CN110913382A - 一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,控制节点中,预设中继(relay)节点发射功率调节的触发条件,以及中继(relay)节点的最佳接收的信号强度指示(RSSI)表;当满足中继(relay)节点发射功率调节的触发条件时,控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。其优点在于可以自动调节通信系统中部分节点的发射功率为合理数值,可以自动调节通信系统中中继节点的发射功率为合理数值,能够根据现场的通信质量动态下,有效减小发射功率,从而减小蓝牙mesh网络通信中的整体功耗。
Description
技术领域
本发明涉及了一种通信系统,特别涉及了一种基于蓝牙mesh技术的通信系统。
背景技术
目前比较热门的短距离无线通信技术有WiFi,蓝牙,ZigBee,Z-Wave,NFC等;每一个技术的诞生都有本身的优势和劣势,在不同的应用领域,发挥不同的作用。这些技术的成功都是在无线射频技术的基础上发展而来。
蓝牙技术是世界著名的5家大公司一爱立信(Ericsson)、诺基亚(Nokia)、东芝(TOshiba)、国际商用机器公司(IBM)和英特尔(Intel),于1998年5月联合宣布的一种无线通信新技术。该技术在短短二十年的时间里,使用技术和应用规范慢慢成熟,应用于各种各样的场合中,随处可见手机,电脑,键盘,鼠标,音响等设备。随着IOT的发展,蓝牙技术在智能家居方面也有所突破,比如用于低功耗的BLE技术,应用于网络传输的蓝牙mesh技术。
常规的蓝牙mesh网络设备的发射功率是固定不变的变化范围为-20dBm~10dBm不等,根据不同的应用场景选择合适的发射功率。蓝牙是基于2.4G网络通信,对于环境的适应性很差,实际的应用环境千变万化,简单的一个路由器或者一面墙,一扇门,都会对通信有干扰。如果我们使用相同的发射功率,可能会出现mesh网络接收设备因发射设备功率太小不能正常接收传输信号,或者发射设备功率太大造成资源浪费的问题。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,可以自动调节通信系统中部分节点的发射功率为合理数值,可以自动调节通信系统中中继节点的发射功率为合理数值,能够根据现场的通信质量动态下,有效减小发射功率,从而减小蓝牙mesh网络通信中的整体功耗,节约资源,克服现有技术的缺陷。
本发明提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,包括:控制节点、代理(proxy)节点,若干个中继(relay)节点;其中,控制节点、代理(proxy)节点,中继(relay)节点都具有蓝牙通信模块,相互之间采用蓝牙通信模块进行信息交互;中继(relay)节点都具有与之通信的中继(relay)节点的当前路由列表;控制节点中,预设中继(relay)节点发射功率调节的触发条件,以及中继(relay)节点的最佳接收的信号强度指示(RSSI)表;当满足中继(relay)节点发射功率调节的触发条件时,控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
本发明提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,具有这样的特征:当增加或者删除中继(relay)节点中任意一个或几个中继(relay)节点时,中继(relay)节点更新当前路由列表;中继(relay)节点发送更新的路由列表和接收信号强度给控制节点;控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节的触发条件为:当前路由列表被更新;控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
本发明提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节触发条件为:周期性触发;控制节点根据预设的周期时间,获取中继(relay)当前的路由列表和接收信号强度给控制节点;控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
本发明提供一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节触发条件为信号触发;当控制节点接收到触发信号后,获取中继(relay)节点当前的路由列表和接收信号强度给控制节点;控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
本发明提供的一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:还包括好友(friend)节点,好友(friend)节点也具有蓝牙通信模块;中继(relay)节点和好友(friend)节点相互之间采用蓝牙通信模块进行信息交互。
本发明提供的一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:还包括低功耗(LPN)节点;低功耗(LPN)节点也具有蓝牙通信模块;低功耗(LPN)节点和好友(friend)节点之间采用蓝牙通信模块进行信息交互。
本发明提供的一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:当网络设备节点有改动时增加或者删除设备节点,对应的路由列表数据的更新由蓝牙mesh网络其中的各个节点发送health server model,根据控制节点控制中继(relay)节点的发射功率处于阈值范围内。
本发明提供的一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:控制节点、代理(proxy)节点,中继(relay)节点之间采用TC6203芯片作为蓝牙通信模块。
本发明提供的一种基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统,还可以具有这样的特征:控制节点为可移动设备。
附图说明
图1为蓝牙mesh网络个节点设备的通信的系统的连接示意图。
图2为relay节点调整各自路由节点的简单通讯方式示意图。
图3为自适应短距离通信系统的整体架构图。
图4为实施例中的自适应短距离通信系统的各节点的结构示意图。
附图标记:P为代理(proxy)、R为中继(relay)节点、F为好友(friend)节点,L为低功耗(LPN)节点。
具体实施方式:
为了更加清晰的说明本发明的实现方式,以下结合附图及实例,对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体例子仅仅用于解释本发明内容,并不用于限定本实施方式。
图1为蓝牙mesh网络个节点设备的通信的系统的连接示意图。
如图1所示,蓝牙mesh网络个节点设备的通信的系统,包括:代理(proxy)节点、中继(relay)节点、好友(friend)节点以及L为低功耗(LPN)节点。本实施例中的代理(proxy)节点、中继(relay)节点、好友(friend)节点可以直接广播通信,低功耗(LPN)节点必须通过好友(friend)节点和mesh网络通信。
为了控制的系统的稳定性,本实例只对蓝牙mesh网络中的中继(relay)节点设备做调节发射功率的操作,因中继(proxy)节点是为了接入可移动的控制节点。本实例中的控制节点为手机,可控制节点的位置并不是固定的,所以不适合对中继(proxy)节点的发射功率做调整;同时对于好友(friend)节点设备,需要存储LPN设备的信息包,占用一定的系统资源,考虑到低功耗(LPN)节点通信的可靠性,同样不对好友(friend)节点做调整发射功率的操作。
代理(proxy)节点、中继(relay)节点、好友(friend)节点以及L为低功耗(LPN)节点具有蓝牙通讯模块,相互之间采用蓝牙通信模块进行信息交互。
本实施例中,蓝牙mesh通信模块采用TC6203芯片作为蓝牙通信模块,当然也可以采用其他蓝牙模块进行通讯,不同的节点不必使用相同型号的通信模块。
图2为relay节点调整各自路由节点的简单通讯方式示意图。
如图2所示,蓝牙mesh网络个节点设备的通信的系统中三个中继(relay)节点R1,R2,R3。在触发调整发射功率的指令后,节点设备利用health sever model,发送在自身设备信息的数据,当R2第一次接收到该数据包时,返回节点设备R1一个带R2自身设备信息的数据包,R1节点设备接收该数据保护更新路由表。以此方法对于relay节点R2和R3同样的操作。
图3为自适应短距离通信系统的整体架构图。
如图3所示,基于蓝牙mesh自动调整发射功率的通信网络系统的三个组成部分:控制节点即移动端设备(手机)、代理(proxy)节点、中继(relay)节点,她们相互之间采用蓝牙mesh进行信息交互。
移动端设备(手机)通过代理(proxy)节点接入mesh网络,移动端设备发送的控制指令通过代理(proxy)节点控制蓝牙网络中的中继(relay)节点设备的发射功率。
图4为实施例中的自适应短距离通信系统的各节点的结构示意图。
如图4所示,本实施例中,为mesh网络通信中relay节点,共有9个通信节点,P1为代理(proxy)节点,R2~R7为六个中继(relay)节点,F8为好友(friend)节点,L9为低功耗(LPN)节点;其中实线部分为通信的有效路径,虚线部分为可能存在的有效路径。
根据蓝牙mesh通信的标准建立mesh网络,每一个设备分配一个device ID,从P1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,F8,L9节点设备的device ID分别为0x0001~0x0009,依次加一。Mesh网络建立完成后,控制节点即移动端设备(手机)可以通过代理(proxy)节点P1调整六个中继(relay)节点的发射功率的控制指令,分别对R2~R7发送health server module数据帧,调整每个relay节点的路由列表。
P1发送目的地址为R2的health server module数据帧到mesh网络,R2第一次接收到该数据包,返回一个应答数据帧到上级设备并记录该设备,由图4所示的通信网络,该上级设备可能为P1和R4,根据距离的有效性,我们假定为P1设备,则R2记录一条该有效路径的路由信息,完善R2路由列表,对于之后从其他路径发送的信息自动忽略。
P1发送目的地址为R7的health server module数据帧到mesh网络,假设有效路径为P1->R3->R7,则R7在第一次接收到该数据帧后,返回R3一个应答数据帧,并记录该有效路由信息,同时R3将接收到来自R7的返回数据帧,转发给P1,并记录该有效路径,完善R7,R3路由列表。
P1发送目的地址为F8的health server module数据帧到mesh网络,假设有效路径为P1->R4->R5->F8,则F8返回R5一个应答数据帧,R5接收到该数据帧后返回R4该数据帧,同时记录该有效路径,完善路由列表,从R4到P1按照同样的方式,完善R4路由列表信息。
根据以上方式,完善所有relay节点设备的路由列表信息。Mesh网络中所有relay节点根据各自的路由列表信息调整对应的发射功率。
当增加或者删除中继(relay)节点中任意一个或几个中继(relay)节点时,中继(relay)节点更新当前路由列表;中继(relay)节点发送更新的路由列表和接收信号强度给控制节点;
控制节点中预设的中继(relay)节点发射功率调节的触发条件被触发,即当前路由列表被更新;控制节点发射功率的控制指令,按照以上的方式对蓝牙mesh网络中每个relay节点设备做此操作,同时检测路由列表的有效性,删除无效的路由信息或者添加有效的节点路由信息。
中继(Relay)节点设备有完整的路由信息,都具有之通信的中继(relay)节点的当前路由列表以及接收信号强度信息。以利用RSSI为-50dBm为调整点,当本relay节点中的路由表中所有节点的信息中最小的RSSI数值对应的功率阈值为-50dBm到-40dBm。若则当该relay节点小于-50dbm则增大发射功率,大于-40dBm则减小发射功率。最佳接收的信号强度指示(RSSI)和发射功率阈值的对比表的数据可以通过蓝牙设备通信节点系统化的测试获得。
控制节点中预设的中继(relay)节点发射功率调节的触发条件也可以为周期性触发。控制节点根据预设的周期时间,获取中继(relay)当前的路由列表和接收信号强度给控制节点。控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节触发条件也可以为信号触发当控制节点接收到触发信号后,获取中继(relay)节点当前的路由列表和接收信号强度给控制节点。控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。所谓的信号可以是为开关信号,由人工开启或其他电子信息设备发出的信号。
对于使用移动端设备(手机)调整发射功率的方法的说明,对于TC6203芯片发射功率可调范围为-20~13dBm,TC6203芯片为基于ARM的Cortex-M0,32bit处理器,控制发射功率数值由一个32位寄存器控制,该寄存器的偏移地址为0x50C,有效位为8位,发射功率的调节间隔为1dBm,调用底层驱动函数TC_set_Txpower_Reg(int8_t val)写入对应数值即可设置发射功率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于蓝牙mesh网络自适应短距离通信系统,其特征在于:包括,控制节点、代理(proxy)节点,若干个中继(relay)节点;
其中,控制节点、代理(proxy)节点,中继(relay)节点都具有蓝牙通信模块,相互之间采用蓝牙通信模块进行信息交互;
中继(relay)节点都具有与之通信的中继(relay)节点的当前路由列表;
控制节点中,预设中继(relay)节点发射功率调节的触发条件,以及中继(relay)节点的最佳接收的信号强度指示(RSSI)表;
当满足中继(relay)节点发射功率调节的触发条件时,控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
2.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,当增加或者删除中继(relay)节点中任意一个或几个中继(relay)节点时,中继(relay)节点更新当前路由列表;
中继(relay)节点发送更新的路由列表和接收信号强度给控制节点;
控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节的触发条件为:当前路由列表被更新;
控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
3.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节触发条件为:周期性触发;
控制节点根据预设的周期时间,获取中继(relay)当前的路由列表和接收信号强度给控制节点;
控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
4.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,控制节点预设的中继(relay)节点发射功率调节触发条件为信号触发;
当控制节点接收到触发信号后,获取中继(relay)节点当前的路由列表和接收信号强度给控制节点;
控制节点增大或减小中继(relay)节点的发射功率,直到该中继(relay)节点的接收信号强度处于最佳接收的信号强度指示(RSSI)范围内。
5.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
还包括好友(friend)节点,好友(friend)节点也具有蓝牙通信模块;
中继(relay)节点和好友(friend)节点相互之间采用蓝牙通信模块进行信息交互。
6.如权利要求5的自适应短距离通信系统,其特征在于:
还包括低功耗(LPN)节点;低功耗(LPN)节点也具有蓝牙通信模块;
低功耗(LPN)节点和好友(friend)节点之间采用蓝牙通信模块进行信息交互。
7.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,当网络设备节点有改动时增加或者删除设备节点,对应的路由列表数据的更新由蓝牙mesh网络其中的各个节点发送health server model,根据控制节点控制中继(relay)节点的发射功率处于阈值范围内。
8.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,控制节点、代理(proxy)节点,中继(relay)节点之间采用TC6203芯片作为蓝牙通信模块。
9.如权利要求1的自适应短距离通信系统,其特征在于:
其中,控制节点为可移动设备。
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