CN112714402A - 一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，包括开启接收窗，设定每个接收周期内连接事件起点时刻为T2，使能T2时刻中断，并为其分配一个初值为N的计数器；每产生一个T2时刻中断，判断计数器中数值是否为0，若不为0，将计数器中数值减1；若为0，关闭接收窗；在接收窗的窗口期内，通过基带接收解调完成信号并判断当前时刻计数器中数值，若数值为0或N，更新当前从设备的时钟参数，将连接事件起点时刻对准当前数据包的起点；否则直接接收数据包并对数据进行解码。该方法设置蓝牙从设备的接收窗，解决了低功耗蓝牙从设备连接不稳定问题；通过动态调整接收窗的开启时间，提升了从设备的稳定性，尽量减少开窗时间，节约功耗。

Description

一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法

技术领域

本发明涉及蓝牙低功耗数据传输技术领域，更具体的说是涉及一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法。

背景技术

目前，BLE(Bluetooth Low Energy，蓝牙低能耗)技术是一种低成本、短距离、可互操作的无线技术。为了实现这种技术，BLE协议规定在不需要射频的时候，彻底将空中射频关断。与传统的蓝牙技术相比，BLE技术通过缩短射频开启时间、快速建立连接以及降低收发峰值功耗等方式实现设备低功耗。

在BLE协议中，包含了两个角色，但是，在连接建立以及连接成功的不同时段，角色的名字不同。

设备建立连接的过程如附图1所示，其中，发出广播的设备称之为广播者，发出扫描包的设备称之为扫描者。广播者发送广播报文开始广播，扫描者接收到广播报文之后，发出扫描请求，接着收到广播者的扫描应答，完成扫描过程。

广播者继续发送广播报文进行广播，扫描者发出连接请求，在连接请求的报文中包含了连接开始的时间以及连接之后的相关信息。广播者接收到连接请求，解析相关信息之后，等待连接开始。一旦收到或者发出连接请求报文，设备即建立了连接，数据交换随之开始，广播者和扫描者也随之变更为从设备和主设备。

根据协议要求，从设备的连接过程如图2所示，广播者接收到“CONNECT_IND”(即“连接请求”)报文之后，解析出“transmitWindowOffset”、“transmitWindowSize”和“ConnInterval”(即“接收窗偏移时间”、“接收窗长度”和“连接间隔”)，以及数据报文发送通道等信息，具体可以参见图2中下划线字体部分，其中“transmitWindowDelay”(即“接收窗延迟时间”)固定为1.25ms或2.5ms，然后在对应的时间内打开接收窗，直至接收到数据报文或者是接收窗口关闭。

当从设备接收到第一个数据包时，此次连接的锚点即被确定，也就是说，主设备发送数据包的起始点被从设备确定。之后，从设备应该在每个“ConnInterval”间隔打开接收窗准备接收。

在实际应用中，发送“CONNECT_IND”之后，扫描者首先进入到连接状态，变更为主设备，同时会在协议规定的窗口内任意时间发送第一个数据报文，随后与从设备进行数据交换，直至此次连接事件结束。之后，主设备会按照“ConnInterval”开始新的连接事件，也就是说，主设备会按照之前确定的时间间隔，定时给从设备发送数据报文。

广播者接收到“CONNECT_IND”之后，可以确定接收窗口以及接收的数据通道。从设备接收到第一个数据包开始，即确定下一次接收窗开启的时间。且从设备不会无限期等待接收数据包，当超出了从设备设定的接收时间，仍然没有接收到数据包，应该结束本次连接事件，并等待下次连接事件开始。

在实际应用中，每台设备的时钟源会有误差，考虑到从设备接收窗口的存在，随着误差的累积以及数据交换时长，会产生如图3和图4所示的两种情况：一是从设备接收到的数据包，越来越接近从设备接收窗的尾部，最终偏移到接收窗口之外；二是从设备接收到的数据包，越来越接近从设备接收窗的头部，最终早于接收窗口之前打开。

从设备发生以上两种情况，主设备发送的数据包将会在从设备的接收窗口之外，从设备将不会再接收到主设备的数据包，也无法回复数据包给主设备维系连接，本次数据交换将会中断，最终导致连接断开，该问题的存在，会严重影响主设备与从设备之间数据传输过程的稳定性。

因此，如何提供一种功耗低且更加稳定可靠的自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，该方法有效解决了低功耗蓝牙从设备由于时钟不稳定以及时钟不匹配等原因引起的连接不稳定的问题，保障了主设备与从设备之间的正常通信。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，该方法包括：

开启接收窗，设定每个接收周期内连接事件起点时刻为T2，使能T2时刻中断，并为其分配一个初值为N的计数器；

每当产生一个T2时刻中断，判断所述计数器中数值是否为0，若所述计数器中数值不为0，将所述计数器中数值减1；若所述计数器中数值为0，则关闭接收窗，结束当前连接事件，等待下一次连接事件；

在接收窗的窗口期内，通过基带接收解调完成信号，并判断当前时刻所述计数器中数值，若所述计数器中数值为0或N，则更新当前从设备的时钟参数，将T2时刻对准当前数据包的起点；若所述计数器中数值为0至N之间的数值，则直接进入下一步；

接收数据包，并对接收到的所述数据包中的数据进行解码。

进一步地，上述方法中，在开启接收窗前，还包括：

在T2时刻之前，设置准备接收时刻，将所述准备接收时刻作为接收窗的开启时刻。

进一步地，所述准备接收时刻与所述T2时刻的时间间隔为312μs。

由于之前接收到第一次连接事件的第一个数据包时，已经进行了主从同步，因此，理想状态下，下一次连接事件的起点仍然是在连接事件起点时刻，从设备只需要在T2时刻打开接收窗即可以接收到新的数据包。

然而在实际应用中，存在各种误差和延迟，因而本发明在T2时刻之前，设置了准备接收时刻，在准备接收时刻开始准备接收，提前312μs打开接收窗，进一步解决了由于误差和延时的存在导致从设备接收数据包失败的问题。

进一步地，所述计数器的初值N为2或3。计数器的初值N为大于0的整数，理论上是没有上限的，但是，在实际应用中，值越大越耗电，考虑到兼顾计数器正常工作和节约能耗的问题，本发明将N设置为2或者3。

进一步地，所述接收窗的窗口期为2个收发转换周期，即2.5ms。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，该方法通过设置蓝牙从设备的接收窗，可以很好地解决低功耗蓝牙从设备由于时钟不稳定以及时钟不匹配引入的连接不稳定问题；通过动态调整接收窗的开启时间，提升了从设备的稳定性；该方法尽量减少开窗时间，节约功耗；该方法简单、易于实现，不依赖硬件环境，仅通过软件实现，并且占用系统资源更少，可行性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为两台蓝牙设备建立连接过程的原理示意图；

图2为从设备连接过程的原理示意图；

图3为从设备接收窗提前于数据包的情形示意图；

图4为从设备接收窗延迟于数据包的情形示意图；

图5为本发明提供的一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法的实现流程示意图；

图6为BLE设备进入到连接状态的时序示意图；

图7为从设备接收数据包的时序示意图；

图8为数据包晚于从设备接收窗的时序示意图；

图9为数据包早于从设备接收窗的时序示意图；

图10为从设备连接时间点及方法中各步骤的设置位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图5，本发明实施例公开了一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，该方法包括：

S1：开启接收窗，设定每个接收周期内连接事件起点时刻为T2，使能T2时刻中断，并为其分配一个初值为N的计数器。

在本实施例中，开启接收窗前，还可以包括：

S0：在T2时刻之前，设置准备接收时刻，将准备接收时刻作为接收窗的开启时刻。

两台蓝牙设备进入到连接状态，从设备接收到主设备的第一个数据包的开始，即是此次连接的锚点，如图6所示。通常来说，确定锚点之后，从设备需要调整自己的时钟与主设备的时钟同步，也就是将接收到第一个数据包的起点，设置为RX Slot的起点，即T2时刻。从设备完成与主设备的本次数据交换之后，进入到等待状态，此时可以关闭射频模块进入到低功耗模式。

因为之前接收到第一次连接事件的第一个数据包时，已经进行了主从同步，因此，在理想状态下，下一次连接事件的起点仍然是在T2时刻，从设备只需要在T2时刻打开接收窗即可以接收到新的数据包。

然而在实际应用中，考虑到各种误差和延迟，可以在连接事件开始之前提前打开接收窗，本实施例中提前312μs打开接收窗，也就是在T1时刻开始准备接收，接收窗的持续时间由从设备指定。在实施例中，接收窗的持续时间设定为2个收发转换周期，也就是2.5ms(即1.25ms×2)。

参见附图7，射频模块在T2时刻开始接收数据包，直至整个数据包结束，之后还需要解调数据，再通知基带，因此，从设备的基带接收到数据包的时间会有延迟，延迟位置如图7中圆点所示。从设备的基带只能准确知道解调完成的时间，再根据数据包长等其它信息推算数据包开始时间。实际应用中，开始接收数据包的时间不一定会与T2时刻完全对齐，并且会随着连接时间变长而向前或者向后偏移，甚至超出接收窗边界。

为此，本实施例在接收窗开启之后，使能连接事件起点时刻T2中断，并且分配给T2中断一个计数器，赋初值为“N”，本实施例中N设定为2或3，以此计数器来自适应更新蓝牙从设备接收窗。

S2：每当产生一个T2中断，判断计数器中数值是否为0，若计数器中数值不为0，将计数器中数值减1；若计数器中数值为0，则关闭接收窗，结束当前连接事件，等待下一次连接事件。

S3：在接收窗的窗口期内，通过基带接收解调完成信号，并判断当前时刻计数器中数值，若计数器中数值为0或N，则更新当前从设备的时钟参数，将连接事件起点时刻对准当前数据包的起点；若计数器中数值为0至N之间的数值，则直接进入下一步开始接收数据。

本实施例在接收窗的窗口期内，基带接收到解调完成信号，判断当前时间计数器中的数值。

具体地，如果数值为“0”，则更新当前从设备的时钟参数，使T2时刻对准当前数据包的起点，该情形如图8所示。

如果数值为“N”，则更新当前从设备的时钟参数，使T2时刻对准当前数据包的起点，该情形如图9所示。

S4：接收数据包，并对接收到的数据包中的数据进行解码，完成后续流程，数据接收任务完成后，关闭接收窗，结束当前连接事件，等待下一次连接事件。

在时钟源的选型方面，本实施例可以在满足要求前提下，增大选择范围，自动校正时钟源的误差累积，以保证方法的精确性。

本实施例公开的上述方法添加在每一次连接事件的开始，参见附图10，在建立蓝牙连接的过程中，时间点(1)+(2)表示上述方法中S1和S2，添加在每一次连接事件的开窗之后。时间点(3)+(4)表示上述方法中S3和S4，添加在每一个连接事件接收到第一个数据包之后，完成T2计数器的更新以及接收数据包的数据处理。

不难发现，本发明实施例公开的上述自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，将从设备的接收设定为接收窗，仅在接收窗开启时间段内，接收主设备发送的数据包；并通过判断从设备接收到数据包时刻在接收窗的位置，预估下一次连接事件数据包可能超出接收窗之外的情况；同时，将从设备接收窗采用计数器方式分为若干个部分，用于划分数据包的解调时刻，并估算射频接收数据包的开始时刻，在当前接收到数据包的时刻，提前修正从设备的时钟，以保证后续成功接收。

该方法可以在保留从设备接收窗的基础上，根据不同的连接状态，自适应调整接收窗的开始时间，延长数据交换时间，保障主设备与从设备之间的正常通信，并且功耗低、成本更低、连接稳定性更高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，其特征在于，包括：

开启接收窗，设定每个接收周期内连接事件起点时刻为T2，使能T2时刻中断，并为其分配一个初值为N的计数器；

每当产生一个T2时刻中断，判断所述计数器中数值是否为0，若所述计数器中数值不为0，将所述计数器中数值减1；若所述计数器中数值为0，则关闭接收窗，结束当前连接事件，等待下一次连接事件；

在接收窗的窗口期内，通过基带接收解调完成信号，并判断当前时刻所述计数器中数值，若所述计数器中数值为0或N，则更新当前从设备的时钟参数，将T2时刻对准当前数据包的起点；若所述计数器中数值为0至N之间的数值，则直接进入下一步；

接收数据包，并对接收到的所述数据包中的数据进行解码。

2.根据权利要求1所述的一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，其特征在于，开启接收窗前还包括：

在T2时刻之前，设置准备接收时刻，将所述准备接收时刻作为接收窗的开启时刻。

3.根据权利要求2所述的一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，其特征在于，所述准备接收时刻与所述T2时刻的时间间隔为312μs。

4.根据权利要求1所述的一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，其特征在于，所述计数器的初值N为2或3。

5.根据权利要求1所述的一种自适应更新蓝牙从设备接收窗的方法，其特征在于，所述接收窗的窗口期为2个收发转换周期。

Images