CN110784859A - 基于蓝牙低功耗ble的设备连接实现方法、智能配件及系统 - Google Patents

基于蓝牙低功耗ble的设备连接实现方法、智能配件及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BLE的设备连接实现方法、智能配件及系统，该方法包括：首先通过智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；之后智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；最后智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。

Description

基于蓝牙低功耗BLE的设备连接实现方法、智能配件及系统
技术领域
本发明涉及蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)技术，尤其涉及一种基于BLE的设备连接实现方法、智能配件及系统。
背景技术
随着智能可穿戴设备的不断升级，智能手表得到很好的应用。为了扩展智能手表的功能应用，智能配件应用而生。目前，在智能手表与智能配件之间长时间的连接或数据传输的过程中，存在连接时间长，数据传输缓慢，且功耗大的问题。因此，有必要改进智能手表与智能配件之间的连接或数据传输方式。
发明内容
本发明实施例创造性地提供一种基于BLE的设备连接实现方法、智能配件及系统。
根据本发明的第一方面，提供一种基于BLE协议的设备连接实现方法，该方法包括：智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
根据本发明一实施方式，智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备，包括：使用Service UUID进行BLE扫描，并解析Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备；或，使用Service Data进行BLE扫描，并匹配所述Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备。
根据本发明一实施方式，由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包，包括：支持所有配件类型和广播数据的广播包；和/或，分别支持每一个配件类型的广播包。
根据本发明一实施方式，在实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立之后，所述方法还包括：智能配件与建立连接的外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。
根据本发明一实施方式，智能配件与建立连接的外围设备之间通过BLEGATTServer协议进行数据交换，包括：基于主BLE Service中的BLE Characteristic，智能配件向所述外围设备写入请求数据，以使所述外围设备在收到请求数据后，触发相应的业务流程。
根据本发明一实施方式，BLE Characteristic至少包括如下类型之一：智能耳机快速配对，智能耳机展示电量及心电图ECG配件数据展示。
根据本发明一实施方式，智能配件向所述外围设备写入请求数据，包括：智能配件以BLE数据包格式写入请求数据，所述BLE数据包包括多个数据项dataN；其中，所述dataN包含有数据结束标志。
根据本发明的第二方面，还提供一种智能配件，包括：扫描模块，用于发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；确定模块，用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；建立连接模块，用于向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
根据本发明一实施方式，所述确定模块具有用于，使用Service UUID进行BLE扫描，并解析Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备；或，使用Service Data进行BLE扫描，并匹配所述Service Data中的version和deviceflags，以确定是否扫描到匹配的外围设备。
根据本发明一实施方式，所述智能配件还包括数据交换模块，用于与建立连接的所述外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。
根据本发明一实施方式，所述数据交换模块具体用于，基于主BLE Service中的BLE Characteristic，向所述外围设备写入请求数据，以使所述外围设备在收到请求数据后，触发相应的业务流程。
根据本发明一实施方式，所述数据交换模块还用于，以BLE数据包格式写入请求数据，所述BLE数据包包括多个数据项dataN；其中，所述dataN包含有数据结束标志。
根据本发明的第三方面，还提供一种基于BLE协议的设备连接实现系统，该系统包括外围设备和智能配件，其中，外围设备，用于持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；智能配件，用于发起BLE扫描，以扫描由所述外围设备持续发送的BLE AdvertisePayload协议的广播包；还用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；还用于向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
根据本发明一实施方式，所述外围设备为智能手表，所述智能配件为智能耳机或心电图ECG配件。
本发明实施例提供一种基于BLE的设备连接实现方法、智能配件及系统，该方法首先通过智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；之后智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；最后智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。进一步地，智能配件与建立连接的外围设备之间通过BLE GATTServer协议进行数据交换。如此，智能手表与智能配件之间基于BLE Advertise Payload协议建立连接，进一步基于BLE GATT Server协议进行数据交换，从而能够实现低功耗、高速率的连接和数据传输。
需要理解的是，本发明的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本发明的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1示出了本发明实施例基于BLE协议的设备连接实现方法的流程示意图一；
图2示出了本发明实施例基于BLE协议的设备连接实现方法的流程示意图二；
图3示出了本发明实施例智能配件的组成结构示意图；
图4示出了本发明实施例基于BLE协议的设备连接实现系统的组成结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为使本发明更加透彻和完整，并能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
图1示出了本发明实施例基于BLE协议的设备连接实现方法的流程示意图一。参考图1，本发明实施例基于BLE协议的设备连接实现方法包括：操作101，智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；操作102，智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；操作103，智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
在操作101，在智能配件发起BLE扫描之前，外围设备在开机后一直处于广播状态，即持续发送BLE Advertise Payload协议的广播包。
在一示例中，智能配件以智能手表为例，该智能手表中的BLE Advertise Payload(version-1)定义如下：
1.包含Service UUID，比如Service UUID 0xfda6。
2.包含Service Data，其UUID为0xfda6，data格式定义为：<version><deviceflags><device data>(此部分可用空间为20字节)，其中：a.version字段：代表advertisepayload的版本号，用于协议升级，1字节。当前为version-1(值为0x01)；b.device flags字段：代表支持的配件类型，其长度由version字段决定。对于version-1，其长度为1字节(最多支持8种类型的设备)；c.device data字段：由version决定。对于version-1，其格式定义为：<watch model，2bytes int类型，little-endian><device ID，4bytes ByteArray><account ID，4bytes int类型，little-endian>。
这里，<device flags>字段支持如下flag定义，各flag可以通过位操作符“|”来组合，其中，0x01：表示TicPods配件；0x02：表示ECG配件。比如，如果device flags字段值为0x01，表示手表支持TicPods配件；如果device flags字段值为0x02，表示手表支持ECG配件；如果device flags字段值为0x03(相当于0x01|0x02组合)，表示手表同时支持TicPods配件和ECG配件。注：智能配件端需要通过位运算来判断是手表是否支持该配件。
<watch model>仅用于配件端需要识别具体手表型号的特殊情况。
<device ID>的生成方式为手表硬件信息的hash值，保证可重复生成，且会尽量避免冲突，但不保证不冲突。此信息仅可用于配件端识别之前配对过的设备。配件端可用Base16对其进行编码处理，便于存储等操作。
<account ID>为手表商家账户ID，可用于在配件端与帐户相关的逻辑处理。此字段有加密处理，具体方法略。
在操作102，可以使用Service UUID进行BLE扫描，并解析Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备；还可以使用Service Data进行BLE扫描，并匹配所述Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备。
举例来说，一个手表BLE Advertise Payload示例如下：
AdvertiseData[mServiceUuids＝[0000fda6-0000-1000-8000-00805f9b34fb],mManufacturerSpecificData＝{},mServiceData＝{0000fda6-0000-1000-8000-00805f9b34fb＝[1,1,8,0,0,0,0,0,90,103,101,92]},mIncludeTxPowerLevel＝false,mIncludeDeviceName＝false]
其BLE Scanner扫描结果：
0201020303A6FD0F16A6FD01010800000000005A67655C000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
这里，广播负载长度advertise payload size为23字符。需要补充说明的是，在BLE Advertise Payload中同时保留Service UUID和Service Data，其原因是如果只有Service Data，可能会导致配件端在进行service discovery时，无法发现该设备的BLEservices。
根据本发明一实施方式，由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包，包括：支持所有配件类型和广播数据的广播包；和/或，分别支持每一个配件类型的广播包。
具体来讲，对于BLE Advertise Payload，考虑到将来智能配件的扩展，可包括如下三种广播包方案：
方案一：在一个广播包中，支持所有配件类型和广播数据。这样，能够起到省电的作用。
方案二：为每一个配件类型，添加一个广播包。这样，每个配件可以自己定义数据格式，便于将来升级扩展。
方案三：即融合方案一和方案二。比如，先采用方案一解决当前Ticpods配件和ECG配件的需求，并支持扩展到方案二。
在本发明一实施方式中，如图2所示，在操作103之后，该方法还包括：操作201，智能配件与建立连接的外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。
举例来说，以外围设备为智能手表，在操作101～103和201中，智能配件发起BLE扫描；在扫描到匹配的手表后，发起BLE连接；在BLE连接建立后，执行BLE servicediscovery；在BLE service discovery成功后，查找UUID为0xFDA6的BLE Service；在找到BLE Service后，在BLE Service中查找该请求对应的BLE Characteristic；在找到BLECharacteristic后，向其写入请求数据；手表收到请求数据后，触发相应的业务流程。
在操作201，智能配件主要基于主BLE Service中的BLE Characteristic向所述外围设备写入请求数据，以使所述外围设备在收到请求数据后，触发相应的业务流程。举例来说，智能手表中的BLE GATT Server目前仅包含一个主BLE Service(其UUID为0xFDA6)，在此BLE Service中包含所有智能配件使用的BLE Characteristic。
根据本发明一实施方式，BLE Characteristic至少包括如下类型之一：智能耳机快速配对，智能耳机展示电量及心电图ECG配件数据展示。
举例来说，智能手表支持的BLE Characteristic如下：
0000fda6-0100-4135-bc55-d47637b5332e，表示TicPods快速配对
0000fda6-0200-4135-bc55-d47637b5332e，表示TicPods展示电量
0000fda6-0300-4135-bc55-d47637b5332e，表示ECG配件数据展示(TODO)。
根据本发明一实施方式，智能配件向所述外围设备写入请求数据，包括：智能配件以BLE数据包格式写入请求数据，所述BLE数据包包括多个数据项dataN；其中，所述dataN包含有数据结束标志。
需要补充说明的是，BLE设备之间一次发送的数据量，将受限于双方协商的MTUlimit。而蓝牙协议定义了所有设备必须支持的最小值为23(但由于发送协议本身需要占用3字节，留给应用的只有20字节)，这对于小数据量传输已经够用。如果传输的数据量较大，智能配件可根据自己的MTU limit请求协商出一个更大的MTU。这样，便于一次传输更多数据。
为了便于智能配件与智能手表之间的数据交换，鉴于数据量小的特点，BLE GATTServer协议定义了一个简化的数据传输方案：每一个数据项定义一个类型，用于识别该数据项；一次发送若干个数据项，组成一个BLE数据包，其总大小必须不超过20字节或者协商出的(MTU-3)；分批发送所有数据项，最后一个BLE数据必须包含数据结束标志。注：如果某数据项的大小无法在一个BLE数据包中容纳，则需要其自己做拆包方案。
其中，BLE数据包格式：<version,1byte><data>。当前，仅支持version＝0x01的BLE数据包。
这里，version＝0x01的BLE数据包格式：<version＝0x01><data1>..<dataN>，dataN格式(同BLE advertise payload)：<length,1byte><type,1byte><content>；其中，length值的字节数为type和content的字节数之和，但不包括length本身所占用的1字节；content采用little-endian(低字节序)，具体的数据项类型和数据结标志在各配件协议中定义。
以智能配件为智能耳机TicPods为例，支持的数据类型如下：
数据包标识：0x01
此数据项应该出现在最后一个BLE数据包中，标识数据结束；Content固定长度(1字节)
支持的值：未知：0x00；快速配对请求：0x01；电量展示请求：0x02。
TicPods型号：0x11
Content固定长度(1字节)
支持的值：未知：0x00；TicPods Pro 2：0x01。
TicPods颜色：0x12
Content固定长度(1字节)
支持的值：未知：0x00；白色：0x01；黑色：0x02；灰色：0x03；红色：0x04；
蓝牙地址：0x13
Content固定长度(6字节，字节流)
有加密处理，方法略
商家帐户ID：0x14
Content固定长度(4字节，little-endian)
有加密处理，方法略
电量Level：0x15
content固定长度(3字节)：<左耳电量><右耳电量><盒子电量>
其中，有效电量值为0～100或者111(0x6F)(表示无电量数据，如耳机盒)。
具体地，快速配对请求可以支持如下数据项：数据包标识：0x01，值为0x01；TicPods型号：0x11；TicPods颜色：0x12；蓝牙地址：0x13；商家帐户ID：0x14(可选)；电量Level：0x15。电量展示请求可以支持如下数据项：蓝牙地址：0x13；电量Level：0x15。ECG配件数据展示(TODO)可以支持的数据项略。
本发明实施例基于BLE的设备连接实现方法该方法首先通过智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；之后智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；最后智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。进一步地，智能配件与建立连接的外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。如此，智能手表与智能配件之间基于BLE Advertise Payload协议建立连接，进一步基于BLEGATT Server协议进行数据交换，从而能够实现低功耗、高速率的连接和数据传输。
进一步地，基于上文所述基于BLE的设备连接实现方法，本发明实施例还提供一种智能配件，如图3所示，该智能配件30包括：扫描模块301，用于发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；确定模块302，用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；建立连接模块303，用于向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
根据本发明一实施方式，确定模块302具有用于，使用Service UUID进行BLE扫描，并解析Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备；或，使用Service Data进行BLE扫描，并匹配所述Service Data中的version和deviceflags，以确定是否扫描到匹配的外围设备。
根据本发明一实施方式，所述由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包，包括：支持所有配件类型和广播数据的广播包；和/或，分别支持每一个配件类型的广播包。
根据本发明一实施方式，智能配件30还包括数据交换模块，用于与建立连接的所述外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。
根据本发明一实施方式，数据交换模块具体用于，基于主BLE Service中的BLECharacteristic，向所述外围设备写入请求数据，以使所述外围设备在收到请求数据后，触发相应的业务流程。
根据本发明一实施方式，数据交换模块还用于，以BLE数据包格式写入请求数据，所述BLE数据包包括多个数据项dataN；其中，所述dataN包含有数据结束标志。
同样，基于如上文所述基于BLE的设备连接实现方法，本发明实施例又提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，当所述程序被处理器执行时，使得所述处理器至少执行如下所述的操作步骤：操作101，智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；操作102，智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；操作103，智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
这里需要指出的是：以上针对智能配件及计算机存储介质实施例的描述，与前述图1和2所示的方法实施例的描述是类似的，具有同前述图1和2所示的方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本发明智能配件及计算机存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本发明前述图1和2所示的方法实施例的描述而理解，为节约篇幅，因此不再赘述。
进一步地，基于上文所述基于BLE的设备连接实现方法，本发明实施例又提供一种基于BLE协议的设备连接实现系统，如图4所示，该系统40包括：外围设备401和智能配件402，其中，外围设备401，用于持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；智能配件402，用于发起BLE扫描，以扫描由外围设备401持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；还用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备401；还用于向匹配的外围设备401发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备401之间的BLE连接建立。
根据本发明一实施方式，该外围设备401为智能手表，智能配件402为智能耳机或心电图ECG配件。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙低功耗BLE协议的设备连接实现方法，其特征在于，所述方法包括：
智能配件发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；
所述智能配件根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；
所述智能配件向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能配件根据扫描到的BLEAdvertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备，包括：
使用Service UUID进行BLE扫描，并解析Service Data中的version和device flags，以确定是否扫描到匹配的外围设备；
或，使用Service Data进行BLE扫描，并匹配所述Service Data中的version和deviceflags，以确定是否扫描到匹配的外围设备。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述由外围设备持续发送的BLEAdvertise Payload协议的广播包，包括：支持所有配件类型和广播数据的广播包；和/或，分别支持每一个配件类型的广播包。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立之后，所述方法还包括：
所述智能配件与建立连接的所述外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述智能配件与建立连接的所述外围设备之间通过BLE GATT Server协议进行数据交换，包括：
基于主BLE Service中的BLE Characteristic，所述智能配件向所述外围设备写入请求数据，以使所述外围设备在收到请求数据后，触发相应的业务流程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述BLE Characteristic至少包括如下类型之一：智能耳机快速配对，智能耳机展示电量及心电图ECG配件数据展示。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述智能配件向所述外围设备写入请求数据，包括：
所述智能配件以BLE数据包格式写入请求数据，所述BLE数据包包括多个数据项dataN；其中，所述dataN包含有数据结束标志。
8.一种智能配件，其特征在于，包括：
扫描模块，用于发起BLE扫描，以扫描由外围设备持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；
确定模块，用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；
建立连接模块，用于向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
9.一种基于BLE协议的设备连接实现系统，其特征在于，所述系统包括外围设备和智能配件，其中，
所述外围设备，用于持续发送的BLE Advertise Payload协议的广播包；
所述智能配件，用于发起BLE扫描，以扫描由所述外围设备持续发送的BLE AdvertisePayload协议的广播包；还用于根据扫描到的BLE Advertise Payload协议的广播包来确定扫描到匹配的外围设备；还用于向匹配的外围设备发起BLE连接，以实现与匹配的外围设备之间的BLE连接建立。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外围设备为智能手表，所述智能配件为智能耳机或心电图ECG配件。
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