CN111787550A - 一种基于ble的蓝牙网络组网方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法包括：第一蓝牙设备节点向处于蓝牙网络中的其他蓝牙设备节点发送心跳报文，所述心跳报文包括第一蓝牙设备节点的地址及属性信息；收集并汇总整个蓝牙网络中每个节点的所述心跳报文信息；计算蓝牙网络的配置方案；以及将需要修改的网络配置信息分发给蓝牙网络中的相应的节点。通过本发明公开的基于BLE蓝牙网络组网方法，可以有效的减少蓝牙组网的时间、网络冗余和负载，提升消息传输的速度，增强网络稳定性，节省成本。

Description

一种基于BLE的蓝牙网络组网方法及系统
技术领域
本发明涉及智能物联网中蓝牙低功耗(BLE,Bluetooth Low Energy)网络技术领域，尤其涉及一种基于BLE的蓝牙网络组网方法及系统。
背景技术
在物联网蓬勃发展的时代，蓝牙MESH(无线网格网络)技术在整个蓝牙网络的结构、节点属性配置以及整个网络通信的性能方面上都有显著的影响。传统的蓝牙组网方案常采用人工方式配置每个节点的属性，通常将所有节点配置为中继节点，需要消耗较多的人力和时间，但也难以达到第一的网络配置。
同时现阶段的蓝牙装置本身性能和软件协议有一定的限制，例如蓝牙中内置MCU(微处理器)运算能力有限、flash容量限制、蓝牙通信包的大小限制等等。
针对现有技术和蓝牙装置存在的问题，本发明提供了一种基于BLE的蓝牙网络组网方法及系统来自动配置蓝牙网络和节点的属性，不仅可以有效地减少蓝牙组网的时间、网络冗余和负载，提升消息传输的速度，而且增强网络稳定性，节省了成本。
发明内容
本发明公开一种基于BLE的蓝牙网络蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法包括：蓝牙设备节点向处于蓝牙网络中的其他蓝牙设备节点发送心跳报文，所述心跳报文包括蓝牙设备节点的地址及属性信息；收集并汇总整个蓝牙网络中每个节点的所述心跳报文信息；计算蓝牙网络的配置方案；以及将需要修改的网络配置信息分发给蓝牙网络中的相应的节点。
本发明公开还公开了一种基于BLE的智能蓝牙网络组网系统，包括：收发模块，配置成发送和接收蓝牙设备节点之间的心跳报文信息；处理模块，配置成根据所述心跳报文信息计算蓝牙网络的配置方案；判断模块，配置成判断所述蓝牙网络的配置方案是否属于第一蓝牙网络配置方案，这里的第一蓝牙网络配置方案属于最佳的网络配置方案；调整模块，配置成根据所述计算的第一蓝牙网络配置方案调整相应蓝牙设备节点信息。
采用本发明中公开的BLE的智能蓝牙网络蓝牙网络组网方法和系统，不仅可以有效地减少蓝牙组网的时间、网络冗余和负载，提升消息传输的速度，而且增强网络稳定性，节省了成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种基于BLE的智能蓝牙网络组网方法的流程图。
图2为根据本发明实施例提供的一种基于BLE的智能蓝牙网络组网方法的详细流程图。
图3为现有技术中，智能组网之前蓝牙网络结构的局部拓扑图。
图4为根据本发明实施例，一种基于BLE的智能蓝牙网络组网方法总的蓝牙网络结构的局部拓扑图。
图5为根据本发明实施例一种基于BLE的智能蓝牙网络组网系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1所示为根据本发明的实施例，一种基于BLE的智能蓝牙网络蓝牙网络组网方法流程图。以蓝牙网络中的一个蓝牙节点设备为例，步骤S101：第一蓝牙设备中收发模块向蓝牙网络中的其他的蓝牙设备发送心跳报文。这里的蓝牙设备可以是包含蓝牙芯片的灯、耳机或者家用电器等设备。步骤S103：蓝牙设备所发送的心跳报文的地址和属性传送至于第一蓝牙设备直连的第二蓝牙设备内的存储模块中，并收集保存。这里的第二蓝牙蓝牙设备可以是一个或者多个包含有蓝牙芯片的电子设备。具体地，第一蓝牙设备与第二蓝牙设备直连表示，蓝牙设备之间直接连接匹配，不需要通过中间节点等方式联系。步骤S105：蓝牙网络中的蓝牙设备将存储模块中存储的心跳报文中的蓝牙设备(也称为一个蓝牙节点)的属性及地址信息发送至处理模块。具体的，处理模块可以是智能平台中的个人电脑、智能手机内的控制器。步骤S107：处理模块将收集到的心跳报文信息，采用深度神经网络模型对蓝牙蓝牙网络的拓扑结构样本进行训练，提取蓝牙网络的拓扑结构预测模型，并计算第一网络配置方案，这里的第一网络配置方案为最佳蓝牙网络配置方案。步骤S109：智能平台中的调整模块，在获取网络配置方案后，将需要修改配置的蓝牙设备节点进行整理，以属性调整消息发送给相应的蓝牙设备节点。步骤S111：判断中继节点的个数与前一次网络配置方案中的中继节点数是否相同，如果相同，则结束组网流程，即优化迭代计算结束，反之，继续执行流程图1，直至获取第一网络配置方案。通过图1中的方法流程，多次优化迭代后，可以保证最终的网络配置结果收敛，确保调整后的蓝牙网络更为稳定。
图2为根据本发明实施例提供的一种基于BLE的智能蓝牙网络蓝牙网络组网方法的详细流程图。在一个实施例中，如图2所示，蓝牙网络201中包含有多个蓝牙设备，如节点1、节点2……节点N，这里的一个节点代表一个蓝牙设备。蓝牙网络201中的每一个节点向处于蓝牙网络201中的其余节点发送心跳报文，并从其他的节点接收对方的心跳报文信息。如图2所示，节点1可向节点2、节点3以及节点N发送包含有节点1的心跳报文信息，同时，接收与之相连的节点2、节点3以及节点N所发送的心跳报文信息，每一个节点会对接收到的心跳报文信息进行分析，并整理成网络链接表单，发送给智能平台203。智能平台203内的处理模块2032根据接收到的网络链接表单，计算出蓝牙网络201内的各节点连接的第一网络配置方案，并构建出全局网络结构数据库。具体的，为了防止全局网络结构数据库存在蓝牙设备节点丢失的情况，采用蓝牙节点信息转发或移动智能平台的方法收集整个蓝牙网络的信息。由于采用蓝牙节点信息转发方案的前提条件是确保蓝牙网络系统具体基本的通信能力。而在现实应用环境中，可能出现不了解整个蓝牙网络系统的通信情况，而本法的实施例可基于任意状态。根据本发明的实施例，图3中的构建全局蓝牙网络结构数据库采用的是可移动的智能平台，比如搭载蓝牙芯片的智能手机等。
进一步地，以图2为实施例可知，构建N个蓝牙设备节点(节点1、节点2……节点N)组成的全局网络结构数据库为一个实施例进行说明，本领域的技术人员应该理解，本实施例不能作为本发明的限制。蓝牙网络201中每个节点的网络链接表单包括节点及周围所有直连节点的地址和属性。节点之间的连接关系用函数F(x,y)表示，其中x,y分别表示节点x和节点y，其中x>y。如下表所示，x表示横向节点1，2，……N，y表示竖向节点1，2，……N。F(2,1)，表示节点2与节点1之间的连接关系，其中F(x,y)的值为0或者1。
节点 1 2 3 … N-1 N
1 M F(2,1) F(3,1) … F(N-1,1) F(N,1)
2 M M F(3,2) … F(N-1,2) F(N,2)
3 M M M … F(N-1,3) F(N,3)
… … … … … … …
N-1 M M M … M F(N,N-1)
N M M M … M M
表1
如上表所示当F(x,y)＝0时，表示节点x与节点y不直接相连，而当F(x,y)＝1时，表示节点x与节点y直接相连。M表示空。将表1中表示蓝牙网络201中节点1到节点N之间的链接状态以表单的形式存储。上述表1描述了两两节点之间的连接关系，即直连或者非直连。
在一个实施例中，表示各个节点间链接关系的表单发送至智能平台203中的处理模块2032，处理模块2032采用深度神经网络模型对蓝牙网络的拓扑结构样本进行训练，提取蓝牙网络的拓扑预测模型，通过蓝牙网络的拓扑预测模型计算出全局网络结构数据库的第一蓝牙网络拓扑结构，进而求解出第一网络配置方案，这里的第一网络配置方案为最佳的蓝牙网络配置方案。具体的，获取蓝牙网络的拓扑结构样本前，需要在前期进行大量实验采集，包括样本中蓝牙节点的个数、各节点之间的链接关系、各蓝牙节点的属性。本发明中的蓝牙网络的拓扑预测模型，是通过大量蓝牙网络的拓扑结构样本训练获得模型文件。所求解的第一网络配置方案是通过拓扑预测模型和Tensorflow所提供的深度神经网络模型得到的第一网络拓扑结构图，从而可以得到整个网络中每个节点的属性配置和与其他节点的链接信息。第一网络配置，即最佳蓝牙网络配置方案符合三个标准：第一，蓝牙网络使用尽量少的中继节点覆盖所有节点；第二，所有的中继节点之间必须相互连通；第三，连续2次整个蓝牙网络的中继节点个数不变且中继节点相互连通。处理模块2032计算获取第一网络配置方案后，将网络配置方案信息发送至调整模块2034，调整模块2034根据获取的网络配置方案修改待调整节点的地址和属性，并将需要调整的节点的地址和属性发送至蓝牙网络201内的各个节点并作出相应的调整。其中每个待调整节点的地址需要两个字节的存储量，而每个待调整节点的属性需要一个字节的存储量。每个蓝牙节点经过多次优化迭代，保证最终的网络配置结果收敛，继而确保整个蓝牙网络的稳定。具体的，每个蓝牙节点多次优化迭代的方法为重复执行图1中的步骤，直到蓝牙网络覆盖所有的蓝牙节点且中继节点最少，且满足判断模块205的第一组网方案标准。判断模块205配置成根据连续两次网络配置方案中中继节点数的状态，确定是否继续执行图1流程。换句话说，当连续两次中继节点数目不再改变时，认为本次组网已经达到了最佳的网络配置，即结束当前计算网络配置的流程。同时，处理模块2032所构建的N个蓝牙节点组成的全局网络结构数据库存储至存储模块2036备用。
图3所示为现有技术中，智能组网之前蓝牙网络结构的局部拓扑图。如图3所示，其中○表示蓝牙MESH网络中的蓝牙设备，也称为蓝牙节点，能发送和接收信息。
Figure BDA0002494458460000061
表示好友节点，好友节点指没有功率限制的节点很适合作为好友节点。好友节点存储目的地为LPN(Low Power Network，低功率网络)的传入消息和安全更新，当LPN请求这些消息时，好友节点将存储的信息传递给LPN。
Figure BDA0002494458460000062
表示中继节点，用于接收和转发消息，从而实现更大的网络，因为消息从节点传递到节点。根据电源和计算能力的不同，节点可能会采用此功能。
Figure BDA0002494458460000063
表示低功耗节点：功率受限的节点可以使用低功耗特性来减少射频开启时间并节省功耗。低功耗节点与好友节点一起工作。●表示代理节点：代理节点允许在GATT(GenericAttribute Profile，通用属性协议)和蓝牙MESH节点之间传输和接收MESH消息。具有此角色的节点需要一个可靠的电源和计算资源。除了节点成为代理节点需要的条件较高以外，其余的节点属性可相互转换(通常只与功率有关)。如图3所示，优化前，网络冗余，中继节点增多从而增加心跳报文的转发次数，导致整个蓝牙网络的负载增加。
图4为根据本发明实施例，一种基于BLE的智能蓝牙网络蓝牙网络组网方法总的蓝牙网络结构的局部拓扑图。经过优化后减少了网络冗余，降低整个蓝牙网络的负载，增强了网络稳定性。与图3相比，中继节点减少，并且所有的节点都被中继节点覆盖，以及图4中所有的中继节点相互连通。
图5为根据本发明实施例一种基于BLE的智能蓝牙网络组网系统的示意图。如图5将结合图1进行描述，如图5所示，该智能蓝牙网络组网系统包括收发模块501、存储模块503、处理模块505、调整模块507以及判断模块509。收发模块501配置成发送和接收节点的心跳报文以及数据的转换。存储模块503配置存储网络结构数据库以及收集网络结构信息。处理模块505配置成根据心跳报文的信息计算网络配置方案。调整模块507配置根据获取的网络配置方案修改待调整节点的地址和属性，并将需要调整的节点的地址和属性发送至蓝牙网络内的各个节点并作出相应的调整。在一个实施例中，调整模块可以由射频器件来实现调整和切换的功能。判断模块509根据获取的网络配置方案判断是否达到最佳网络配置方案标准，如果达到，则停止蓝牙网络组网，否则继续进行组网流程，即重复执行图1中的流程。判断模块可以是微控制器或者控制单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于BLE的蓝牙网络组网方法，蓝牙网络中包括多个蓝牙设备节点，其特征在于，该方法包括：
第一蓝牙设备节点向处于蓝牙网络中的其他蓝牙设备节点发送心跳报文，所述心跳报文包括第一蓝牙设备节点的地址及属性信息；
收集并汇总整个蓝牙网络中每个节点的所述心跳报文信息；
计算蓝牙网络的配置方案；以及
将需要修改的网络配置信息分发给蓝牙网络中的相应节点。
2.根据权利要求1所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括：
判断所述计算的蓝牙网络配置方案中的中继节点，当中继节点的数目稳定不变时，获取所述蓝牙网络的第一配置方案。
3.根据权利要求1所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括所述蓝牙节点的心跳报文信息用于探测所述蓝牙节点周围直连的蓝牙节点的地址和属性。
4.根据权利要求3所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括每个蓝牙节点的所述心跳报文信息组成网络链接表单，并构建出一个全局网络结构数据库。
5.根据权利要求1所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括采用深度神经网络模型对蓝牙网络的拓扑结构样本训练，并提取蓝牙网络的拓扑结构预测模型。
6.根据权利要求1所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括所述节点的类型包括中继节点，所述中继节点配置成接收和转发节点之间的信息。
7.根据权利要求5所述的BLE的蓝牙网络组网方法，其特征在于，该方法还包括所述蓝牙网络的拓扑样本结构满足所有节点都被中继节点覆盖，以及所述中继节点之间相互连通。
8.一种基于BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，该系统包括：
收发模块，配置成发送和接收蓝牙设备节点之间的心跳报文信息；
处理模块，配置成根据所述心跳报文信息计算蓝牙网络的配置方案；
判断模块，配置成判断所述蓝牙网络的配置方案是否属于第一蓝牙网络配置方案；
调整模块，配置成根据所述计算的第一蓝牙网络配置方案调整相应蓝牙设备节点信息。
9.根据权利要求8所述的BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，还包括：存储模块，配置成收集和存储所述蓝牙设备节点的心跳报文信息，以及心跳报文信息组成的网络链接表单，其中所述网络链接表单构建出全局网络结构数据库。
10.根据权利要求8所述的BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，所述处理模块采用深度神经网络模型对蓝牙网络的拓扑结构样本训练，并提取蓝牙网络的拓扑结构预测模型。
11.根据权利要求8所述的BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，包括所述蓝牙节点的心跳报文信息用于探测所述蓝牙节点周围直连的蓝牙节点的地址和属性。
12.根据权利要求11所述的BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，包括所述蓝牙网络的拓扑样本结构满足所有节点都被中继节点覆盖，以及所述中继节点之间相互连通。
13.根据权利要求12所述的BLE的智能蓝牙网络组网系统，其特征在于，包括所述中继节点配置成接收和转发节点之间的信息。
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