CN111542029B - 蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机可读存储介质，通过节点与Mesh网络中在该节点无线覆盖范围内的周围节点之间建立BLE连接，对比广播，BLE连接具有更快的及时性和可靠性，能够更快的知道绑定节点是否仍然处于绑定范围内，保证消息传达的及时性和可靠性。

Description

蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机 可读存储介质

技术领域

本发明涉及蓝牙mesh领域，具体涉及一种蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机可读存储介质。

背景技术

蓝牙Mesh是一个基于低功耗蓝牙(BLE，Bluetooth Low Energy)的多对多网络，网络中的BLE设备称之为Node，即节点，每个节点都可以和其他节点自由通信，节点的类型根据其特征分为：

LP Node(LowPower Node，低功耗节点)，功率受限的节点，利用低功耗特性来节省功耗；

Friend Node，与LP Node配合，存储发往LP Node的消息和安全更新，当LP Node需要时再将存储的信息传输至LP Node；

Relay Node，能够接收和转发消息，通过消息在节点之间的中继，实现更大规模的网络；

Proxy Node，实现GATT(Generic Attribute，通用属性)和蓝牙mesh节点之间的mesh消息发送与接收。

由于Relay Node的存在，节点能够将数据中继到不在初始节点无线覆盖范围内的其他节点，这样，mesh网络就能够跨越非常大的物理区域，并包含大量BLE设备。

现有蓝牙Mesh近端节点与远端节点间的数据传输采用的是网络泛洪方法，在该方法的网络中，每个节点都不知道其它节点的资源；在数据通信过程中，节点都是通过广播转发其收到的数据，当两个节点之间距离较远时，中间节点需要不断一级一级广播数据，最终才能到达目的节点。但是泛洪方式会导致网络中充斥着大量重复的数据，占用网络资源，使得节点自身消耗大量能量。

申请号为201910169002.6，申请日为2019年3月6日的专利公开了一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法，该专利通过确定节点的一跳设备缓存列表，当该节点发送数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：如果相同，则将该数据包的TTL值设置为1，并发送该数据包，否则，将该数据包的TTL值减一，并转发该数据包。以此来减少蓝牙Mesh网络中(尤其是密集的蓝牙Mesh网络中)不必要的数据包转发。

上述专利的一跳设备缓存列表是基于设定节点RSSI(Received Signal StrengthIndication，接收信号强度指示)阈值实现，具体为节点从另一节点接收到的数据包的RSSI值大于设定RSSI阈值时，将另一节点的地址加入节点的一跳设备缓存列表。一跳设备缓存列表中删除节点地址时，通过节点在指定时间内没有从另一节点收到心跳包时进行删除，或者通过节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值大于到达该节点时的TTL值进行删除(如果原始TTL值大于收到的TTL值，则说明数据包经过转发到达该设备节点)。

然而，以上述删除节点地址的方式，需要通过心跳包或数据包的接收实现，心跳包的传输间隔以秒计算，数据包节点需要在下一个数据包到达后实现。假如节点移走了无法快速知道的话，此时有消息过来会导致错误的修改TTL值，造成消息停止中继，进而有可能造成无法到达目标节点的情况发生。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机可读存储介质，目的在于解决上述问题中的至少一个。

第一方面，本发明提供了一种蓝牙Mesh的节点绑定方法，包括：

节点组网步骤，BLE设备通过组网器接入Mesh网络；

节点绑定步骤，所述节点在接入Mesh网络后，搜索扫描周围节点，并与周围节点BLE连接。

具体的，所述节点绑定步骤中包括，建立本地节点列表，交换绑定节点之间的节点信息，并将该节点信息写入本地节点列表。

具体的，所述节点信息包括该节点的蓝牙地址、NID和与NID对应的单播地址。

具体的，所述节点绑定方法还包括：节点删除步骤，节点与节点之间断开连接后，将所断开节点的节点信息从与其连接的节点的本地节点列表中删除。

第二方面，本发明提供了一种蓝牙Mesh的TTL值优化方法，在该方法中，Mesh网络中的各个节点通过上述节点绑定方法进行绑定，当任一节点接收到需要中继的消息时，根据消息中的目标地址和该节点的本地节点列表中的节点信息，决定是否修改该消息的TTL值。

具体的，在所述目标地址存在于本地节点列表的节点信息中时，将消息的TTL值修改为1。

第三方面，本发明提供了一种蓝牙Mesh系统，其采用了上述节点绑定方法、TTL值优化方法的其中至少一个。

第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述节点绑定方法、TTL值优化方法的其中至少一个。

本发明所提供的蓝牙Mesh的节点绑定方法、TTL值优化方法及其系统、计算机可读存储介质，通过节点与Mesh网络中在该节点无线覆盖范围内的周围节点之间建立BLE连接，对比广播，BLE连接具有更快的及时性和可靠性，能够更快的知道绑定节点是否仍然处于绑定范围内，保证消息传达的及时性和可靠性。

附图说明

附图1为本发明节点组网步骤提供的组网广播包的数据格式示意图。

附图2A为本发明所提供的节点信息交换所使用的Opcode数据包格式示意图。

附图2B为本发明所提供的节点信息交换所使用的Opcode命令包格式示意图。

附图3为本发明所提供的节点的本地节点列表各对应参数示意图。

附图4A、4B、4C分别为本发明所提供的节点N4与其绑定节点N1、N2、N3的位置变化示意图。

附图5为本发明所提供的TTL值优化方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明中附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分，而不是全部。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施手段，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种蓝牙Mesh的节点绑定方法，包括：

节点组网步骤，BLE设备通过组网器接入Mesh网络；

节点绑定步骤，所述节点在接入Mesh网络后，搜索扫描周围节点，并与周围节点BLE连接。

上述节点组网步骤中，组网器扫描周围的BLE设备，当扫描到mesh广播包时，可以经组网器配置后接入Mesh网络成为Mesh网络中的一节点，组网器通过组网广播包为该节点分配了network key和单播地址，其中，由network key生成的NID，用于表示对应的subnet(子网)，单播地址为该节点的身份标识。

上述组网广播包使用Advertising Data发送，参照图1，其示出了组网广播包的数据格式，其中用于装载广播内容的Payload包括AdvA和AdvData，AdvA为所分配的单播地址，AdvData为广播数据，其中包含的AD Structure里，包括AD_Length、AD_Type和AD_Data，AD_Length为AD Type和AD_Data的长度，AD_Type为PB-ADV对应的AD Type，AD_Data为PB-ADVPDU。

上述节点在完成组网后，进一步执行节点绑定步骤，该步骤中，节点通过搜索扫描Mesh网络中在该节点无线覆盖范围内的周围节点，与其一一建立BLE连接，BLE连接的一个节点和周围节点在本发明中合称为绑定节点，在发射功率不变，绑定节点能够成功绑定并且没有断开的情况下，说明绑定节点在绑定过程中的数据包能够正常的收发，因此，对于该节点的广播包也能被绑定节点的其他节点所接收到。

上述节点绑定步骤进一步包括，建立本地节点列表，交换绑定节点之间的节点信息，并将该节点信息写入本地节点列表。所述节点信息包括该节点的蓝牙地址、NID和与NID对应的单播地址。在Mesh网络中，其可以包括多个subnet，同一节点可以同时处于不同subnet内，因此，节点的节点信息可能包含不同subnet下的相同单播地址，即，在本地节点列表中，同一节点可能存在相同的单播地址对应不同的NID。在交换绑定节点之间的节点信息时，仅交换在同一网络下的节点信息，不同网络下的节点信息不予处理。

作为上述节点信息交换的一种可选示例，绑定节点之间节点信息的交换通过Opcode数据包实现，参照图2A，其示出了Opcode包的格式，该Opcode包为蓝牙Mesh协议规范规定的通用Opcode包，图中所示LLID表示该包的类型，本示例中，LLID＝01，表示为数据包，图中所示Ctrdata为节点信息的单播地址。

作为上述节点信息交换的另一种可选示例，绑定节点之间节点信息的交换通过Opcode命令包实现，参照图2B，其示出了Opcode包的格式，该Opcode包为蓝牙Mesh协议规范规定的通用Opcode包，图中所示LLID表示该包的类型，本示例中，LLID＝11，表示为命令包，图中所示ATT_Parameter为节点信息的单播地址。

作为上述节点信息交换的另一种可选示例，绑定节点之间节点信息的交换通过自定义Profile实现，通过绑定节点在组网过程中的轮询完成节点信息的交换。

上述本地节点列表根据需求可以包含多项参数，作为本发明的一种示例，参照图3所示，与节点信息对应的，本地节点列表包括与节点对应的蓝牙地址、NID和与NID对应的单播地址。

上述节点绑定进一步的，还包括：节点删除步骤，节点与节点之间断开BLE连接后，将所断开节点的节点信息从与其连接的节点的本地节点列表中删除。

在蓝牙Mesh网络中，所有节点的位置并非全部是固定不变的，有可能存在部分节点是可移动的。在蓝牙Mesh网络中，绑定节点中的某一节点移动致使该节点与其他绑定节点中的一个或多个断开连接时，从所断开连接的绑定节点的本地节点列表中删除该节点的节点信息，与该节点继续保持连接的其他绑定节点不变。

如图4A、4B、4C，参照图4A，在绑定节点N1、N2、N3、N4中，节点N4为可移动节点，在节点N4因某种原因移动至如图4B所示位置时，节点N4与节点N1断开连接，节点N1在发现到节点N4断开后，从其本地节点列表中删除关于节点N4的节点信息，而节点N4与节点N3仍继续保持连接，节点N3的本地节点列表不变。在节点N4移动至如图4C所示位置时，节点N4与节点N3断开连接，节点N3采取相同操作，从其本地节点列表中删除关于节点N4的节点信息。

在Mesh网络中，消息的中继通过中继节点实现，在中继节点接收到消息时，判断NID是否匹配，NID匹配后，对NetMIC(Message Integrity Check for Network，网络消息完整性验证)、SRC(Source Address，源地址)、DST(Destination Address，目标地址)进行验证和判断，并在cache(缓存)中查找是否曾接收过该消息，均满足条件后根据TTL值和DST判断是否需要转发，当TTL大于等于2且目标地址非该节点的单播地址时，将该消息的TTL值减一并转发，当TTL等于1时或目标地址为该节点的单播地址时，不进行转发。

上述TTL值为消息在Mesh网络中的存活时间，具体表现为消息的中继次数。消息在Mesh网络中的转发为无定向的，为保证消息能够顺利的被转发到目标节点，TTL值的初始值一般设置较大，使其具备足够中继次数，而为保证消息不在网络中被过多的转发导致大量的空中冗余流量，占用网络资源，影响网络吞吐量，因此，需要对TTL值进行适当的限制。

基于此，本发明进一步提供了一种蓝牙Mesh的TTL值优化方法，在该方法中，Mesh网络的各个节点通过上述节点绑定方法进行绑定，当任一节点接收到需要中继的消息时，根据消息中的目标地址和该节点的本地节点列表中的节点信息，决定是否修改该消息的TTL值。

上述TTL值优化方法中，在所述目标地址存在于本地节点列表的节点信息中时，将消息的TTL值修改为1。参照图5，其示出了上述TTL值优化方法的流程，当任一节点接收到需要中继的消息时，通过解析消息中的目标地址，即消息中所表示的NID和与NID对应的单播地址，对照该节点的本地节点列表中，该列表中是否存在某一节点信息，其包含的NID和与NID对应的单播地址与消息中NID和与NID对应的单播地址相同，若该节点信息存在，则将消息的TTL值修改为1，并转发。由于绑定节点之间通过BLE连接，在其连接状态下其中一节点所广播消息同样可以被绑定节点的其他节点所接收，故而可以保证消息传递的可靠性。

参照图4A，图中所示节点N1、节点N2、节点N3和节点N4为绑定节点，在节点N1从节点N2接收到目标地址为节点N4的消息时，发现消息中的目标地址存在于本地节点列表的节点信息内，便将该消息的TTL值修改为1，并中继往节点N2、节点N3和节点N4。由于节点N2的cache存在该消息，因此该消息在节点N2处被直接丢弃，由于TTL值为1，因此节点N3不再对该消息进行中继，而节点N4顺利接收到该消息。

另外，在节点N1、节点N2、节点N3和节点N4如图4B所示时，目标地址为节点N4的消息的TTL值的修改在节点N3处；在节点N1、节点N2、节点N3和节点N4如图4C所示时，目标地址为节点N4的消息在节点N1、节点N2、节点N3正常中继，直至TTL值为1。

在上述TTL值优化方法在保证消息到达目的节点的同时减少了消息的中继次数，进一步减少了Mesh网络的空中冗余流量，也减少节点缓存及处理量。

基于上述内容，本发明还提供了一种蓝牙Mesh系统，其采用了上述节点绑定方法、TTL值优化方法的其中至少一个。

基于上述内容，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述节点绑定方法和TTL值优化方法。相关说明可以对应上述内容的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。

在本发明中，计算机可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读储存介质。计算机可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

尽管展示、描述并指出了应用于其优选实施方式的本发明的基本新颖特征，但是应该理解，本领域的熟练技术人员可以对所描述的设备和方法的形式和细节进行各种删节、替换和变更，而并不背离本发明的实质。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种蓝牙Mesh的TTL值优化方法，所述方法包括:

节点组网步骤，BLE设备通过组网器接入蓝牙Mesh网络，成为所述蓝牙Mesh网络的节点，所述蓝牙Mesh网络中的各个节点根据蓝牙Mesh协议进行消息的广播；

节点绑定步骤，所述节点在接入所述蓝牙Mesh网络后，以BLE方式搜索扫描所述蓝牙Mesh网络中、在所述节点通信范围内的周围节点，并与所述周围节点建立基于BLE连接的绑定关系，以监控与其成绑定关系的绑定节点的存在，并建立本地节点列表，所述本地节点列表存储所述绑定节点的节点信息；

TTL值优化步骤，所述蓝牙Mesh网络中的各个节点完成节点绑定后，当任一节点接收到需要中继的消息时，根据所述消息中的目标地址和该节点的本地节点列表中的节点信息，决定是否修改所述消息的TTL值。

2.如权利要求1所述的方法，在所述目标地址存在于本地节点列表的节点信息中时，将所述消息的TTL值修改为1。

3.如权利要求1所述的方法，所述节点信息包括该节点的蓝牙地址、NID和与NID对应的单播地址。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：节点删除步骤，节点与节点之间断开连接后，将断开节点的节点信息从与其BLE连接的节点的本地节点列表中删除。

5.一种蓝牙Mesh系统，其采用了权利要求1-4任一项所述TTL值优化方法。

6.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-4任一项所述TTL值优化方法。

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