CN114007211B - 一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，包括：将第一设备与第二设备建立微微网0，将第一设备与音频网关i建立微微网i；第二设备与音频网关i建立监听链路i；其中，i=1，2，……，M，M为音频网关数量；统一各个微微网的时钟；在第一设备和第二设备内，根据音频网关数量M，将时间分为重复的时间片，在对应的时间片0执行第一设备与第二设备通信，在时间片i执行第一设备与音频网关i通信和第二设备监听音频网关i。本发明实现同一时间第一设备与第二设备接收同一个音频网关发送的数据，减少数据重传，和无效通信，降低系统的功耗；能实现快速、同步切换音源，能与市场上所有的音频网关进行连接。

Description

一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法
技术领域
本发明涉及无线蓝牙音频系统技术领域，具体的说，是一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法。
背景技术
蓝牙是一种无线通信技术和语音通信开放技术标准，可以实现设备间的短距离数据交换。蓝牙协议标准中定义两个设备间形成点对点的一条物理连接或者多个设备间点对多点的多条物理连接称为微微网(piconet)，在点对点的piconet中存在一个主设备(master)，一个从设备(slave)；在点对多点的piconet中存在一个主设备(master)以及多个从设备(slave)。每一个蓝牙设备都具有一个本地时钟(native_clock)，并且本地时钟每隔312.5微秒计数加1，在一个piconet中，两个或者多个设备使用相同的物理链路，并以主设备的本地时钟作为主时钟(master_clock)进行跳频通信、数据收发，从设备本地时钟与主时钟之间的差值称为时钟偏差(clock_offset)。在通信过程中协议标准定义了时隙(slots)来表示625us，在微微网中，主时钟的偶数时隙为主-从时隙(master-to-slave)，主时钟的奇数时隙为从-主时隙(slave-to-master)，在设备通信过程中，总是主设备先在主-从时隙进行数据发送，在从-主时隙进行数据接收，从设备则与之相反。另外，蓝牙协议规定了数据重传机制，在一个微微网中，数据接收设备接收数据后，需要向数据发送设备发送接收状态，数据正确接收发送确认信息(ACK)，数据没有接收到或者错误的接收到，则发送接收失败信息(NACK)，数据发送设备根据接收状态判断是否需要重传数据包，如主设备在主-从时隙发送数据给从设备，从设备在主-从时隙进行数据正确接收数据后，在从-主时隙向主设备发送确认信息(ACK)，主设备收到后，可以在下一个主-从时隙发送新的数据包，若从设备在主-从时隙进行数据没有正确接收数据，则在从-主时隙向主设备接收失败信息(NACK)，主设备收到后，在下一个主-从时隙重传数据包。
无线蓝牙音频系统，有两个声音播放设备（耳机，音响等），通过标准的蓝牙连接过程(page/pagescan)建立一个微微网(piconet_0)，其中一个声音播放设备（第一设备）通过标准的蓝牙连接过程(page/pagescan)与音频网关（可以是手机或者平板等）建立一个微微网(piconet_1)，第一设备将此时连接的音频网关连接信息，通过与另一个声音播放设备(第二设备)间的微微网发送给第二设备，第二设备就可以建立一条监听链路(piconet_1’)，监听音频网关发送给第一设备的数据。音频网关在主-从时隙发送数据包，第一设备与第二设备在主-从时隙接收数据包，并利用主-从时隙剩余时间，第二设备向第一设备发送数据正确接收信息，第一设备收到第二设备发送的数据正确接收信息后，向音频网关发送确认信息(ACK)，若第一设备没有收到第二设备的正确接收信息或者第一设备自身没有收到音频网关发送的数据，则向音频网关发送接收失败信息(NACK)，则音频网关会重传发送的数据。为了减少音频网关数据的重传次数，需要保证第一设备与第二设备在同一时间同时接收音频网关发送的数据，但当无线蓝牙音频系统连接多个音频网关(音频网关1，音频网关2等)时，蓝牙的分时复用（TDD）机制导致第一设备与第二设备两个设备并不能保证在同一时刻接收同一个音频网关发送的数据，如第一设备与音频网关1通信时，第二设备正在监听音频网关2发送的数据，因此第一设备不能在与音频网关1通信的主-从时隙剩余时间收到第二设备的确认信息，从而向音频网关1发送数据接收失败信息(NACK)，造成音频网关1一直重传同一包数据，引起音频卡顿，甚至断开连接等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，用于解决现有技术中当存在两个或以上的音频网关时，由于多个音频设备不能保证同一时刻接收同一个音频网关的数据，导致引起音频卡顿、断开以及不能快速切换音频播放源的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，包括：
步骤S100、将第一设备与第二设备通过标准的蓝牙连接过程建立微微网0，将第一设备与音频网关i建立微微网i；第一设备将音频网关i的连接信息通过微微网0发送给第二设备，第二设备与音频网关i建立监听链路i；其中，i=1，2，……，M，M为音频网关数量；
步骤S200、使用第一设备提供的时钟作为微微网0的主时钟，以音频网关i提供的时钟作为微微网i的主时钟；在第一设备、第二设备内将微微网i的主时钟换算到微微网0的主时钟上；
步骤S300、在第一设备和第二设备内，根据音频网关数量M，将时间分为重复的时间片，第一设备在划分的多个时间片分别执行：在微微网0与第二设备通信、在微微网1与音频网关1通信、在微微网0与第二设备通信、在微微网2与音频网关2通信、……、在微微网0与第二设备通信、在微微网M与音频网关M通信；相应地，第二设备在划分的多个时间片按顺序执行：在微微网0与第一设备通信、在监听链路1上监听音频网关1发送的数据（即与音频网关1通信）、在微微网0与第一设备通信、在监听链路2上监听音频网关2发送的数据（即与音频网关2通信）、……、在微微网0与第一设备通信、在监听链路M上监听音频网关M发送的数据（即与音频网关M通信）。
本发明通过建立与音频网关数量相等的微微网和监听链路（实质上也是微微网），通过在不同微微网的主时钟统一，并将第一设备、第二设备的通信时间划分时间片，实现同一时间第一设备与第二设备能接收同一个音频网关发送的数据，减少数据重传和无效通信，降低系统的功耗；且在连接多个音频网关时，在播放音乐的场景下，能实现快速并且同步切换音源，且对音频网关没有特殊要求，能与市场上所有的音频网关进行连接。解决了现有技术中当连接两个或者多个音频网关时，蓝牙的分时复用（TDD）机制导致第一设备与第二设备不能保证在同一时刻接收同一个音频网关发送的数据，从而引起音频卡顿，甚至连接断开等问题，并且在切换音乐播放源时，由于重传原因不能实现快速切换的问题。
所述步骤S300具体包括：在第一设备和第二设备内分别将时间划分为时间片0à时间片1à时间片0à时间片2……时间片0à时间片i……时间片0à时间片M；其中i=1，2，……，M；在第一设备内时间片0用于微微网0通信，时间片i用于微微网i通信；在第二设备内时间片0用于微微网0通信，时间片i用于监听链路i接收；每个时间片为一个微微网的通信时间，时间片1到时间片M中每个时间片的通信时间长度均相等，即window_1=window_2=……=
Figure 752580DEST_PATH_IMAGE001
=window，定义：
N=piconet_0_master_clock/interval_0；
P=piconet_0_master_clock%interval_0；
Q=N%M；
其中，piconet_0_master_clock为微微网0的主时钟值，每隔312.5微秒计数加1；interval_0为时间片0的重复周期，interval_0=window_0+window；window_0为时间片0的通信的时间长度；
由于设备间通信的最短时间为2个时隙，因此window_0与window为大于1的整数，单位为1250微秒。interval_0为时间片0的重复周期，单位为1250微秒，当连接M个音频网关时，interval_0的值必须大于等于2*M，同时蓝牙标准中要求要个设备通信的间隔时间小于200个时隙，因此interval_0的值必须小于100，因此interval_0可以设置为2*M~100间的任意整数；
按照以下规则进行调度：
当第一设备与第二设备中P=R时，时间片0开始，第一设备开始在微微网0与第二设备通信，通信的时间长度为window_0，重复周期为interval_0，其中，R为满足0≤R＜interval_0的任意整数，由于在第一设备、第二设备内将微微网i的主时钟换算到微微网0的主时钟上，即piconet_0_master_clock相同，且设置第一设备、第二设备的时间片0的重复周期相同，为了保证第一设备与第二设备间正常通信，因此R在第一设备与第二设备中的值相同；
piconet_0_master_clock的值是变化的，interval_0是固定的时间段，因此，Q总是从0到(M-1)循环取值，系统只需根据当前Q值判断进行调度即可，即当在微微网0上通信结束后，若此时Q=i-1，则时间片i开始，第一设备开始在微微网i与音频网关i通信，时间长度为window，第二设备开始在监听链路i上监听音频网关i发送的数据，监听时间长度为window，即第一设备和第二设备划分的时间片是顺序执行的，且二者同时与同一个音频网关通信。时间片1到时间片M中每个时间片的重复周期interval均相等，interval=M*interval_0。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明同一时间第一设备与第二设备能接收同一个音频网关发送的数据，减少数据重传，和无效通信，降低系统的功耗。
（2）本发明连接多个音频网关时，在播放音乐的场景下，能实现快速并且同步切换音源，不需要对与特定的音频网关设备联合使用，能与市场上所有的音频网关进行连接。
附图说明
图1为本发明中第一设备、第二设备与两个音频网关建立连接的示意图；
图2为本发明中第一设备与第二设备连接的调度示意图；
图3为本发明中第一设备与第二设备连接一个音频网关的调度示意图；
图4为本发明中第一设备与第二设备连接两个音频网关的调度示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，包括：
步骤S100、将第一设备与音频网关i建立微微网i；第一设备将音频网关i的连接信息通过微微网0发送给第二设备，第二设备与音频网关i建立监听链路i；其中，i=1，2，……，M，M为音频网关数量；
以两个音频网关为例，如图1所示，将两个声音播放设备第一设备与第二设备通过标准的蓝牙连接过程（page/pagescan）建立微微网0(piconet_0)，将第一设备与音频网关1（可以是手机或者平板）通过标准的蓝牙连接过程建立微微网1(piconet_1)，第一设备将音频网关1连接信息(音频网关1的时钟，跳频序列等)，通过与微微网0发送给第二设备，第二设备就可以建立一条监听链路1(piconet_1’)；音频网关2（可以是手机或者平板等）也通过标准的蓝牙连接过程(page)与第一设备建立一个微微网2(piconet_2)，第一设备再将音频网关2连接信息(音频网关2的时钟，跳频序列等)，通过与微微网0发送给第二设备，第二设备可以建立另外一条监听链路2(piconet_2’)，形成如图1所示的多连接系统，其中设备间实线箭头代表存在一个完整的微微网，设备间虚线箭头表示监听链路。同样道理，可以将M个音频网关与第一设备、第二设备建立微微网。
为了实现在同一时间第一设备与第二设备同时接收同一个音频网关发送的数据，第一设备与第二设备内部进行两个步骤：1.时间的统一；2.按照相同的规则进行的各个微微网的调度，具体如下：
1.时间的统一
在微微网0(piconet_0)中使用第一设备的提供的时钟作为主时钟(piconet_0_master_clock)，在微微网1(piconet_1)中使用音频网关1的提供的时钟作为主时钟(piconet_1_master_clock)，在微微网2(piconet_2)中使用音频网关2的提供时钟作为主时钟(piconet_2_master_clock)，……，在微微网M(piconet_M)中使用音频网关M的提供时钟左为主时钟(piconet_M_master_clock)。由于三个主时钟相互独立，因此需要在第一设备与第二设备中通过各个微微网中的时钟偏差，将主时钟统一换算到微微网0的主时钟上。
2.按照相同的规则进行的各个微微网的调度
蓝牙系统中设备按照TDD分时复用的方式进行通信，一个微微网通信的时间为一个时间片(TS)。在第一设备与第二设备内部，将时间分为M+1个重复的时间片，每个时间片具有开始时间(anchor)，有一定的时间长度(window)，并按照一定的周期（interval）进行重复。在第一设备内时间片0(TS0)用于微微网0通信，时间片1(TS1)分别用于微微网1通信，时间片2(TS2)用于微微网2通信，……，时间片M(TSM)用于微微网M通信；在第二设备内时间片0(TS0)用于微微网0通信，时间片1(TS1)用于监听链路1接收，……，时间片M(TSM)用于监听链路M接收。第一设备与第二设备内可以将时间划分为：时间片0à时间片1à时间片0à时间片2……时间片0à时间片Mà时间片0à时间片1à时间片0à时间片2……时间片0à时间片M，如此重复，为了描述时间片，定义以下参数。
anchor_0：时间片0开始时对应的微微网0的主时钟值；
window_0：时间片0的时间长度；
interval_0：时间片0的重复周期；
anchor_1：时间片1开始时对应的微微网0的主时钟值
window_1：时间片1的时间长度；
interval_1：时间片1的重复周期；
anchor_2：时间片2开始时对应的微微网0的主时钟值；
window_2：时间片2的时间长度；
interval_2：时间片2的重复周期；
……
anchor_M：时间片M开始时对应的微微网0的主时钟值；
Figure 25429DEST_PATH_IMAGE001
：时间片M的时间长度；
interval_M：时间片M的重复周期；
设置window_1-
Figure 209811DEST_PATH_IMAGE001
均相等，则interval_1-interval_M均相等， anchor_0-anchor_M均是随时间变化的时刻值；
再定义：
N为微微网0的主时钟值除以重复周期的值，即：N=anchor_0/interval_0；
P为微微网0的主时钟值对重复周期取余的值，即：P=anchor_0%interval_0；
Q为N对M取余的值，即：Q=N%M；
设置R，R为满足0≤R＜interval_0的任意整数，R在第一设备与第二设备中的值相同。
当M=0时，即只有第一设备与第二设备连接时，第一设备与第二设备在微微网0通信，调度方法如图2所示：
当P=R时，时间片0开始，第一设备与第二设备开始在微微网0通信，通信时间长度为window_0，每次开始通信的时间间隔为interval_0。
当M=1时，即第一设备与第二设备仅连接1个音频网关时，第一设备会在微微网0与第二设备通信，微微网1上与音频网关1通信，第二设备会在微微网0与第一设备通信，在监听链路1上进行监听和接收数据，调度方法如图3所示：
当P=R时，时间片0开始，第一设备开始在微微网0与第二设备通信，通信时间长度为window_0，同时，第二设备开始在微微网0与第一设备通信，通信时间长度为window_0；
当在微微网0上通信结束后，时间片1开始，第一设备开始在微微网1上与音频网关1进行通信，通信时间长度为window_1，同时，第二设备开始在监听链路1上监听音频网关1发送的数据，监听时间长度为window_1。window_0=window_1，interval_1=interval_0=1*interval_0。
由图3可知，anchor_1=anchor_0+window_0，window_1=interval_0-window_0。
当M=2时，即第一设备与第二设备连接两个音频网关时，调度方法如图4所示：
当P=R时，时间片0开始，第一设备开始在微微网0与第二设备通信，通信时间长度为window_0，每次开始通信的时间间隔为interval_0，同时，第二设备开始在微微网0与第一设备通信，通信时间长度为window_0，每次开始通信的时间间隔为interval_0。
当在微微网0上通信结束后，且当Q=0，则时间片1开始，第一设备开始在微微网1上与音频网关1进行通信，通信时间长度为window_1，同时，第二设备开始在监听链路1上监听音频网关1发送的数据，监听时间长度为window_1；
当Q=1，则时间片2开始，第一设备开始在微微网2上与音频网关2进行通信，通信时间长度为window_2，同时，第二设备开始在监听链路1上监听音频网关2发送的数据，监听时间长度为window_2；由图3可知，
interval_1=interval_2=2*interval_0；
window_1=window_2=interval_0-window_0。
同理，当音频网关个数为M时，按照如下规则调度：
当P=R时，时间片0开始，第一设备开始在微微网0与第二设备通信，通信的时间长度为window_0，重复周期为interval_0；
当在微微网0上通信结束后，且当Q=0，则时间片1开始，第一设备开始在微微网1上与音频网关1进行通信，通信时间长度为window_1，同时，第二设备开始在监听链路1上监听音频网关1发送的数据，监听时间长度为window_1；
当Q=1，则时间片2开始，第一设备开始在微微网2上与音频网关2进行通信，通信时间长度为window_2，同时，第二设备开始在监听链路1上监听音频网关2发送的数据，监听时间长度为window_2。
……
当此时Q=i-1，则时间片i开始，第一设备开始在微微网i与音频网关i通信，时间长度为
Figure 288625DEST_PATH_IMAGE003
，第二设备开始在监听链路i上监听音频网关i发送的数据，监听时间长度为window，时间片1到时间片M中每个时间片的重复周期interval均相等，interval=M*interval_0。
……
当此时Q=M-1，则时间片M开始，第一设备开始在微微网M与音频网关M通信，时间长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，第二设备开始在监听链路M上监听音频网关M发送的数据，监听时间长度为
Figure 724286DEST_PATH_IMAGE005
，时间片1到时间片M中每个时间片的重复周期interval均相等，interval=M*interval_0。
由于anchor_0是随时间变化的值，interval_0是固定的时间段，因此，P和Q均是由小到大变化的，即第一设备和第二设备划分的时间片是顺序执行的。且二者同时与同一个音频网关通信。
本发明通过建立与音频网关数量相等的微微网和监听链路（实质上也是微微网），通过在不同微微网的主时钟统一，并将第一设备、第二设备的通信时间划分时间片，实现同一时间第一设备与第二设备能接收同一个音频网关发送的数据，减少数据重传和无效通信，降低系统的功耗；且在连接多个音频网关时，在播放音乐的场景下，能实现快速并且同步切换音源，且对音频网关没有特殊要求，能与市场上所有的音频网关进行连接。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (2)

1.一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，其特征在于，包括：
步骤S100、将第一设备与第二设备通过标准的蓝牙连接过程建立微微网0，将第一设备与音频网关i建立微微网i；第一设备将音频网关i的连接信息通过微微网0发送给第二设备，第二设备与音频网关i建立监听链路i；其中，i=1，2，……，M，M为音频网关数量；
步骤S200、使用第一设备提供的时钟作为微微网0的主时钟，以音频网关i提供的时钟作为微微网i的主时钟；在第一设备、第二设备内将微微网i的主时钟换算到微微网0的主时钟上；
步骤S300、在第一设备和第二设备内，根据音频网关数量M，将时间分为重复的时间片，第一设备在划分的多个时间片分别执行：在微微网0与第二设备通信、在微微网1与音频网关1通信、在微微网0与第二设备通信、在微微网2与音频网关2通信、……、在微微网0与第二设备通信、在微微网M与音频网关M通信；相应地，第二设备在划分的多个时间片按顺序执行：在微微网0与第一设备通信、在监听链路1上监听音频网关1发送的数据、在微微网0与第一设备通信、在监听链路2上监听音频网关2发送的数据、……、在微微网0与第一设备通信、在监听链路M上监听音频网关M发送的数据。
2.根据权利要求1所述的一种无线蓝牙音频系统多连接调度方法，其特征在于，所述步骤S300具体包括：在第一设备和第二设备内分别将时间划分为时间片0à时间片1à时间片0à时间片2……时间片0à时间片i……时间片0à时间片M；其中i=1，2，……，M；在第一设备内时间片0用于微微网0通信，时间片i用于微微网i通信；在第二设备内时间片0用于微微网0通信，时间片i用于监听链路i接收；每个时间片为一个微微网的通信时间，时间片1到时间片M中每个时间片的通信时间长度window均相等，定义：
N=piconet_0_master_clock/interval_0；
P=piconet_0_master_clock%interval_0；
Q=N%M；
其中，piconet_0_master_clock为微微网0的主时钟值，每隔312.5微秒计数加1；interval_0为时间片0的重复周期，interval_0=window_0+window；window_0为时间片0的通信的时间长度；
按照以下规则进行调度：
当第一设备与第二设备中P=R时，时间片0开始，第一设备开始在微微网0与第二设备通信，通信的时间长度为window_0，重复周期为interval_0，其中，R为满足0≤R＜interval_0的任意整数，且R在第一设备与第二设备中的值相同；
piconet_0_master_clock的值是变化的，interval_0是固定的时间段，因此，Q总是从0到(M-1)循环取值，当在微微网0上通信结束后，若此时Q=i-1，则时间片i开始，第一设备开始在微微网i与音频网关i通信，时间长度为window，第二设备开始在监听链路i上监听音频网关i发送的数据，监听时间长度为window，时间片1到时间片M中每个时间片的重复周期interval均相等，interval=M*interval_0。
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