CN111800771A

CN111800771A - 蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统

Info

Publication number: CN111800771A
Application number: CN202010614024.1A
Authority: CN
Inventors: 陈柏康
Original assignee: Shenzhen Zhongke Lanxun Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongke Lanxun Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: CN111800771B

Abstract

本发明提供了一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统，所述方法包括：时间裕量设置，为节点的网络消息缓存的缓存或/和节点的网络消息缓存中的消息设置时间裕量；所述时间裕量为所述节点的网络消息缓存在缓存消息时的时间间隔，或/和消息在所述节点的网络消息缓存中的缓存时间长度。该方法和系统能够降低由于网络消息缓存缓存机制的不足导致消息泛滥的泛滥程度，提高Mesh网络的吞吐量和可靠性。

Description

蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统

技术领域

本发明涉及蓝牙Mesh领域，具体涉及一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统。

背景技术

2017年7月，Bluetooth SIG（Bluetooth Special Interest Group，蓝牙技术联盟）发布了基于低功耗蓝牙（BLE，Bluetooth Low Energy）的多对多网络，即蓝牙Mesh网状网络，Mesh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通过广播自由通信。节点的类型根据其特性分为：LP Node（LowPower Node，低功耗节点），为功率受限的节点，利用低功耗特性来节省功耗；Friend Node（朋友节点），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（中继节点），能够接收和转发消息，通过消息在节点之间的中继，实现大规模的网络通信；Proxy Node（代理节点），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。

单一BLE设备的无线覆盖范围小，距离相对较远的两个BLE设备无法实现通信，而在由多个BLE设备组成的Mesh网络中，消息的传输通过Relay Node实现，Relay Node能够接收和转发消息，通过消息在多个Relay Node一级一级的广播，最终到达目标节点，实现BLE设备的远距离通信。

Mesh网络中消息的传输通过广播实现，常用的传输方式为网络泛洪，采用无定向广播，通过Relay Node多路径的传输往Mesh网络中的其他各个节点，以提高消息被目标节点顺利接收的可能性。Mesh网络中的每个节点中收到消息后将消息送往Network层进行解密处理，完成解密处理后的消息缓存至Network层的网络消息缓存（Network Cache）中。网络消息缓存的存在是为了防止节点重复接收先前的已接收消息，Network层对消息完成解密处理后，从网络消息缓存中查找是否存在相同的消息，若存在则将该消息丢弃，若不存在则将消息缓存在网络消息缓存中。

网络消息缓存的缓存机制为缓存替换，在网络消息缓存被占满时，新消息通过替换旧消息在网络消息缓存中的空间来完成缓存。这种缓存替换方式存在一个问题，在同一时间段内，Mesh网络中传输的消息过多导致网络消息缓存放不下时，消息将在网络消息缓存中频繁的替换。例如，网络消息缓存仅能缓存2个消息，而Mesh网络在同一时间段内有至少3个消息M1、M2、M3在传输，M1、M2缓存在网络消息缓存中，消息M3在缓存时替换M1，网络消息缓存中的缓存消息为M2、M3，接着节点又收到消息M1，消息M1在缓存时替换M2，如此循环。此过程中，节点所接收到的新消息实质上是已接收过的旧消息，但由于网络消息缓存缓存中的消息与新消息不相同，因此新消息不会被丢弃，还是会根据Mesh协议被转发到Mesh网络中。

综上所述，网络消息缓存的缓存机制在同一时间段内消息过多时，频繁的替换将导致Mesh网络的消息泛滥，影响网络的吞吐量和可靠性。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统，能够降低由于网络消息缓存缓存机制的不足导致消息泛滥的泛滥程度，提高Mesh网络的吞吐量和可靠性。

第一方面，本发明提供了一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法，所述方法包括：

时间裕量设置，为节点的网络消息缓存或/和节点的网络消息缓存中的消息设置时间裕量；所述时间裕量为所述节点的网络消息缓存在缓存消息时的时间间隔，或/和消息在所述节点的网络消息缓存中的缓存时间长度。

具体的，所述设置时间裕量，具体为，通过设置定时器实现。

具体的，所述方法进一步包括：时间裕量刷新，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存中存在与新消息相同的旧消息时，刷新所述时间裕量。

具体的，所述刷新所述时间裕量，具体为，刷新为网络消息缓存所设置的时间裕量。

具体的，所述刷新所述时间裕量，具体为，刷新为网络消息缓存的消息所设置的时间裕量。

具体的，所述方法进一步包括：消息转发处理，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存占满时，对该消息进行转发处理。

具体的，所述对该消息进行转发处理，具体为，将该消息发送回Mesh网络。

具体的，所述消息转发处理中，在对该消息进行转发处理前，修改该消息的TTL值。

第二方面，本发明提供了一种蓝牙Mesh系统，该系统包括多个节点，所述节点采用了上述管理方法。

本发明提供的蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法和系统，为网络消息缓存中每一个消息设置时间裕量，消息在网络消息缓存中缓存的时长未达到所设置的时间裕量前，不会被新消息所替换，在Mesh网络同一时间段内消息过多时，降低可能导致的消息泛滥程度，提高网络吞吐量和可靠性，且消息在转发前对TTL值进行修改，降低了丢包风险。

附图说明

附图1为蓝牙Mesh协议栈的层次架构示意图。

附图2为本发明所述方法中被发送回Mesh网络的传输路径示意图。

附图3为本发明所述方法的流程图。

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。

蓝牙Mesh协议栈包括如图1所示的层次架构，从上至下分为：

Model Layer（模型层），实现各类应用功能的基础；

Foundation Model Layer（基础模型层），实现应用层与Mesh网络协议的适配，定义了其中的消息、状态等属性；

Access Layer（访问层），定义应用的数据格式，以及如何使用传输层的服务，同时能够定义、控制在传输层中的数据加密和解密过程，并对于传输层送达的数据进行验证；

Upper Transport Layer（上传输层），负责对上层应用数据进行加密、解密和认证；

Lower Transport Layer（下传输层），负责网络中传送的PDU的分片和重组；

Network Layer（网络层），定义了各种消息的地址类型、格式，完成数据的网络寻址和转发；

Bearer Layer（承载层），定义了如何使用底层BLE协议栈传输网络PDU（ProtocolDataUnit，协议数据单元），承载方式包括广播承载和GATT承载；

BLE Core Specification（BLE协议栈），低功耗蓝牙协议栈，实现节点之间的无线通信连接，是实现Mesh网络的基础。

本发明的方案提供了一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法，所述方法包括：

上述为网络消息缓存设置的时间裕量在本发明指的是网络消息缓存缓存消息的时间间隔，即网络消息缓存缓存当前消息时刻与上一次缓存消息时刻之间的时间间隔。

上述为网络消息缓存设置时间裕量中，时间裕量在消息缓存到网络消息缓存时设置，时间裕量在消息缓存到网络消息缓存时设置，每一个缓存在网络消息缓存中的消息在未达到网络消息缓存所设置的时间裕量前，均不会被新消息所替换。例如，网络消息缓存中缓存了消息M1、M2，其最近一次缓存消息M2为时刻T1，在时刻T2有新消息M3需要缓存时，时刻T1与时刻T2之间的时间间隔小于缓存所设置的时间裕量，消息M1、M2不会被M3所替换。

上述为网络消息缓存中的消息设置的时间裕量在本发明指的是单一消息在网络消息缓存中的缓存时间长度，即单一消息在网络消息缓存中被允许停留的时间长度，不同的消息所设置的时间裕量可能不同。

上述为网络消息缓存中的消息设置时间裕量中，时间裕量在消息缓存到网络消息缓存时设置，每一个缓存在网络消息缓存中的消息在未达到该消息所设置的时间裕量前，均不会被新消息所替换。例如，网络消息缓存中缓存了消息M1、M2，其中，消息M1的缓存时刻为T1，消息M2的缓存时刻为T2，在时刻T3有新消息M3需要缓存时，时刻T1与时刻T3之间的时间间隔小于消息M1所设置的时间裕量，时刻T2与时刻T3之间的时间间隔小于消息M2所设置的时间裕量，消息M1、M2不会被M3所替换；另外的，在时刻T1与时刻T3之间的时间间隔大于消息M1所设置的时间裕量，消息M1将被M3所替换，消息M2同理；若存在时刻T1与时刻T3之间的时间间隔、时刻T2与时刻T3之间的时间间隔均大于消息M1所设置的时间裕量，消息M2可选择消息M1或M2之一进行替换，选择方式可以是随机选择，也可以是根据时刻T1、T2的前后选择。

作为一种示例，上述设置时间裕量，可以通过设置定时器实现。

上述方法进一步包括：时间裕量刷新，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存中存在与新消息相同的旧消息时，刷新所述时间裕量。所述刷新所述时间裕量，具体为，初始化所述时间裕量，即对时间裕量的起始时间重新开始计算。

在为网络消息缓存设置时间裕量中，上述刷新所述时间裕量具体为，刷新为网络消息缓存所设置的时间裕量。例如，节点的网络消息缓存在时刻T1缓存了消息M1，在时刻T2消息M1从Mesh网络的其他传输路径到达该节点，此时对网络消息缓存所设置的时间裕量进行刷新，初始化该时间裕量，以时刻T2作为起始时间重新开始计算。

在为网络消息缓存中的消息设置时间裕量中，上述刷新所述时间裕量具体为，刷新为网络消息缓存中的消息所设置时间裕量。例如，节点的网络消息缓存在时刻T1缓存了消息M1，在时刻T2消息M1从Mesh网络的其他传输路径到达该节点，此时对消息M1所设置的时间裕量进行刷新，初始化该时间裕量，以时刻T2作为起始时间重新开始计算。

在上述的时间裕量刷新中，可以在为网络消息缓存设置时间裕量和为网络消息缓存中的消息设置时间裕量之中，任选其一或两者同时存在，本发明对此不进行限制。

上述方法进一步包括：消息转发处理，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存占满时，对该消息进行转发处理。

上述转发处理在本发明中指的是，消息被传输回Bearer Layer进行转发，而不传输往上层进行处理。在节点的正常转发中，在Bearer Layer接收消息后，需发到NetworkLayer解密、识别、认证等操作后，传输往上层进行进一步处理，同时在网络消息缓存缓存该消息；当是需要中继的消息的时候，再通过Bearer Layer完成转发。本发明所述转发处理不同于Mesh网络所定义的消息转发，其不通过上层的各类操作和网络消息缓存，而直接在Network Layer传输给Bearer Layer通过接口转发。

作为本发明一种可选的实施方式，上述对该消息进行转发处理，具体为，将该消息发送回Mesh网络。上述可选实施方式中，将消息发送回Mesh网络，消息在Mesh网络中继续进行泛洪式的传输，一段时间后重新回到该节点，节点网络消息缓存中的消息在到达所设置的时间裕量后，即可顺利的被发送回Mesh网络的消息替换。

在上述被发送回Mesh网络的消息重新回到该节点，网络消息缓存中的消息依旧未到达所设置的时间裕量时，对该消息重复上述转发处理操作。

参照图2，图中所示节点N1在从节点N7接收到消息时，在网络消息缓存占满的情况下将该消息发送回Mesh网络，消息可通过如图所示第一路径、第二路径和第三路径以及图中未示出的其他路径传输，例如，在消息经过第一路径回到节点N1时，节点N1在网络消息缓存中的消息在到达所设置的时间裕量后，可顺利的被发送回Mesh网络的消息替换；又例如，在消息经过第一路径回到节点N1时，节点N1在网络消息缓存中的消息依旧未到达所设置的时间裕量，该消息再一次被发送回Mesh网络，经第三路径回到节点N1，如此重复。

上述消息转发处理中，在对该消息进行转发处理前，修改该消息的TTL值。消息在发回Mesh网络前，若其TTL值过小，将导致消息重新回到该节点的可能性变小，丢包风险较大，因此，在对该消息进行转发处理前，需要对过小的TTL值进行修改，所修改的具体大小可根据Mesh网络的规模、节点密集程度等进行合理设置，本发明在此不做具体限制。

进一步，Mesh网络中消息正常的转发处理为，消息在被节点的Bearer Layer接收后，传输给Network Layer进行解密，解密完成后将消息缓存在网络消息缓存中，消息的目标节点为非本节点的时候，将消息的TTL值减一，然后传输给Bearer Layer转发。然而，在本发明的流程中，在Network Layer解密完后，没有对消息的目标节点进行识别，且在转发处理前依旧对消息的TTL值减一，而TTL值的减少将可能消息从Mesh网络回到该节点的可能性变小，导致丢包，因此，需要在消息进行转发处理前，修改其TTL值。

参照图3，其示出了上述蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法的流程，节点在网络消息缓存缓存新消息时，判断该新消息是否与网络消息缓存中的消息为重复消息，是则对为网络消息缓存所设置的时间裕量，或/和，为网络消息缓存中的消息所设置时间裕量，进行时间裕量刷新，否则检测网络消息缓存中每一个消息在缓存时所设置时间裕量是否已达到，是则将达到所设置时间裕量的消息替换为新消息，并为其设置时间裕量，否则对消息的TTL值进行修改，然后传输的Bearer Layer进行转发。

本发明的方案还提供了一种蓝牙Mesh系统，该系统包括多个节点，所述节点采用了上述管理方法。

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

1.一种蓝牙Mesh节点网络消息缓存的管理方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述管理方法，所述设置时间裕量，具体为，通过设置定时器实现。

3.如权利要求2所述管理方法，所述方法进一步包括：时间裕量刷新，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存中存在与新消息相同的旧消息时，刷新所述时间裕量。

4.如权利要求3所述管理方法，所述刷新所述时间裕量，具体为，刷新为网络消息缓存所设置的时间裕量。

5.如权利要求3所述管理方法，所述刷新所述时间裕量，具体为，刷新为网络消息缓存的消息所设置的时间裕量。

6.如权利要求3-5任一项所述管理方法，所述方法进一步包括：消息转发处理，在有新消息需要缓存到网络消息缓存，且网络消息缓存占满时，对该消息进行转发处理。

7.如权利要求6所述管理方法，所述对该消息进行转发处理，具体为，将该消息发送回Mesh网络。

8.如权利要求6所述管理方法，所述消息转发处理中，在对该消息进行转发处理前，修改该消息的TTL值。

9.一种蓝牙Mesh系统，该系统包括多个节点，所述节点采用了权利要求1-8任一项所述管理方法。