CN114286289B

CN114286289B - 一种电子价签漫游方法

Info

Publication number: CN114286289B
Application number: CN202011514899.0A
Authority: CN
Inventors: 曹悦; 林喆
Original assignee: Shanghai Sunmi Technology Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Sunmi Technology Group Co Ltd
Priority date: 2020-12-20
Filing date: 2020-12-20
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2040-12-20
Also published as: CN114286289A

Abstract

本发明涉及一种电子价签漫游方法，电子价签在注册基站注册后，完成所有备选基站、信号强度及漫游剩余时间的初始化；按照用户设定的扫描周期唤醒，轮询所述注册基站和所有备选基站，将所述注册基站的信号强度Q1与所述所有备选基站的信号强度Q2进行比较，触发漫游条件后完成漫游过程。与现有技术相比，本发明的电子价签漫游方法，大大降低人工指定电子价签所属基站所带来的人工维护成本，同时，因为电子价签可以自己选择组网中信号最好的基站，可降低因部署位置不佳导致的通信失败概率，且避免了因大量价签注册在同一基站上，所导致的组网场景下负载不均衡，确保批量价签刷新的性能。

Description

一种电子价签漫游方法

技术领域

本发明涉及电子价签漫游方法，尤其是在无线网络终端具备移动通信能力的电子价签。

背景技术

电子价签(ESL)，是一种带有信息收发功能的电子显示装置，放置在货架上可替代传统纸质价格标签，能大量节省人力成本，可广泛应用于超市、便利店、仓储等多种商业环境。由于单个基站(AP)设备的信号覆盖范围都是有限的，终端用户在移动过程中，往往会出现从一个基站服务区跨越到另一个基站服务区的情况。漫游就是指终端用户从一个基站区域移动到另一个基站区域后，与新的基站进行关联并与原有基站断开关联的过程。

目前，现有的电子价签是以一个固定周期向空中2.4G频段发射广播包，假设基站A扫到该广播包之后，即可与该电子价签连接并完成注册绑定关系，基站A会将该事件上报至服务器端。服务器会将此事件通知同一网络下的其他基站，这样别的基站就不会尝试与该电子价签连接。当电子价签被移动了位置后，基站A会发现不了该价签的广播包或者发现广播包的信号很弱，于是上报此事件到服务器端，服务器端接收到该事件后会通知其他基站该电子价签可被重新发现与连接。此时，基站B如果扫到了该电子价签发出的广播包，即可与之连接并完成注册绑定关系，同时，基站B上报该事件到服务器端。服务器会将此事件通知同一网络下的其他基站，这样别的基站就不会再尝试与该电子价签连接，即完成了电子价签从基站A到基站B的漫游。

现有电子价签漫游技术的缺陷是，当某些电子价签注册的基站出现意外情况(意外情况指电子价签发现不了注册基站的信号)时，如断电、断网或基站本身损坏，那么就需要人工用手持设备重新给电子价签指定新的基站来注册，否则，电子价签就会因为找不到原有的基站而不可用。一般来说，一个基站下会有几百甚至上万个电子价签，如人工手动去配置电子价签的指定基站，将非常耗费人力。另外，如果和电子价签连接的基站信号强度(RSSI)较弱，则会影响电子价签与基站之间数据通信的成功率，导致用户体验不佳。最后，从整个系统角度来看，如果电子价签不能自行选择信号强度最好的基站，那么，就会导致同一网络下基站的不均衡负载，从而影响系统刷新电子价签的处理效率，尤其在需要批量刷新电子价签时。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种电子价签漫游方法，由电子价签扫描并记录同一组网内不同基站(价签不能在不同组网间漫游)的广播，对信号强度进行一段时间的滤波后，选出信号最强的基站，电子价签自动从原有基站离开，注册到信号最强的基站上，因此，异常情况下无需进行人工干预。

如非特别说明，本发明提到的技术术语含义如下：

电子价签发出的信息有注册消息、寻呼消息、漫游消息、时钟同步消息等，接收的信息有基站发出的注册广播、寻呼广播等。

本发明的技术构思如下：

(1)如图1所示，采用一阶滞后滤波算法(滤波后的值＝a*上一次滤波后的值+(1-a)*本次采样值)对采集的信号强度进行滤波，可以较好地过滤突变信号所带来的影响，如大型商场环境下，人流的走动对信号强度的干扰。a表示权重，取值范围是0-1。

(2)漫游信号强度阈值，指信号强度超过阈值，就会将触发漫游剩余时间减去价签的扫描周期，一旦漫游剩余时间为0，就发生漫游。漫游信号强度阈值可设置为大于等于5dB(阈值越大，价签越不容易漫游)，既可以让电子价签漫游到信号强度较好地基站，又能避免频繁产生漫游。如果有两个及以上基站都满足漫游条件，选择信号强度更好的基站。

(3)触发漫游剩余时间，指价签满足漫游产生的剩余时间，由价签自己计算。触发漫游剩余时间可设置为大于等于300秒(时间越长，等待价签产生漫游的时间越长)，既不影响用户体验，同样可以避免频繁漫游。

(4)如图2所示，如果某次没有采到相关基站的信号强度，则一阶滞后滤波算法公式中本次采样值为前一次采样值的基础上减去漫游信号强度阈值，以避免当基站正在和某个价签通信或者因其他原因，恰好没有在本次被扫描到的情况下，基站的信号强度值不会出现过快下降。

(5)如果某次滤波后的备选基站与注册基站的信号强度差值小于漫游信号强度阈值，而触发漫游剩余时间小于300秒，则触发漫游剩余时间加上前一次的扫描周期，而不是直接恢复成触发漫游剩余时间的初始值。这样处理可大大缩短整体漫游的时间，提高实际应用效率。如图3所示，横轴表示漫游的时间，纵轴表示漫游剩余时间，蓝线表示差值小于漫游信号强度阈值时触发漫游剩余时间加上前一次的扫描周期，红线表示差值小于漫游信号强度阈值时触发漫游剩余时间恢复默认值300秒，从图中可以看出，前者能更快的触发漫游。

上述措施中，(1)和(2)、(4)、(5)之间有关联，信号强度的比较是指经过了一阶滞后滤波算法后得出的信号强度。(5)和(3)有关联，(5)描述了一种对触发漫游剩余时间的处理方法，可以缩短整体漫游时间。

实现该电子价签漫游方法的系统如图4所示，包括服务器、基站和价签，基站包含mqtt_client模块(MQTT客户端)、controller模块(BLE控制模块)和BLE模块(低功耗蓝牙模块)，价签包含BLE模块和漫游模块。价签通过BLE模块发现基站的广播，由漫游模块记录广播信息并判断是否满足漫游条件。若价签满足了漫游条件，则跟基站进行连接，价签发送漫游消息给基站的BLE，BLE将漫游消息发送给controller模块，controller模块再将消息发送给mqtt_client模块，mqtt_client模块通过MQTT(消息队列遥测传输)协议将漫游消息发送给服务器，同时回复注册消息给controller模块，再通过BLE发送给价签，完成价签漫游的过程。

附图说明

图1是本发明中信号强度原始值与滤波后的信号强度对比示意图；

图2是本发明采集不到信号情况下的滤波图；

图3是本发明触发漫游剩余时间的对比图；

图4是本发明的电子价签漫游系统示意图；

图5是本发明的电子价签端的方法流程图；

图6是本发明的基站端的方法流程图；

图7是本发明的电子价签系统的电路模块示意图；

图8是本发明的电子价签系统基站的电路模块示意图；

图9是本发明的电子价签系统的结构示意图；

图10是本发明的电子价签系统的交互流程图；

图11是本发明的电子价签系统的又一结构示意图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施例进行详细说明，但所述内容不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的保护涵盖范围之内。另外，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

电子价签作为BLE通信的Master(主设备，负责扫描广播)，在休眠唤醒之后，会在扫描窗口里对同一组网的基站进行信号收集。价签唤醒间隔即为扫描周期，可由用户设置。基站信号强度收集完成之后，对各个基站的信号强度进行滤波处理，当备选基站与价签注册的基站之间信号强度差值大于漫游信号强度阈值时，触发漫游剩余时间＝上次触发漫游剩余时间-扫描周期。反之，则触发漫游剩余时间＝上次触发漫游剩余时间+扫描周期。当触发漫游剩余时间减到0，电子价签会从之前注册的基站向新的基站进行漫游，即完成重选过程。

电子价签从原基站注册到新基站后，新基站会通知原基站电子价签已经漫游离开，原基站收到通知后将删除该电子价签。如果原基站还有未下发给电子价签的任务，则将该任务发给新基站，由新基站给电子价签下发该任务。

如图5，电子价签端的方法流程如下：

(1)电子价签注册后，将记录的所有备选基站的MAC地址(Media Access Control，基站蓝牙广播的唯一标识，在生产时写入)初始化为全F，表示该备选基站无效，信号强度初始化为-100dB，漫游剩余时间初始化为300秒。

(2)电子价签按照用户设定的扫描周期唤醒，唤醒后扫描蓝牙广播，并记录下基站广播的信息。

(3)对记录的广播包，按照信号强度由大到小排序。因为每个基站有多路蓝牙广播信号，所以对信号强度进行排序可以保证电子价签选择的是基站信号最好的一路广播信号。

(4)轮询注册基站和所有备选基站，从记录的广播里找到这些基站发出的广播，将广播里的信号强度作为本次的信号强度采样值；若本次记录的广播里没有找到基站发出的广播，则本次信号强度采样值等于上次采样值减去10dB，这样可以避免当AP正在和某个电子价签通信或者其他原因，恰好没有扫描到的情况下信号强度出现下降过快的情况。

(5)对所有的基站信号进行滤波，根据一阶滞后滤波算法(滤波后的值＝a*上一次滤波后的值+(1-a)*本次采样值)计算出滤波后的值，a的值可根据现场实际情况改变。滤波可以防止信号强度采样值的尖峰干扰。

(6)选出备选基站中滤波后信号强度最弱的基站。

(7)若记录的广播中有信号强度比备选基站中信号强度最弱的大5dB，则用发出该广播的基站替换信号强度最小的备选基站，这样可以保证备选的基站是组网里信号强度较好的那些基站。

(8)将注册基站滤波后的信号强度Q1和所有备选基站滤波后的信号强度Q2进行比较：

如果Q2-Q1＞5dB，当触发漫游剩余时间大于扫描周期时，触发漫游剩余时间减去扫描周期；当触发漫游剩余时间小于等于扫描周期时，触发漫游剩余时间赋值为0。

如果Q2-Q1≤5dB，且触发漫游剩余时间小于300秒，则触发漫游剩余时间加上扫描周期；如果Q2-Q1≤5dB，且触发漫游剩余时间大于等于300秒，触发漫游剩余时间不变。如触发漫游剩余时间对比图所示，两基站差值小于漫游信号强度阈值时，触发漫游剩余时间加上扫描周期比恢复默认值300秒能更快地触发漫游。因为5dB的信号强度是一个较小的阈值，所以不会影响电子价签漫游到信号最好的基站，同时又可以避免电子价签频繁漫游。而备选基站信号强度优于注册基站信号强度的时间在300秒以上，同样可以避免电子价签频繁产生漫游，同时不影响客户的体验。

(9)若有备选基站的漫游剩余时间为0，则从这些漫游剩余时间为0的备选基站中选出信号最强的一个，电子价签连接该基站并注册到这个基站上，完成漫游过程。

如图6，基站端的方法流程如下：

(1)基站的BLE工作在Slave模式(从设备，负责发射广播)下，发射广播。

(2)电子价签满足漫游条件，基站收到电子价签的漫游请求。

(3)基站给电子价签下发注册回复消息。

(4)通知原基站电子价签已漫游离开，原基站删除数据库中记录的该电子价签信息，避免原基站存有不必要的记录。

(5)若原基站还有任务未下发给电子价签，原基站将该任务消息转发给新基站，新基站收到原基站发来的任务消息，将该任务消息下发给电子价签，避免了任务消息因电子价签漫游而造成的丢失。

如图7，LED模块和NFC模块可选：

(1)BLE Soc(低功耗蓝牙芯片)：支持低功耗蓝牙协议的MCU(微控制单元)，为电子价签端的主控芯片，当电子价签进入低功耗休眠模式后，该芯片也进入深度休眠模式，同时通过芯片内部的时钟电路计时，当达到计时数时，再度唤醒芯片，从而使整个电子价签重新进入正常工作模式，并扫描广播。

(2)天线：用于低功耗蓝牙信号的收发。

(3)电池电量模块：用于给电子价签供电，通常输入电压为3.3v。

(4)Flash模块：用于电子价签端的数据读写，比如读取生产时录入的SN(产品序列号)、ID信息(身份标识号)，保存当前显示的图片数据等。每次读写操作完毕之后，Flash都会被主控芯片发来的命令配置成低功耗模式，以降低系统功耗。

(5)LED模块：用于电子价签的定位及提示、显示等，BLE Soc会根据相应的业务指令来点亮或者闪烁。

(6)E-Paper模块(电子墨水屏)：用于显示电子价签的具体商品信息，数据由基站通过蓝牙传输到电子价签的BLE Soc，再刷新到屏幕。每次屏幕刷新完毕之后，都会被主控芯片发来的命令配置成低功耗模式，以降低系统功耗。

(7)NFC模块(Near Field Communication，近场通信)：可选装置，用户可以通过手机或者手持设备的NFC功能与价签进行NFC通信，常用于商品信息的快速查询。当没有手机或者手持设备靠近时，不对该模组供电，以降低系统功耗。

(8)ESL和AP之间基于低功耗蓝牙协议，通过AP发射广播，ESL扫描广播，ESL扫描到广播后尝试连接，连接上后完成数据交互。

如图8，LED模块可选，若通过POE(有源以太网)供电，则电源模块可省：

(1)ARM：主控芯片。

(2)电源模块：负责给基站供电。

(3)网络模块：负责连接网络。若使用POE，也可以给基站供电。

(4)BLE stack(低功耗蓝牙协议栈)：用于发送和接收与价签通信的蓝牙数据。

(5)LED模块：可以表示基站的不同状态，如白灯闪烁表示基站在启动，白灯常亮表示基站运行正常，红灯常亮表示与服务器断开。

(6)天线：用于低功耗蓝牙信号的收发。

如图9-10，ESL从一台基站附近移动到另一台基站附近，四个AP在同一组网内，有一个电子价签注册在AP1上，将其余三个基站作为备选基站。因为价签离AP1的距离小于离其余三台基站的距离，所以电子价签扫描到的AP1的信号强度大于另外三台基站的信号强度，电子价签不会发生漫游。随后，将这个电子价签移到AP4附近，电子价签仍可以扫描到四个AP的广播，但此时AP4的信号强度将高于电子价签注册的AP1的信号强度，且差值大于5dB，当信号强度差值持续300秒大于5dB后，电子价签尝试向AP4发起连接注册，注册成功后，AP4会通知AP1该电子价签已经漫游到新的基站AP4。如果AP1还有ESL的任务没有下发给电子价签，那么AP1将任务发送给AP4，由AP4下发给电子价签。

如图11，电子价签注册在AP1上，其余三个基站为备选基站，当AP1离线或被拿走后，注册在AP1上的电子价签继续扫描周围基站的广播，因为电子价签已经扫描不到AP1的广播，所以电子价签记录的AP1的信号强度每次扫描后都会减去10dB，当三个备选基站中某基站的信号强度持续300秒都比AP1的信号强度大5dB，电子价签就漫游到该基站上去。图中AP3离价签最近，理论上，AP3的信号强度大于AP2和AP4的信号强度，所以，电子价签会漫游到AP3上去。

Claims

1.一种电子价签漫游方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述电子价签在注册基站注册后，完成所有备选基站、信号强度及触发漫游剩余时间的初始化；

所述电子价签按照用户设定的扫描周期唤醒，唤醒后扫描具有一路或多路蓝牙广播信号的所述注册基站和所有备选基站，并记录所述注册基站和所有备选基站基站广播信息；

轮询所述注册基站和所有备选基站，从所述基站广播信息里找到这些基站发出的广播，并将所述广播里的信号强度作为本次信号强度采样值；若不能从所述基站广播信息里找到这些基站发出的广播，则本次信号强度采样值等于上次信号采样值减去定值,所述定值是10dB;

将所述注册基站的信号强度Q1与所述所有备选基站的信号强度Q2进行比较：

如果Q2-Q1＞5dB，当触发漫游剩余时间大于扫描周期时，触发漫游剩余时间减去扫描周期；当触发漫游剩余时间小于等于扫描周期时，触发漫游剩余时间赋值为0；

如果Q2-Q1≤5dB，且触发漫游剩余时间小于300秒，则触发漫游剩余时间加上扫描周期；如果Q2-Q1≤5dB，且触发漫游剩余时间大于等于300秒，则触发漫游剩余时间不变；

若有备选基站的漫游剩余时间为0，则从这些触发漫游剩余时间为0的备选基站中选出信号最强的一个，所述电子价签连接该基站并注册到这个基站上，完成漫游过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述备选基站初始化为全F。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号强度初始化为-100dB。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫游剩余时间初始化为300秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述蓝牙广播信号进行强度大小排序。

6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述注册基站和所有备选基站的信号均经过滤波处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述滤波处理为根据一阶滞后滤波算法：滤波后的值＝a*上一次滤波后的值+(1-a)*本次采样值，计算出滤波后的值，a为设定值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述基站广播信息中信号强度比所述备选基站中最弱的信号强度大至少5dB，则用发出该广播的基站替换信号强度最弱的备选基站。