CN111669732B - 一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法，包括：提供去重过滤缓存，用于存储该节点接收到的蓝牙Mesh数据包的一个或多个指定字段的字段值组合；在该节点接收到一个蓝牙Mesh数据包时，将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的每个字段值组合进行比较，从而确定该接收到的一个蓝牙Mesh数据包是否是冗余数据包。与现有技术相比，本发明的上述方法，在不需要对加密字段进行解密并且不需要对模糊字段进行去模糊的情况下，就可以判断出该数据包是否是冗余数据包，这大大简化了处理流程。

Description

一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法
技术领域
本发明涉及蓝牙Mesh网络，特别是一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法。
背景技术
在蓝牙Mesh网络中，中继节点能够接收和转发同一网络中的消息。蓝牙Mesh网络通过消息在节点之间的中继，可以实现更大规模的网络。
蓝牙Mesh网络采用“网络泛洪”的方式发布和中继消息。这意味着消息没有一个固定的传输路径，节点也不需要保存路由表信息。因为这个节点传输范围内的所有其他节点都会接收这个消息，其中具备中继功能的节点会继续将消息转发至其传输范围内的所有其他节点。
中继功能不仅可以扩大网络的规模，而且还可以提高网络的鲁棒性。如图3所示，例如节点A要发包给节点F，节点B可以帮忙中继转发节点A的数据包；同样节点C、D也是中继节点，它们都在节点A的通信范围内，所以节点C、D也会帮忙中继转发数据包。即使这个网络中节点B因为故障断电了，节点C、D还是会继续中继转发，并不会影响节点A和F之间通信，网络的鲁棒性很强。但这样也会造成一个问题，就是每个节点会收到很多重复的包，因为同一条消息可能会有很多中继节点帮忙转发。例如图3中，节点A给节点F发送的包，最终节点F可能会收到来自节点B、C、D中继转发的包.有时为了让这个Mesh网络更加稳健，每个中继节点转发数据包时可能会将数据包连续重发多次，例如节点A发出去数据包，节点C收到后可能会连续转发多次(例如3次)同样的数据包，同样节点B、D收到后也是连续转发多次，这样节点F收到的重复的包可能有3*3＝9个。如果是一个成百上千节点组成的密集网络，可以想象节点会收到空中非常多的重复转发的数据包。密集网络例如可以是所有设备或大量设备都处在一跳范围内的网络。
通常情况下，针对蓝牙Mesh网络，节点通过蓝牙链路层收到的所有数据包先传给蓝牙Mesh网络层；蓝牙Mesh网络层对数据包先进行去模糊处理，甚至进一步进行网络层解密处理，再去判断是否是之前已经处理过的数据包。如果这是一个上千个节点构成的网络，空中有各个节点发送的不同数据包，还有周围设备中继转发的包，这样导致节点的网络层接收到很多重复的数据包，这些重复的数据包都需要耗费蓝牙Mesh网络层大量的资源去分析处理。如果冗余数据包过多，还会导致一些需要及时处理的关键数据包处理延迟，造成网络响应变慢。
因此，需要一种不需要通过解密和去模糊处理就能够提前过滤掉大部分的蓝牙Mesh网络层冗余数据包的方法。应理解，上述所列举的技术问题仅作为示例而非对本发明的限制，本发明并不限于同时解决上述所有技术问题的技术方案。本发明的技术方案可以实施为解决上述或其他技术问题中的一个或多个。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提出一种不需要通过解密和去模糊处理就可以提前过滤掉大部分的蓝牙Mesh网络层冗余数据包的方法，该方法方便实现且耗费较少的蓝牙Mesh网络层资源。
本发明提供一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法，其包括下述步骤：提供去重过滤缓存，用于存储该节点接收到的蓝牙Mesh数据包的一个或多个指定字段的字段值组合，其中该字段值组合中包括至少一个模糊化的字段值；在该节点接收到一个蓝牙Mesh数据包时，将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的每个字段值组合进行比较，其中：如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的一个字段值组合相同，则丢弃该数据包；以及如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合不与存储在去重过滤缓存中的各个字段值组合相同，则将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合存入该去重过滤缓存，并将该数据包上报至协议栈中的同层或上一层。
优选地，所述数据包的一个或多个指定字段包括SEQ和SRC字段，且该字段值组合中包括SEQ和SRC字段的模糊化的字段值。
进一步地，所述数据包的一个或多个指定字段还包括NID字段，且该字段值组合还包括NID字段的字段值。
优选地，根据本发明的方法还包括：在对字段值组合进行比较之前，比较接收到的数据包的NID与所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的NID；如果接收到的数据包的NID与所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的NID都不同，则丢弃该数据包。
优选地，所述去重过滤缓存设置在蓝牙Mesh网络层或更低层。
优选地，所述去重过滤缓存设置在蓝牙链路层。
优选地，在将该字段值组合存入该去重过滤缓存时，如果去重过滤缓存已满，则丢弃该去重过滤缓存中最旧的字段值组合。
优选地，所述接收到的数据包是有效的蓝牙Mesh数据包或无效的蓝牙Mesh数据包。
优选地，所述接收到的数据包是来自所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的数据包或来自所述节点未加入的蓝牙Mesh网络的数据包。
优选地，所述丢弃该数据包的步骤是在对所述接收到的数据包进行去模糊化和解密之前进行的。
通过上述方法，本发明在蓝牙Mesh网络层或更低层实现了大部分冗余数据包的过滤，而不需要蓝牙Mesh网络层的去模糊、MIC完整性验证以及解密过程，大大降低了蓝牙Mesh网络层收到的冗余数据包，耗费较少的蓝牙Mesh网络层资源。应理解，更低层可以是蓝牙Mesh协议栈或蓝牙协议栈中的任何更低层，例如蓝牙协议栈中的链路层。
附图说明
图1示出根据本发明一个实施例的一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法；
图2示出示出根据本发明一个实施例的在蓝牙链路层实现过滤冗余数据包的方法流程图；及
图3示出一个示意性的蓝牙Mesh网络的网络图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的技术方案。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本发明的限制。
如图1所示，其示出根据本发明一个实施例的一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法。具体如图1所示，在步骤102，提供去重过滤缓存，用于存储该节点接收到的蓝牙Mesh数据包的一个或多个指定字段的字段值组合，其中该字段值组合中包括至少一个模糊化的字段值；在步骤104，该节点接收到一个蓝牙Mesh数据包；在步骤106，将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的每个字段值组合进行比较；如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的一个字段值组合相同，则在步骤108，丢弃该数据包；如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合不与存储在去重过滤缓存中的各个字段值组合相同，则在步骤110，将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合存入该去重过滤缓存；在步骤112，将该数据包上报至协议栈中的同层或上一层。
图2示出示出根据本发明一个实施例的在蓝牙链路层实现过滤冗余数据包的方法流程图。如图所示，在蓝牙链路层提供去重过滤缓存，该去重过滤缓存用于存储一节点接收到的蓝牙Mesh数据包的一个或多个指定字段的字段值组合，以对冗余的蓝牙Mesh数据包进行过滤，尤其是对蓝牙Mesh网络层数据包进行过滤。作为非限制性示例，一个或多个指定字段例如具体为根据蓝牙Mesh协议规定的NID(网络ID)、SRC(源地址)和SEQ(序列号)，其中SRC和SEQ是模糊化的值。其中NID用来区分这个数据包属于哪个网络。
在本发明中，可以在“NID列表”中注册节点所在的一个或多个蓝牙Mesh网络的NID，并称该功能为“NID注册(NID Register)”。如果“NID注册”功能关闭，这种情况下，NID必须缓存，因为去重过滤缓存(例如，蓝牙链路层去重过滤缓存)里面会存储来自不同的NID的数据包，而来自不同网络的SRC很有可能会重复；如果启用了“NID注册”功能，且用户注册了多个NID，此时必须缓存NID，因为去重过滤缓存中会存储来自不同的NID的数据包，而不同网络的SRC很有可能会重复。如果启用了“NID注册”功能，且用户只注册了一个NID，这种情况下，可以不缓存NID，因为缓存中的数据包都是对应同一个NID，其他网络的数据包都被丢弃了。可选地，为了实现方便，在本发明的方法中可以始终缓存NID的值。其中SRC用来表示当前数据包的源地址，源地址只与数据包从哪个节点发出相关，与中继转发节点无关。其中SEQ用来表示当前数据包的序列号，同一个源地址发出来的每个数据包的序列号不同，即使数据包是发给不同的目标地址，其序列号也不重复。因此，在很大程度上，只需要判断数据包的源地址和序列号是否相同，就可以判断该数据包是否是相同的数据包，而无需去判断目标地址和数据包内容是否相同。
如图2所示，蓝牙链路层收到一个数据包(步骤302)；如果在该蓝牙链路层不进行蓝牙Mesh冗余包过滤操作，则该蓝牙链路层对该数据包执行正常处理流程(步骤306)，即数据包从该链路层上报到蓝牙Mesh网络的上一层；如果在蓝牙链路层执行对蓝牙Mesh冗余包的过滤操作(步骤304)，则判断该数据包是否是蓝牙Mesh网络PDU(协议数据单元)(步骤308)。如果确定该数据包不是蓝牙Mesh网络PDU，则在蓝牙链路层对该数据包执行正常处理流程(步骤306)；若经过判断，确定该数据包是蓝牙Mesh网络PDU，则判断该数据包是来自哪个网路，即执行对该数据包的NID的判断。如果启用了NID注册功能，判断该数据包的NID是否在用户注册的“NID列表”里面；如果不在该列表里面，则表示不是当前网络中的数据包，则可以直接将该数据包丢弃(步骤314)；如果该NID在用户注册的“NID列表”里面，则表示该数据包可能是本网络的数据包，将继续下一步比较该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合是否在去重过滤缓存中，即判断NID、SRC、SEQ的字段组合是否存储在去重过滤缓存里面(步骤316)；如果经过判断，NID、SRC、SEQ的字段组合存储在去重过滤缓存里面，表示该数据包已经在缓存里面，该数据包是冗余的数据包，则直接将该数据包丢弃(步骤318)；如果经过判断，NID、SRC、SEQ的字段组合没有存储在去重过滤缓存里面，表示该数据包的指定字段的字段值组合没有存储在去重过滤缓存里面，不是冗余的数据包，则将这些字段的组合缓存在去重过滤缓存里面(步骤320)。如果去重过滤缓存已满，则可以丢弃该去重过滤缓存中最旧的字段值组合。接下来，将该数据包传给蓝牙Mesh承载层(步骤322)。通过上述方法可知，根据本发明的方案，可以在判断缓存里面是否有重复数据包之前，在蓝牙链路层实现对NID的判断，这样做的直接优点是去重过滤缓存里面不需要存储其它网络的数据包的字段值组合，可以节省内存空间。
上述实施例中，所述去重过滤缓存设置在蓝牙链路层；在其它实施例中，所述去重过滤缓存也可以设置在蓝牙Mesh网络层。
在上述实施例中，所述接收到的数据包是有效的蓝牙Mesh数据包或无效的蓝牙Mesh数据包；所述接收到的数据包是来自所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的数据包或来自所述节点未加入的蓝牙Mesh网络的数据包。以此方式，本发明不仅能够过滤冗余的有效的蓝牙Mesh数据包，还能过滤冗余的无效的蓝牙Mesh数据包；同时不仅能够过滤来自该节点所处蓝牙Mesh网络的数据包，还能够过滤来自其他蓝牙Mesh网络的数据包。在一个实施例中，无效的蓝牙Mesh数据包是指不能通过MIC校验的蓝牙Mesh数据包。
此外，所述丢弃该数据包的步骤是在对所述接收到的数据包进行去模糊化和解密之前进行的。
根据蓝牙Mesh协议，字段的模糊化值和TTL的值有关。因此，通过本发明的上述方法，虽然无法过滤掉不同中继节点转发的TTL不同情况下的相同数据包，但是可以过滤掉不同中继节点转发的TTL相同情况下的相同数据包以及同一中继节点多次重复转发的同一个数据包。尤其对于一个密集的网络，TTL的变化不会太大，大部分的中继转发数据包都集中在一个很小的TTL变化范围内，这对这种情况，本发明能够过滤掉绝大部分的冗余数据包。
根据本发明的方法，作为非限制性示例，可以在蓝牙协议栈中的链路层实现了大部分冗余数据包过滤，而不需要蓝牙Mesh网络层的去模糊、MIC完整性验证以及解密过程，大大减少了蓝牙Mesh协议层收到的冗余数据包。
例如，当有人模拟本蓝牙Mesh网络中节点发送大量的数据(具有本网络相同的NID)，蓝牙Mesh协议层就需要处理大量的无效的蓝牙Mesh数据包，例如对其进行去模糊化、解密和MIC校验。而通过本发明的方案，在例如蓝牙链路层就完成了数据包的过滤,这些冗余的数据包只会向蓝牙Mesh网络层上报一次，而不需要每次都传输至蓝牙Mesh协议层。
例如，当一个大型的密集网络中有大量的数据包，同时又有大量的节点在转发数据包，那么每个节点可能会收到很多重复的数据包。如果每个数据包都需要在蓝牙Mesh网络层经过去模糊化、解密、MIC校验后再进行比较，则会导致数据包的处理速度很慢，也会导致蓝牙Mesh协议层大部分的资源都用于处理这些重复的数据包。
下面通过举例进一步说明本发明方法所实现的优点。在一个由1000个节点组成的密集网络(任何两个节点之间都在一跳范围内)中，设备A发送一个数据包到设备B，这个数据包分割成10个分包，TTL＝10。
第一种情况：假设没有重复传送，设备A发出去后，通过空中不同节点的转发，B一次性收到该数据包的所有分包，不需要A继续重传。理论上每个节点都可能会转发一次这10个分包，所以网络中的每个节点最坏情况下可能会收到998*10次转发包(除了本身转发的包不用接收，以及目标地址不会转发这个包)。这意味着蓝牙Mesh网络层需要对这9980个包进行去模糊化、解密和MIC校验处理。
如果应用本发明的方法，通过在例如设置在蓝牙链路层的去重过滤缓存进行冗余包过滤，只会上报给蓝牙Mesh网络层最多10*10个包(TTL不同的每个包都会上报)，蓝牙Mesh网络层最多只需要处理100个包，和之前的9980个包相比，底层过滤掉了接近98.998％的包，也就是蓝牙Mesh的网络层需要处理的包只是原来的1.002％，少处理了9880个数据包。
第二种情况：假设有重复传送，设备A发出去后，通过空中不同节点的转发，B第一次没有收全数据包的所有分包，需要A继续重新传送；假设A第一次发10个分包，B只收到了5个分包,回复了一个ACK；A第二次重发5个分包，B收到了3个分包，也就是共收到了8个分包,再次回复一个ACK；A第三次继续重发剩余的2个分包，B最后全部收全10个分包,第三次回复一个ACK。
通过上面的计算，理论上最坏的情况下，每个节点都会转发，网络中的每个节点都会收到“998*11+998*6+998*3＝19960个蓝牙Mesh数据包，其中包括上述分包以及ACK包(除了源节点不用接收自己发送的数据包，以及目标节点不用转发发送给自己的数据包)，这意味着根据现有技术，蓝牙Mesh网络层需要对这19960个包进行去模糊、解密和MIC校验处理。
如果应用本发明的方法，通过蓝牙链路层的去重过滤缓存进行冗余包的过滤，只上报给蓝牙Mesh网络层最多“10*11+10*6+10*3＝200个包(不同TTL的每个包都会上报)，蓝牙Mesh网络层最多只需要处理200个数据包，和之前的19960个数据包相比，底层过滤掉了98.998％的数据包，也就是蓝牙Mesh的网络层需要处理的数据包只是原来的1.002％，从数量上，少处理了19760个数据包。
与现有技术中需要对数据包的模糊字段去模糊化，对MIC完整性校验以及对加密字段解密后，才比较缓存里面的内容相比较的方案而言，本发明的上述方法，在不需要对加密字段进行解密并且不需要对模糊字段进行去模糊的情况下，就可以判断出该数据包是否是冗余数据包，这大大简化了处理流程。
虽然出于本公开的目的已经描述了本发明各方面的各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。例如，在一个实施例中描述的根据本发明的方法的一个或多个特征和/或操作，亦可单独地、组合地或整体地应用于另一实施例中。此外，应理解，上文所述方法步骤可以顺序执行、并行执行、合并为更少步骤、拆分为更多步骤，以不同于所述方式组合和/或省略。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述方法步骤进行各种改变和修改，而不脱离由本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处过滤冗余数据包的方法，包括下述步骤：
提供去重过滤缓存，用于存储该节点接收到的蓝牙Mesh数据包的一个或多个指定字段的字段值组合，其中该字段值组合中包括至少一个模糊化的字段值；
在该节点接收到一个蓝牙Mesh数据包时，将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的每个字段值组合进行比较，其中：
如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合与存储在去重过滤缓存中的一个字段值组合相同，则丢弃该数据包；以及
如果该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合不与存储在去重过滤缓存中的各个字段值组合相同，则将该数据包的一个或多个指定字段的字段值组合存入该去重过滤缓存，并将该数据包上报至协议栈中的同层或上一层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据包的一个或多个指定字段包括SEQ和SRC字段，且该字段值组合中包括SEQ和SRC字段的模糊化的字段值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据包的一个或多个指定字段还包括NID字段，且该字段值组合还包括NID字段的字段值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在对字段值组合进行比较之前，比较接收到的数据包的NID与所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的NID；
如果接收到的数据包的NID与所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的NID都不同，则丢弃该数据包。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去重过滤缓存设置在蓝牙Mesh网络层或更低层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述去重过滤缓存设置在蓝牙链路层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将该字段值组合存入该去重过滤缓存时，如果去重过滤缓存已满，则丢弃该去重过滤缓存中最旧的字段值组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收到的数据包是有效的蓝牙Mesh数据包或无效的蓝牙Mesh数据包。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接收到的数据包是来自所述节点所加入的一个或多个蓝牙Mesh网络的数据包或来自所述节点未加入的蓝牙Mesh网络的数据包。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丢弃该数据包的步骤是在对所述接收到的数据包进行去模糊化和解密之前进行的。
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