CN111262657B - 通过gatt和数据分割重组来适配的通信方法及系统 - Google Patents

通过gatt和数据分割重组来适配的通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于数据通信技术领域，尤其涉及通过GATT和数据分割重组来适配的通信系统，其中，包括发送方分割过程和接收方重组过程，本发明解决了当存在当一个CPA PDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，则需要分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPA PDU的重组处理的问题，真正实现了GATT层与PHD层之间的通信适配。

Description

通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统
技术领域
本发明属于数据通信技术领域，尤其涉及通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统。
背景技术
通用属性协议GATT(GenericAttribute Profile)负责两个BLE设备间的数据交互。GATT使用了ATT(Attribute Protocol)协议，GATT将ATT中定义的属性进行分组，包括“服务(Service)”和“特征(Characteristic)”，一个服务中包含了一个或多个特征，每个特征由多个属性进行描述，服务的集合形成了GATT Profile，Bluetooth SIG官方定义了一些标准的Service供开发者使用，这些服务和特征对应的数据由ATT保存在一个查找表中，通过分配的UUID作为每一项的索引。GATT还使用ATT中的属性操作方法定义子程序以实现不同的功能，即GATT Feature。GATT中定义了11项子程序，本发明中的GATT数据交换过程使用到了其中的“写特征值子程序(Characteristic Value Write)”、“指示子程序(Characteristic Value Indication)”和“写特征描述符子程序(CharacteristicDescriptorValue Write)”。对于GATT来说，向上与应用层交互，为应用层提供合适的GATTprofile结构，向下将任务子程序交给ATT完成。
本发明构建的CPA(Communication ProtocolAdaption，通信协议适配)层用于在BLE的GATT层与使用ISO/IEEE 11073-20601协议进行数据交换的PHD(Personal HealthDevices，个人健康设备)层之间建立适配。CPA层将PHD层传输的APDU作为净荷封装为CPAPDU，然后GATT层将CPAPDU作为净荷封装为GATT PDU并传输到对端设备。由于ISO/IEEE11073-20601传输的消息的长度(最大为63K字节)远大于BLE中GATT消息的长度，因此一般情况下，需要将CPAPDU分割为合适的片段再通过GATT传输，并在接收端进行片段重组。
本发明基于“专利号为201910784387.7”的通过ATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统；
本发明基于“专利号为201910766067.9”的一种依赖于GATT和指示进行适配的数据通信方法及系统；
现有通讯方式存在当一个CPAPDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，则需要分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPAPDU的重组处理的问题。
发明内容
本发明提供通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统，以解决上述背景技术中提出了当一个CPA PDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，则需要分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPA PDU的重组处理的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法，所述通信方法包括在主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层、属性协议ATT层、通用属性规范GATT层、通用属性规范协议适配CPA层、数据交换协议PHD层和应用层的数据通信协议栈层级结构；
所述CPA层包括分割和重组方法，所述分割和重组方法包括：
发送方分割过程：
若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时，则进行分割发送处理；
接收方重组过程：
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU，则进行重组接收处理。
进一步，所述通信方法还包括：
所述若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时，则进行分割发送处理，所述GATT PDU的净荷依次包括SAR字段、CPA PDU片段；
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU，则进行重组接收处理，所述接收方根据接收的SAR字段将接收到的CPA PDU片段重组为一个完整的CPAPDU。
进一步，所述SAR字段的特性包括：
所述SAR字段长度为一个字节；
所述SAR字段的其中两个比特共同组成片段类型标识位，所述片段类型标识位的取值只能为预设值A或预设值B或预设值C或预设值D。
进一步，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段可能包括一个比特为CPA PDU可靠传输标识位。
进一步，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段中不属于片段类型标识位和CPAPDU可靠传输标识位的其它比特可共同组成片段序号，所述片段序号取值从零开始单向逐一递增且可循环，用以对相邻的CPA PDU片段逐个进行连续编号。
进一步，所述SAR字段的特性还包括：
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为1时，表示当前CPA PDU任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方重新传输该CPA PDU的所有片段；
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为0时，表示当前CPA PDU的任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方继续传输该CPA PDU的下一个片段。
进一步，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段中CPA PDU可靠传输标识位是否在SAR字段中存在在通信开始前已由双方确定；若确定存在，则CPA PDU可靠传输标识位的值在一次通信过程中保持不变。
同时，本发明还提供通过GATT和数据分割重组来适配的通信系统，所述通信系统基于主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层、属性协议ATT层、通用属性规范GATT层、通用属性规范协议适配CPA层、数据交换协议PHD层和应用层的数据通信协议栈层级结构；
所述CPA层包括分割和重组模块，所述分割和重组模块用于：
实现上述任一项的分割和重组方法。
有益技术效果：
由于采用所述CPA层包括分割和重组方法，所述分割和重组方法包括：发送方分割过程：若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时，则进行分割发送处理；接收方重组过程：若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU，则进行重组接收处理；
本发明的特点在于：
1、相较于“专利号为201910784387.7的通过ATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统”，本发明使用GATT传输PHD层的APDU，隐藏了ATT层通信的部分细节，降低了应用层开发的难度，减轻了开发人员的负担，扩展了应用层对于底层开发接口的适用范围。
2、相较于“专利号为201910784387.7的通过ATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统”，本发明提供了利用GATT对PHD层的APDU进行分割重组的方法，解决了不同层级之间的载荷容量不匹配的问题。
3、相较于“专利号为201910784387.7的通过ATT和数据分割重组来适配的通信方法及系统”，本发明定义了两种CPA PDU重传模式，为应用层开发人员选择技术方案提供了更多的灵活性。
本发明针对CPA PDU的分割和重组定义了一个长度为一个字节的分割和重组SAR字段，该SAR字段和CPA PDU片段组合共同作为净荷被封装为GATT PDU，并且该SAR字段中一个比特被定义为CPAPDU可靠传输标识位，通过对该标识位赋值，可以选择CPA PDU的重传模式：
该标志为置1，表示在任一个CPA PDU传输被暂停且通信恢复后，发送方重新发送该CPA PDU的所有片段，接收方清除之前已接收的部分片断。
该标识位置0，表示在一个CPAPDU的任一个片段传输完成后传输暂停，且通信恢复后，发送方重新发送该CPA PDU的下一个片段，接收方保存之前已接收的部分片断。
该标识位通信双方决定是否存在，并且在一次通信过程中保持不变。
由于所述CPA层的特征在于，由CPA数据交换单元(CPA PDU)和CPA数据交换过程构成，所述CPAPDU是在CPA层被交换的、具有特定格式的数据消息，CPA PDU作为GATT PDU中的净荷经GATT传输，所述CPA层将APDU封装为CPAPDU后，能够对CPA PDU进行分割和重组，因此，当一个CPA PDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，CPA PDU被发送方分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPA PDU的重组。
附图说明
图1是本发明通过GATT数据分割重组来适配的通信方法的流程图；
图2是本发明中CPA PDU的分割实例图。
本发明提供的技术方案在实施时具有灵活性，通过设置该技术方案中的部分参数以及阐述与之关联的较佳的应用设计，可以为本发明所要达到的技术效果提供优选方案，下面结合附图对本发明做进一步描述：
图中标号表示如下：
1—底层传输层，2—ATT层，3—GATT层，4—CPA层，5—PHD层，6—应用层；
ST301：发送方的CPA层将CPA PDU传输于GATT层时，判断CPA PDU的长度；
ST302：若一个CPA PDU可以完整置于一个GATT PDU的净荷中时；
ST303：则进行完整发送处理；
ST304：若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时；
ST305：则进行分割发送处理；
ST306：接收方的CPA层接收到经GATT数据交换过程传输的GATT PDU净荷时，根据GATT PDU净荷数据的SAR字段判断紧跟的数据是否为一个完整的CPA PDU；
ST307：若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据确定为一个完整的CPA PDU；
ST308：则进行完整接收处理；
ST309：若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU；
ST310：则进行重组接收处理；
实施例：
图1所示为基于GATT传输CPA PDU时，CPA层的分割和重组功能。
如图1所示，通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法，所述通信方法包括在主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层1、属性协议ATT层2、通用属性规范GATT层3、通用属性规范协议适配CPA层4、数据交换协议PHD层5和应用层6的数据通信协议栈层级结构；
所述CPA层4包括分割和重组方法，所述分割和重组方法包括：
发送方分割过程：
若一个CPAPDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时ST304，则进行分割发送处理ST305；
接收方重组过程：
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU ST309，则进行重组接收处理ST310。
由于所述数据通信的方法还包括所述数据通信的方法还包括主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层、ATT层、GATT层、CPA层、PHD层和应用层的数据通信协议栈层级结构。；
由于包括通信协议适配层(CPA层)，CPA层所属的数据通信协议栈层级结构由下至上分别为底层传输层、ATT层、GATT层、CPA层、PHD层和应用层。CPA由数据单元CPA PDU和CPA数据交换过程构成。本发明提供的CPA层通过对底层传输层的运行进行管理，使得依赖于可靠底层传输(connection-oriented)的PHD能够在以无状态(stateless)通信为特征的GATT上正常运行，不受GATT和底层传输频繁断开和重连的影响，不受GATT的协议消息长度的限制，既充分利用GATT的低功耗特性，又能够实现通信双方在应用层的同步交互；
由于从设备和主设备通过发送GATT PDU来发送CPA PDU以及通过接收GATT PDU来接收CPAPDU。GATT层及底层提供数据传输服务，并保证数据单元有序传输。此外，从设备和主设备还负责对CPA PDU进行封装和解封装。本发明的诸多优势使得本发明具有较强的通用性和兼容性；
所述通信方法还包括：
所述若一个CPAPDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时ST304，则进行分割发送处理ST305，所述GATT PDU的净荷依次包括SAR字段、CPA PDU片段；
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU ST309，则进行重组接收处理ST310，所述接收方根据接收的SAR字段将接收到的CPAPDU片段重组为一个完整的CPA PDU。
由于所述CPA层的特征在于，由CPA数据交换单元(CPA PDU)和CPA数据交换过程构成，所述CPAPDU是在CPA层被交换的、具有特定格式的数据消息，CPA PDU作为GATT PDU中的净荷经GATT传输，所述CPA层将APDU封装为CPAPDU后，能够对CPA PDU进行分割和重组，因此，当一个CPA PDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，CPA PDU被发送方分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPA PDU的重组；
由于CPA主设备或CPA从设备在完整发送一个CPAPDU之前，不能发送其它的CPAPDU；或者CPA主设备或CPA从设备在完整接收一个CPA PDU之前，不能接收其它的CPA PDU。该方法被视为CPA层的最小操作(即：不可再分、必须一次性完成的操作)。如果一个CPAPDU不能通过一个“写特征值子程序”完整传输，或者一个CPAPDU不能通过一个“指示子程序”完整传输，则主设备会通过一组(连续多个)“写特征值子程序”来完成一个CPA PDU的传输，或者从设备会通过一组(连续多个)“指示子程序”来完成一个CPA PDU的传输。
当一个CPA PDU不能被完整地置于一个GATT PDU的净荷中时，CPA PDU被发送方分割为多个有序片段并通过多个GATT PDU连续有序地传输，然后由接收方完成CPA PDU的重组。当采用GATT传输CPA PDU时，GATT指令的净荷内容依次为“[SAR字段][CPA PDU]”或者“[SAR字段][CPA PDU片段]”，其中，SAR字段长度为一个字节，该字段的其中两个比特共同组成片段类型标识位，该标识位的取值只能为预设值A、预设值B、预设值C或预设值D。SAR字段的另外六个比特可共同组成片段序号，其取值从零开始单向逐一递增且可循环，用以对相邻的CPAPDU片段逐个进行连续编号，当SAR字段的片段类型标识位的值为预设值A时指示GATT PDU中置有一个完整的CPA PDU，当片段类型标识位的值为预设值B时指示GATT PDU中置有一个至少包含CPA PDU的头部的起始片段；当片段类型标识位的值为预设值C时指示GATT PDU中置有CPA PDU的中间片段；当片段类型标识位的值为预设值D时指示GATT PDU中置有CPA PDU的结束片段；预设值A或预设值D指示的片段，其长度是可变的，片段长度小于等于“GATT PDU的最大净荷长度减1”；预设值B或预设值C指示的片段，其长度是固定的，片段长度等于“GATT PDU的最大净荷长度减1”；进行CPA PDU分割和重组时，上述两操作可以同时执行，下述操作按顺序执行；CPA PDU的片段按照CPA PDU的分割顺序依次通过多个GATT PDU串行传输，当接收方接收到GATT PDU时，CPA层根据GATT PDU中净荷数据的SAR字段进行CPA PDU的重组。
所述SAR字段的特性包括：
所述SAR字段长度为一个字节；
所述SAR字段的其中两个比特共同组成片段类型标识位，所述片段类型标识位的取值只能为预设值A或预设值B或预设值C或预设值D。
由于若SAR字段的片段类型标识位为预设值A，则确定SAR字段后跟一个完整的CPAPDU；所述重组接收处理包括：若SAR字段的片段类型标识位为预设值B，则确定SAR字段后跟CPA PDU的起始片段，接收方的CPA层4继续等待接收剩余CPA PDU片段，直到接收到SAR字段的片段类型标识位为预设值D的CPA PDU片段为止，并根据SAR字段将接收到的CPA PDU片段重组为一个完整的CPA PDU。
所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段可能包括一个比特为CPA PDU可靠传输标识位。
所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段中不属于片段类型标识位和CPA PDU可靠传输标识位的其它比特可共同组成片段序号，所述片段序号取值从零开始单向逐一递增且可循环，用以对相邻的CPA PDU片段逐个进行连续编号。
所述SAR字段的特性还包括：
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为1时，表示当前CPA PDU任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方重新传输该CPA PDU的所有片段；
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为0时，表示当前CPA PDU的任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方继续传输该CPA PDU的下一个片段。
由于针对CPA PDU的分割和重组定义了一个长度为一个字节的分割和重组SAR字段，该SAR字段和CPA PDU片段组合共同作为净荷被封装为GATT PDU，并且该SAR字段中一个比特被定义为CPA PDU可靠传输标识位，通过对该标识位赋值，可以选择CPA PDU的重传模式：该标志为置1，表示在任一个CPA PDU传输被暂停且通信恢复后，发送方重新发送该CPAPDU的所有片段，接收方清除之前已接收的部分片断；该标识位置0，表示在一个CPA PDU的任一个片段传输完成后传输暂停，且通信恢复后，发送方重新发送该CPA PDU的下一个片段，接收方保存之前已接收的部分片断；该标识位通信双方决定是否存在，并且在一次通信过程中保持不变。
图2为CPA PDU片段经GATT传输时，与一个长度为1字节的SAR字段组合共同作为净荷被封装为GATT PDU的过程，该SAR字段中一个比特被定义为CPA PDU可靠传输标识位，通过对该标识位赋值，可以选择CPA PDU的重传模式：
该标志为置1，表示在任一个CPA PDU传输被暂停且通信恢复后，发送方重新发送该CPA PDU的所有片段，接收方清除之前已接收的部分片断；
该标识位置0，表示在一个CPA PDU的任一个片段传输完成后传输暂停，且通信恢复后，发送方重新发送该CPA PDU的下一个片段，接收方保存之前已接收的部分片断；
该标识位是否存在由通信双方事先决定，并且在一次通信过程中保持不变；
利用本发明的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.通过GATT和数据分割重组来适配的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括在主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层、属性协议ATT层、通用属性规范GATT层、通用属性规范协议适配CPA层、数据交换协议PHD层和应用层的数据通信协议栈层级结构；
所述CPA层包括分割和重组方法，所述分割和重组方法包括：
发送方分割过程：
若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时，则进行分割发送处理；
接收方重组过程：
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU，则进行重组接收处理；
所述CPA层用于在BLE的GATT层与使用ISO/IEEE 11073-20601协议进行数据交换的PHD层之间建立适配，所述CPA层将PHD层传输的APDU作为净荷封装为CPA PDU，然后GATT层将CPA PDU作为净荷封装为GATT PDU并传输到对端设备；
所述SAR字段的特性包括：
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为1时，表示当前CPA PDU任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方重新传输该CPA PDU的所有片段；
若SAR字段中的CPA PDU可靠传输标识位为0时，表示当前CPA PDU的任一个片段传输完成后的任意时刻，CPA PDU传输被暂停且在通信恢复后，通信双方继续传输该CPA PDU的下一个片段。
2.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述通信方法还包括：
所述若一个CPA PDU不能完整置于一个GATT PDU的净荷中时，则进行分割发送处理，所述GATT PDU的净荷依次包括SAR字段、CPA PDU片段；
若GATT PDU净荷数据的SAR字段紧跟的数据不是一个完整的CPA PDU，则进行重组接收处理，所述接收方根据接收的SAR字段将接收到的CPA PDU片段重组为一个完整的CPA PDU。
3.根据权利要求2所述通信方法，其特征在于，所述SAR字段的特性包括：
所述SAR字段长度为一个字节；
所述SAR字段的其中两个比特共同组成片段类型标识位，所述片段类型标识位的取值只能为预设值A或预设值B或预设值C或预设值D。
4.根据权利要求3所述通信方法，其特征在于，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段可能包括一个比特为CPA PDU可靠传输标识位。
5.据权利要求4所述通信方法，其特征在于，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段中不属于片段类型标识位和CPA PDU可靠传输标识位的其它比特可共同组成片段序号，所述片段序号取值从零开始单向逐一递增且可循环，用以对相邻的CPA PDU片段逐个进行连续编号。
6.据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述SAR字段的特性还包括：所述SAR字段中CPA PDU可靠传输标识位是否在SAR字段中存在在通信开始前已由双方确定；若确定存在，则CPA PDU可靠传输标识位的值在一次通信过程中保持不变。
7.通过GATT和数据分割重组来适配的通信系统，其特征在于，所述通信系统基于主、从设备进行数据交换前，通信双方分别建立由下至上依次为底层传输层、属性协议ATT层、通用属性规范GATT层、通用属性规范协议适配CPA层、数据交换协议PHD层和应用层的数据通信协议栈层级结构；
所述CPA层包括分割和重组模块，所述分割和重组模块用于：
实现如权利要求1～权利要求6的任一项的分割和重组方法。
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