG mesh蓝牙网络，其对于一个新使用者也不友好。因为SIG mesh网络的所有蓝牙节点是由管理者添加和配置的，而由于安全的因素，其他使用者无法自主获取SIGmesh网络节点的信息，从而无法自主加入和控制SIG mesh网络内的蓝牙节点。除非有一个云服务器或其他方法，让使用者能够获取到管理者创建和配置的这个SIG mesh所有网络节点信息，才能让新使用者加入并实现控制。这个必需依靠云服务器或者面对面手机传输的限制，让SIG mesh在网络的接入和使用上体验不愉快。

另外，SIG mesh蓝牙网络，是一个基于蓝牙泛洪式广播的通讯系统，网络内节点与节点之间不会建立link layer层的通讯链路，由于所有蓝牙节点都工作于广播模式且以泛洪式广播传递信息，而蓝牙用于广播的channel仅有3个。导致整个网络的传输带宽非常小，通常小于每秒1k bit，且无法应对网络内节点的通讯并发事件，从而导致网络在使用上有诸多限制。

发明内容：

为了克服上述技术问题，达到操作简单、提升用户体验的技术效果，提出一种蓝牙自组网的方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种蓝牙自组网的方法，该方法包括以下步骤：步骤（1），蓝牙节点的网络配置，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；步骤（2），蓝牙节点的连接，被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；步骤（3），蓝牙节点的网络地址自主分配，对于自主加入网络的蓝牙节点，会被网络自主分配一个网络地址。

进一步地，该方法还包括步骤（4），蓝牙节点的网络内信息路由方法，用于完成节点之间信息的路由传递。

进一步地，该方法还包括步骤（5），使用者接入通讯方法，任何一个使用者能够发现周边的蓝牙网络，并且在获知网络密码的情形下，能够通过网络密码接入蓝牙网络，并且可以自主获取到网络内所有蓝牙节点的信息。

进一步地，其中，步骤（2）具体包括：蓝牙节点S本身会向外广播节点信息，临近的节点S始终处于扫描状态，并且能够发现这个广播节点信息，识别附近有和自身节点在同一个网络的但未入网的其他节点，此时相互临近的节点S开始相互建立连接。

进一步地，其中，步骤（3）具体包括：连接到中心节点C上的节点P，由中心节点C分配网络地址；连接到节点CP上的节点P，由节点CP分配网络地址。

进一步地，其中，步骤（4）具体包括：其中，整个网络每一个节点都被分配了一个网络地址后，当一个信息从节点P1要发送给节点P2时，中心节点C收到节点P1发过来的信息封包，解析目标地址后，路由算法计算出节点P2的路径，把信息封包发送给节点P2，完成信息的路由传递。

进一步地，其中，步骤（5）具体包括：其中，智能设备B通过蓝牙搜索智能设备手机A已经创建和配置的蓝牙网络；智能设备B通过蓝牙连接上网络内的一个节点，通过网络接入密码验证智能设备B的接入权限。

本申请还提出一种蓝牙自组网的系统，其特征在于：该系统包括：蓝牙网络配置单元，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；对于自主加入网络的蓝牙节点，自主分配一个网络地址；蓝牙网络内信息路由传递单元，用于完成节点之间信息的路由传递；使用者接入通讯单元，当任何一个使用者发现周边的蓝牙网络时，并且在获知网络密码的情形下，所述使用者接入通讯单元验证网络密码是否一致，当网络密码一致时，允许使用者接入网络。

进一步地，所述蓝牙网络内信息路由传递单元还用于：整个网络每一个节点都被分配了一个网络地址后，当一个信息从节点P1要发送给节点P2时，中心节点C收到节点P1发过来的信息封包，解析目标地址后，路由算法计算出节点P2的路径，把信息封包发送给节点P2，信息封包中的目标地址写入节点P2的网络地址，完成信息的路由传递。

进一步地，所述网络信息包括网络号和网络密码。

本发明的有益效果是：

（1）标准mesh中，由于整个网络信息、密钥等都是由配置者生成，网络信息的同步不得不借助云端来实现，而本发明网络建立后其他使用者只需知道密码即可接入网络实现控制。

（2）由于本发明基于蓝牙GATT连接实现，网络速度可以达到 KB/s级别，而标准mesh因为是广播泛洪式通讯，速率很低。

（3）本发明整个信息传递过程由路由算法完成，不会存在额外的不必要的通讯，提高的通讯效率，进而提高了通讯速率。实现了网络内的高带宽传输，通常可以达到每秒2K~10K字节的传输速率。信息传递是基于蓝牙link layer链路的通讯，相比于SIGmesh的广播通信中一个信息封包的有效载荷长度仅有9个字节，本发明一个信息封包的有效载荷可以达到200多个字节，有效提高的通信速率。

（4）新使用者可以在获知网络密码的情形下，能够通过网络密码接入蓝牙网络，并且可以自主获取到网络内所有节点的信息，从而实现便捷的通讯与控制。网内设备的连入或者脱离，可以实时反应，而标准mesh是无法实时识别的。

附图说明

图1为本申请蓝牙自组网的方法流程示意图。

图2A和B为本申请蓝牙自组网方法中蓝牙节点的网络配置流程示意图。

图3为本申请蓝牙自组网方法中蓝牙节点的连接和网络地址自主分配方法流程示意图。

图4为本申请蓝牙自组网方法中蓝牙节点的网络内信息路由方法流程示意图。

图5为本申请蓝牙自组网方法中使用者接入通讯方法流程示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明所称的智能设备例如可以是配置有APP的手机或蓝牙遥控器，其内置有一个网络号和网络密码。智能设备还可以是平板电脑、笔记本电脑、个人计算机、工作站、服务器等。智能设备的硬件结构可包括处理器、存储器、外部通信模块、显示单元和输入单元。智能设备可安装组网配置的应用程序。所述应用程序可以保持在存储器中，当处理器运行所述应用程序时，执行与用户交互进行组网配置的功能。

本发明所称的节点包含硬件部分和软件或固件部分，节点可通过外设接口被连接到一个电子设备上去，或者被直接嵌入到一个电子设备中，以使该电子设备具有与其他接入了节点的电子设备进行发送、接受数据的能力。

本发明所称的节点N表示：符合蓝牙core4.2及以上规范的蓝牙节点，但是未被配置网络号和网络密码；节点S表示：被配置了网络号和网络密码，但是还未连接的蓝牙节点；节点P表示：被连接，但是没有连接其他节点的末端节点；节点CP表示：被连接，又主连了其他设备的节点；节点C表示：整个网络的中心节点。节点N、S、P、CP、C只是对网络中处于不同状态的节点的一个描述。

参见图1，本发明提供一种蓝牙自组网的方法，包括以下步骤：

步骤（1），蓝牙节点的网络配置，用于向蓝牙节点配置网络号和网络密码；

步骤（2），蓝牙节点的连接，被配置了相同的网络号和网络密码的蓝牙节点，会相互发现并自主实现相互连接；

步骤（3），蓝牙节点的网络地址自主分配，对于自主加入网络的蓝牙节点，会被网络自主分配一个网络地址。

步骤（4），蓝牙节点的网络内信息路由方法，用于完成节点之间信息的路由传递；

步骤（5），使用者接入通讯方法，任何一个使用者能够发现周边的蓝牙网络，并且在获知网络密码的情形下，能够通过网络密码接入蓝牙网络，并且可以自主获取到网络内所有节点的信息。

图2A和2B为蓝牙节点的网络配置流程示意图。其中，智能设备通过蓝牙广播的方式，把网络号和网络密码同时发送给节点N。智能设备也可以通过逐一与节点N建立连接，通过蓝牙链路把网络号和网络密码发送给节点N。

随后，节点N被配置了网络号和网络密码后，即成为节点S，此时，节点S处于待连接状态。

图3为蓝牙节点的连接和网络地址自主分配方法流程示意图。其中，节点S本身会通过特定的蓝牙广播（例如厂商自定义的广播数据段），向外广播节点信息，临近的节点S始终处于扫描状态，并且能够发现这个广播包，识别附近有和自身节点在同一个网络的但未入网的其他节点，此时相互临近的节点S开始相互建立连接，实现基于GATT层数据通信。

其中，节点信息包括自身的蓝牙地址以及自身所处网络的网络ID等。

其中，在相互建立连接的过程中，会自主产生网络内的第一个也是唯一一个中心节点C，和其对应的从节点P。具体的，当很多节点S同时上电时，一旦彼此发现，第一组建立蓝牙连接的即会成为中心节点C，随后，网络内的其他节点会统一向外广播网络信息（例如中心节点C的信息、网络内的当前节点数量）。因为同时上电的缘故，刚开始可能会出现多个小网络，每个小网络起初都有一个中心节点。但是，一旦小网络发现大网络的存在，即会解散自己的小网络，使得小网络内的设备去加入大网络。例如，有100个节点同时上电，在刚开始形成了五组网络：A（30个节点），B（20个节点），C（20个节点），E（20个节点），D（10个节点），A网络的节点通过扫描发现周边没有比自己更大的网络了，A网络就保持不解散，B、C、D、E网络的节点一旦搜索到A网络的信息，发现A网络的节点数据比自己多，即可解散自己，加入A网络，最后只会留有一个A网络，A网络聚集了所有起初的100个节点。

当节点S接入网络后即成为节点P。当节点P与另外的节点S相连接后，节点P升级为节点CP。节点S不断接入网络，网络内的节点P自主升级为节点CP以容纳更多节点S的接入，直至所有节点S加入网络，即完成网络的自主连接。

其中，节点S在接入三个节点P、CP、C中任一个的过程时，节点S与三个节点P、CP、C中任一个发生数据交互验证密码，如果验证成功，即连接入网，如果不成功或者验证失败，链路会超时断开。

其中，连接到节点C上的节点P，由节点C分配网络地址。连接到节点CP上的节点P，由节点CP分配网络地址。以此类推，当所有节点S加入网络后，每一个节点（P、CP）都被分配了一个网络地址。由此，蓝牙节点的网络地址自主分配，无需定义一个特殊管理者即可实现。

图4为蓝牙节点的网络内信息路由方法流程示意图。其中，整个网络每一个节点都被网络分配了一个网络地址后，当一个信息从节点P1要发送给节点P2时，信息封包中的目标地址写入节点P2的网络地址。当节点C收到节点P1发过来的信息封包，解析目标地址后，路由算法计算出节点P2的路径，进而把信息封包转发给节点CP2，节点CP2收到信息封包解析目标地址后，把信息封包发送给节点P2，完成信息的路由传递。路由算法在每一个节点上实现，每一个节点收到数据包后，会判定是否是发给自己的，如果不是，则路由算法算出该如何转发该数据包。

整个信息传递过程由路由算法完成，不会存在额外的不必要的通讯，提高的通讯效率，进而提高了通讯速率。实现了网络内的高带宽传输，通常可以达到每秒2K~10K字节的传输速率。

信息传递是基于蓝牙link layer链路的通讯，相比于SIGmesh的广播通信中一个信息封包的有效载荷长度仅有9个字节，本发明一个信息封包的有效载荷可以达到200多个字节，有效提高的通信速率。

图5为使用者接入通讯方法流程示意图。其中，一个新的使用者智能设备B，通过蓝牙搜索智能设备手机A创建和配置的蓝牙网络。

智能设备B通过蓝牙连接上网络内的一个节点（P、C、CP中的任意一个），节点通过网络接入密码验证智能设备B的接入权限。在网络密码正确的前提下，节点会保留智能设备B的蓝牙连接。如果网络密码错误，则节点会主动断开智能设备B，拒绝其访问网络。

当智能设备B成功接入网络后，可以通过网络“ping”命令，获取到所有网络内节点的网络地址，进而实现对网络节点的通信控制。其中，“Ping”是网络内的一种数据，当所有的节点连入网络后，会被分配一个虚拟地址。同样的，控制端如手机，加入网络时，也会被分配一个虚拟地址，PING包是一个网络内数据的广播包，其内含有发送者的虚拟地址，一旦发出，所有的网络内节点会收到PING包，节点会回复一个PING response，其内含有节点的信息（如节点的虚拟地址，MAC地址，版本号，产品号等）给发送者，发送者即可知道网络内节点的网络地址。

整个过程，无需云服务器后台即可完成。

另外，本申请还提出一种蓝牙自组网的系统，其特征在于：该系统包括：蓝牙网络配置单元，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；对于自主加入网络的蓝牙节点，自主分配一个网络地址；蓝牙网络内信息路由传递单元，用于完成节点之间信息的路由传递；使用者接入通讯单元，当任何一个使用者发现周边的蓝牙网络时，并且在获知网络密码的情形下，所述使用者接入通讯单元验证网络密码是否一致，当网络密码一致时，允许使用者接入网络。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种蓝牙自组网的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤（1），蓝牙节点的网络配置，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；

步骤（2），蓝牙节点的连接，被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；

步骤（3），蓝牙节点的网络地址自主分配，对于自主加入网络的蓝牙节点，会被网络自主分配一个网络地址；

步骤（4），蓝牙节点的网络内信息路由方法，用于完成节点之间信息的路由传递；具体包括：整个网络每一个节点都被分配了一个网络地址后，当一个信息从节点P1要发送给节点P2时，中心节点C收到节点P1发过来的信息封包，解析目标地址后，路由算法计算出节点P2的路径，把信息封包发送给节点P2，完成信息的路由传递；

步骤（5），使用者接入通讯方法，任何一个使用者能够发现周边的蓝牙网络，并且在获知网络密码的情形下，能够通过网络密码接入蓝牙网络，并且可以自主获取到网络内所有蓝牙节点的信息。

2.根据权利要求1所述的一种蓝牙自组网的方法，其特征在于：其中，步骤（2）具体包括：蓝牙节点S本身会向外广播节点信息，临近的节点S始终处于扫描状态，并且能够发现这个广播节点信息，识别附近有和自身节点在同一个网络的但未入网的其他节点，此时相互临近的节点S开始相互建立连接。

3.根据权利要求1所述的一种蓝牙自组网的方法，其特征在于：其中，步骤（3）具体包括：连接到中心节点C上的节点P，由中心节点C分配网络地址；连接到节点CP上的节点P，由节点CP分配网络地址。

4.根据权利要求1所述的一种蓝牙自组网的方法，其特征在于：其中，步骤（5）具体包括：其中，智能设备B通过蓝牙搜索智能设备手机A已经创建和配置的蓝牙网络；智能设备B通过蓝牙连接上网络内的一个节点，通过网络接入密码验证智能设备B的接入权限。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种蓝牙自组网的方法，其特征在于：所述网络信息包括网络号和网络密码。

6.一种蓝牙自组网的系统，其特征在于：该系统包括：

蓝牙网络配置单元，用于向蓝牙节点N配置网络信息，被配置了网络信息的蓝牙节点N成为蓝牙节点S；被配置了相同的所述网络信息的蓝牙节点S会相互发现并自主实现相互连接，产生中心节点C和从节点P、CP；对于自主加入网络的蓝牙节点，自主分配一个网络地址；

蓝牙网络内信息路由传递单元，用于完成节点之间信息的路由传递；具体包括：整个网络每一个节点都被分配了一个网络地址后，当一个信息从节点P1要发送给节点P2时，中心节点C收到节点P1发过来的信息封包，解析目标地址后，路由算法计算出节点P2的路径，把信息封包发送给节点P2，信息封包中的目标地址写入节点P2的网络地址，完成信息的路由传递；

使用者接入通讯单元，当任何一个使用者发现周边的蓝牙网络时，并且在获知网络密码的情形下，所述使用者接入通讯单元验证网络密码是否一致，当网络密码一致时，允许使用者接入网络。

7.根据权利要求6所述的一种蓝牙自组网的系统，其特征在于：所述网络信息包括网络号和网络密码。