CN114845287A - 一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法,该系统包括采集终端设备、蓝牙主设备和蓝牙从设备,采集终端设备与蓝牙主设备通过电力线载波组网通信,蓝牙主设备与蓝牙从设备通过分簇自组网通信;采集终端设备用于发起对蓝牙主、从设备的数据采集及接收主动告知数据;蓝牙主设备用于发起组网邀请、管理入网从节点地址、接收并转发数据;蓝牙从设备用于响应数据采集命令并主动上报数据。该方法包括:蓝牙主设备发起配网流程;蓝牙从设备向最优的蓝牙主设备发起接入请求;蓝牙主设备收到接入请求后,发送从节点接入响应报文;蓝牙从设备收到接入响应报文后,确定是否被蓝牙主设备接入。该系统及方法组网方便灵活,通信稳定、可靠。

Description

一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法。
背景技术
当前低压用电台区基本采用电力线载波技术采集用户电表数据,由于其无需单独布线、抗干扰能力强、传输距离较远成为低压采集主流通信方案。
随着低压物联网的发展,蓝牙技术被广泛推广应用,例如低压感知装置、物联网电能表、锁具、表后微型断路器等,如何将这些设备接入采集系统进行数据采集和状态监控是个难题。
现有技术中,将蓝牙通信和电力线载波通信结合,可实现对蓝牙设备数据采集和状态监控,当前主流的蓝牙通信采集方案基本上是1vs1或者1vsN建立配对连接通信模式。2017年蓝牙技术联盟推广蓝牙mesh技术,支持NvsN洪泛组网,通过中继多跳最多可组建32677个节点规模的网络。连接模式基本特点是组网简单,通信报文较长,通信可靠,但组网规模有限一般不超过16个;mesh组网模式基本特点是网络规模较大、组网灵活,但由于组网层级较多,网络冲突可能性较大,导致传输时延较大,通信不可靠,传输报文包长较短无法满足低压电力采集量要求,现有关于HPLC和蓝牙mesh组合应用方案中,没有结合低压台区应用场景对mesh组网方式进行有效控制和优化。例如,专利CN202111216716.1公开了一种基于HPLC和蓝牙的末梢用能数据采集系统及方法,通过mesh网络管理室内电器设备组网,随着mesh节点数量的增加,网络中的mesh包的数据将呈指数级增加,这种“广播风暴”现象可能使通信环境变得恶劣,进而产生部分节点通信可靠性下降的问题。又如,专利CN202010459039.5公开了一种基于宽带载波与蓝牙通信的用电信息采集系统,其中公开了一种mesh网络解决网络冲突的常规办法,即控制网络PDU报文的生成时间(TTL)转发次数和报文序列号(SEQ)的方式,对于中继节点较多的情况,依旧不能解决传输可靠性和通信及时性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法,该系统及方法组网方便、灵活,通信稳定、可靠。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于蓝牙mesh的低压采集系统,包括采集终端设备、M个蓝牙主设备和N个蓝牙从设备,所述采集终端设备与蓝牙主设备通过电力线载波组网通信,所述蓝牙主设备与蓝牙从设备通过分簇自组网通信;所述采集终端设备用于发起对蓝牙主、从设备的数据采集以及接收蓝牙主、从设备的主动告知数据,实现数据收集及处理;所述蓝牙主设备作为组建mesh网络的主节点,用于发起组网邀请、管理入网从节点地址、接收并转发采集终端设备发送给蓝牙从设备的数据以及蓝牙从设备发送给采集终端设备的数据;所述蓝牙从设备用于响应采集终端设备下发的数据采集命令,并主动上报数据信息。
本发明还提供了一种基于所述系统的基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,包括以下步骤:
步骤1:蓝牙主设备上电初始化后,蓝牙主设备作为配网器发起配网流程;
步骤2:蓝牙从设备上电初始化后,向最优的蓝牙主设备发起接入请求;
步骤3:蓝牙主设备接收到蓝牙从设备的接入请求后,发送从节点接入响应报文,并记录入网从节点地址;
步骤4:蓝牙从设备收到接入响应报文后,确定是否被蓝牙主设备接入。
进一步地,所述步骤1中,所述蓝牙主设备上电并获取到自己的设备地址后,下发配网报文,报文信息携带设备地址信息。
进一步地,所述步骤2中,所述蓝牙从设备上电并获取自己的设备地址后,如果从自己的flash中没有读到网络的netkey id, 那么表明蓝牙从设备不属于mesh网络,则开始搜寻周围的蓝牙主设备;如果扫描到配网报文,通过获取配网报文的服务信息计算生成一个netkey。
进一步地,所述步骤2中,所述蓝牙从设备评估周围多个发起配网的蓝牙主设备的rssi信号质量和接收配网报文的次数;评估时间到后,根据信号质量和接收配网报文次数选择最优的蓝牙主设备发起接入请求,蓝牙从设备根据所述netkey加密接入请求报文发起广播,然后等待蓝牙主设备的接入响应。
进一步地,所述步骤3中,所述蓝牙主设备在收到所有用netkey加密的数据报文中,如果解密蓝牙从设备的接入请求的报文,则回送一个入网的确认,包含分配mesh地址。
进一步地,所述步骤3中,所述蓝牙主设备控制组建网络为一主多从的星型网络,所述蓝牙主设备在管理规模达到上限后拒绝从节点入网。
进一步地,所述步骤4中,蓝牙从设备接收到蓝牙主设备回复相同的netkey加密并且回复结果为入网成功,则表明蓝牙从设备已经加入到相应的网络中。
进一步地,进行mesh组网优化和保活,包括以下步骤:
步骤A:蓝牙主、从设备配网成功后,根据设备地址广播liveness保活信息;
步骤B:蓝牙主设备持续侦听蓝牙从设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙从设备后,则将该蓝牙从设备在蓝牙主设备的入网白名单列表中剔除;
步骤C:蓝牙从设备持续侦听蓝牙主设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙主设备后,则该蓝牙从设备删除蓝牙主设备信息,搜寻其他蓝牙主设备进行入网。
进一步地,其特征在于,所述步骤A中,广播liveness保活信息中携带设备地址信息;所述步骤B中,蓝牙主设备收到蓝牙从设备的保活信息后,如果解析蓝牙从设备地址在入网白名单列表中则证明蓝牙从设备为活性状态;所述步骤C中,蓝牙从设备收到蓝牙主设备的保活信息后,如果解析蓝牙主设备地址为入网地址则证明蓝牙主设备为活性状态;所述步骤C中,蓝牙从设备评估到更好的蓝牙主设备后,变更申请新网络。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:提供了一种基于蓝牙mesh的低压采集系统及分簇自组网方法,结合配对连接模式和mesh组网模式的优点,基于mesh通信协议架构基础上进行优化分簇自组建1vsN的星型网络,N为星型网从节点规模,可配置,并通过中心主节点进行报文转发,从节点不进行报文转发,能有效解决网络冲突和通信延时问题;同时主从节点周期双向评估通信信道质量,发现更优节点后主动变更加入新网络,保障了通信可靠性,后期维护中新增节点和更换节点能够立即申请加入网络保障了“即插即用性”;通信应用报文扩展协议报文长度减少传输分包数量保证数据报文传输可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的低压采集系统架构图;
图2是本发明实施例的分簇自组网方法流程图;
图3是本发明实施例中采集蓝牙从设备数据流程图;
图4是本发明实施例中蓝牙从设备主动上报数据流程图;
图5是本发明实施例中基于蓝牙mesh的分簇自组网星型图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示,本实施例提供了一种基于蓝牙mesh的低压采集系统,包括采集终端设备S1、M个蓝牙主设备S2和N个蓝牙从设备S3,所述采集终端设备与蓝牙主设备通过电力线载波组网通信,所述蓝牙主设备与蓝牙从设备通过分簇自组网通信,组网规模可由蓝牙主设备进行配置。
所述采集终端设备S1用于发起对蓝牙主、从设备的数据采集,以及接收蓝牙主、从设备的主动告知数据,实现数据收集及处理。采集终端设备是管理全网所有设备的服务器,可理解为路由管理全网所有网络子节点,可对全网所有设备数据进行采集、存储、分析处理等。
所述蓝牙主设备S2作为组建mesh网络的主节点,用于发起组网邀请、管理入网从节点地址、接收并转发采集终端设备发射给蓝牙从设备的数据以及蓝牙从设备发射给采集终端设备的数据。
蓝牙主设备可与蓝牙模组等具体设备结合,例如物联网电能表,蓝牙组网mac地址可与设备地址绑定。蓝牙主设备可具备多种通信方式,通过蓝牙通信与周围蓝牙从设备形成自组网,通过电力线载波通信PLC与采集终端设备进行通信。此设备具备存储功能,可管理蓝牙组网设备白名单。
所述的蓝牙从设备S3用于响应采集终端设备下发的数据采集命令,并能主动上报数据信息。蓝牙从设备同样可与蓝牙模组等具体设备结合,蓝牙组网mac地址可与设备地址绑定。这样可通过蓝牙通信采集设备信息,或者设备通过蓝牙主动上报信息。
如图2所示,本实施例提供了基于上述系统的分簇自组网方法,包括以下步骤:
步骤1:蓝牙主设备上电初始化后,蓝牙主设备作为配网器发起配网流程。
其中,所述蓝牙主设备上电并获取到自己的设备地址后,下发配网报文,报文信息携带设备地址信息。蓝牙主设备主要由主控芯片和主蓝牙芯片组成,主控芯片获取设备地址后控制主蓝牙芯片进行配网操作。配网报文携带主设备地址,蓝牙从设备根据设备地址发起接入请求。
步骤2:蓝牙从设备上电初始化后,向最优的蓝牙主设备发起接入请求。
其中,所述蓝牙从设备上电并获取到自己的设备地址后,如果从自己的flash中没有读到网络的netkey id, 那么表明蓝牙从设备不属于mesh网络,则开始搜寻周围的蓝牙主设备;如果扫描到配网报文,通过获取配网广播报文的服务信息计算生成一个netkey。
所述蓝牙从设备评估周围多个发起配网的蓝牙主设备的rssi信号质量和接收广播配网报文的次数;评估时间到后,根据信号质量和接收广播配网报文次数选择最优的蓝牙主设备发起接入请求,蓝牙从设备根据所述netkey加密接入请求报文发起广播,然后等待蓝牙主设备的接入响应。
步骤3:蓝牙主设备接收到蓝牙从设备的接入请求后,发送从节点接入响应报文,并记录入网从节点地址。
其中,所述蓝牙主设备在收到所有用netkey加密的数据报文中,如果解密蓝牙从设备的接入请求的报文,则回送一个入网的确认,包含分配mesh地址。
所述蓝牙主设备控制组建网络为一主多从的星型网络,所述蓝牙主设备在管理规模达到上限后拒绝从节点入网。
步骤4:蓝牙从设备收到接入响应报文后,确定是否被蓝牙主设备接入。
其中,蓝牙从设备接收到蓝牙主设备回复相同的netkey加密并且回复结果为入网成功,则表明蓝牙从设备已经加入到相应的网络中。
在本实施例中,该方法进行mesh组网优化和保活,包括以下步骤:
步骤A:蓝牙主、从设备配网成功后,根据设备地址广播liveness保活信息。
其中,广播liveness保活信息中携带设备地址信息;
步骤B:蓝牙主设备持续侦听蓝牙从设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙从设备后,则将该蓝牙从设备在蓝牙主设备的入网白名单列表中剔除。
其中,蓝牙主设备收到蓝牙从设备的保活信息后,如果解析蓝牙从设备地址在入网白名单列表中则证明蓝牙从设备为活性状态;所述步骤C中,蓝牙从设备收到蓝牙主设备的保活信息后,如果解析蓝牙主设备地址为入网地址则证明蓝牙主设备为活性状态。
步骤C:蓝牙从设备持续侦听蓝牙主设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙主设备后,则该蓝牙从设备删除蓝牙主设备信息,搜寻其他蓝牙主设备进行入网。
其中,蓝牙从设备评估到更好的蓝牙主设备后,变更申请新网络。
如图5所示,是本实施例中基于蓝牙mesh的分簇自组网星型图,从节点可根据评估蓝牙信道质量来分簇组建1vsN的微微网络,主从蓝牙通信只需一个路径。
参考SIG MESH的设定,考虑一致性进行报文扩展,配网相关报文格式如下。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
另外:
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
如图3所示,是本实施例中采集蓝牙从设备数据流程图。其步骤包括:
步骤1:采集终端下发抄读蓝牙从设备命令;
步骤2:蓝牙主设备接收抄读蓝牙从设备命令;
步骤3:蓝牙主设备解析抄读命令地址信息,如果在路由列表中广播此命令给所有蓝牙从设备,否则丢弃;
步骤4:蓝牙从设备接收到广播抄读命令后,广播返回抄读信息;
步骤5:蓝牙主设备接收到蓝牙从设备广播命令后,返回抄读信息给采集终端。
如图4所示,是本实施例中蓝牙从设备主动上报数据流程图。其步骤包括:
步骤1:蓝牙从设备主动上报数据,广播发起数据命令。
步骤2:蓝牙主设备接收抄读蓝牙从设备上报数据命令;
步骤3:蓝牙主设备转发上报数据命令给采集终端。
在本实施例中,mesh分簇自组网优化和保活,其步骤包括:
步骤1:蓝牙主设备持续侦听蓝牙从设备保活信息,当超时无法侦听不到入网从设备后,则将此蓝牙从设备在蓝牙主设备的入网列表中剔除。
步骤2:蓝牙从设备持续侦听蓝牙主设备保活信息,当超时无法侦听不到蓝牙主设备后,则此蓝牙从设备搜寻其他蓝牙主设备进行入网。
如图5所示,是本实施例中基于蓝牙mesh的分簇自组网星型图,两个网络为相邻分簇mesh网络,如果从设备3拆除,主设备1能评估到从设备3已经不在网络中,主设备1会将维护的入网白名单中的从设备3剔除;如果主设备1拆除,网络中所有从设备将自动离网,评估到主设备2的信号后会申请加入主设备2的网络中;如果从设备2已经在主设备1网络中,周期评估网络中评估与主设备2通信质量更好,从设备2会退出主设备1网络,申请加入主设备2的网络中,主设备1会将维护的入网白名单中的从设备2剔除。
本发明以蓝牙无线通信为基础,主节点与采集终端可用电力线载波通信,可以使用其他通信方式灵活结合,构建一种可广泛应用的通信系统。本发明以终端作为数据采集和处理中心,各蓝牙设备用于通信系统搭建,系统成本较低,方案易于实现。本发明整个系统是个双向通信,采集终端可采集任意蓝牙设备信息,同时蓝牙从设备可主动上报信息给采集终端。本发明融合了蓝牙配对连接和mesh组网的建立网络的优点,可分簇组建以蓝牙主节点为中心的星形网络,一个主节点可同时管理多个从节点,规模可配。本发明基于蓝牙mesh分簇自组网,蓝牙从设备可实时评估网络通信质量,自由选择与通信效果较好的主节点组建网络,保证了整个蓝牙通信网络的稳定性。本发明蓝牙主设备节点与多个蓝牙从设备节点组建网络后,蓝牙主设备更换后,蓝牙从设备可变更为蓝牙主设备,既能选择与其他蓝牙主设备组建网络,也可以重新选择新的蓝牙设备组建网络,可避免蓝牙主设备不在时,蓝牙从设备通信丢失现象。本发明蓝牙主设备节点与多个蓝牙从设备节点组建网络后,蓝牙主设备也会周期评估蓝牙从设备是否还在网络中;如果不存在,此蓝牙从设备将从白名单中进行剔除,保证蓝牙网络管理的灵活性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙mesh的低压采集系统,其特征在于,包括采集终端设备、M个蓝牙主设备和N个蓝牙从设备,所述采集终端设备与蓝牙主设备通过电力线载波组网通信,所述蓝牙主设备与蓝牙从设备通过分簇自组网通信;所述采集终端设备用于发起对蓝牙主、从设备的数据采集以及接收蓝牙主、从设备的主动告知数据,实现数据收集及处理;所述蓝牙主设备作为组建mesh网络的主节点,用于发起组网邀请、管理入网从节点地址、接收并转发采集终端设备发送给蓝牙从设备的数据以及蓝牙从设备发送给采集终端设备的数据;所述蓝牙从设备用于响应采集终端设备下发的数据采集命令,并主动上报数据信息。
2.一种基于权利要求1所述系统的基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:蓝牙主设备上电初始化后,蓝牙主设备作为配网器发起配网流程;
步骤2:蓝牙从设备上电初始化后,向最优的蓝牙主设备发起接入请求;
步骤3:蓝牙主设备接收到蓝牙从设备的接入请求后,发送从节点接入响应报文,并记录入网从节点地址;
步骤4:蓝牙从设备收到接入响应报文后,确定是否被蓝牙主设备接入。
3.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤1中,所述蓝牙主设备上电并获取到自己的设备地址后,下发配网报文,报文信息携带设备地址信息。
4.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤2中,所述蓝牙从设备上电并获取自己的设备地址后,如果从自己的flash中没有读到网络的netkey id, 那么表明蓝牙从设备不属于mesh网络,则开始搜寻周围的蓝牙主设备;如果扫描到配网报文,通过获取配网报文的服务信息计算生成一个netkey。
5.根据权利要求4所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤2中,所述蓝牙从设备评估周围多个发起配网的蓝牙主设备的rssi信号质量和接收配网报文的次数;评估时间到后,根据信号质量和接收配网报文次数选择最优的蓝牙主设备发起接入请求,蓝牙从设备根据所述netkey加密接入请求报文发起广播,然后等待蓝牙主设备的接入响应。
6.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤3中,所述蓝牙主设备在收到所有用netkey加密的数据报文中,如果解密蓝牙从设备的接入请求的报文,则回送一个入网的确认,包含分配mesh地址。
7.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤3中,所述蓝牙主设备控制组建网络为一主多从的星型网络,所述蓝牙主设备在管理规模达到上限后拒绝从节点入网。
8.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤4中,蓝牙从设备接收到蓝牙主设备回复相同的netkey加密并且回复结果为入网成功,则表明蓝牙从设备已经加入到相应的网络中。
9.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,进行mesh组网优化和保活,包括以下步骤:
步骤A:蓝牙主、从设备配网成功后,根据设备地址广播liveness保活信息;
步骤B:蓝牙主设备持续侦听蓝牙从设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙从设备后,则将该蓝牙从设备在蓝牙主设备的入网白名单列表中剔除;
步骤C:蓝牙从设备持续侦听蓝牙主设备的保活信息,当超时侦听不到蓝牙主设备后,则该蓝牙从设备删除蓝牙主设备信息,搜寻其他蓝牙主设备进行入网。
10.根据权利要求9所述的一种基于蓝牙mesh的分簇自组网方法,其特征在于,所述步骤A中,广播liveness保活信息中携带设备地址信息;所述步骤B中,蓝牙主设备收到蓝牙从设备的保活信息后,如果解析蓝牙从设备地址在入网白名单列表中则证明蓝牙从设备为活性状态;所述步骤C中,蓝牙从设备收到蓝牙主设备的保活信息后,如果解析蓝牙主设备地址为入网地址则证明蓝牙主设备为活性状态;所述步骤C中,蓝牙从设备评估到更好的蓝牙主设备后,变更申请新网络。
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CN118018066A (zh) * 2024-03-18 2024-05-10 南京协胜智能科技有限公司 一种低压载波通信的路由器深度组网方法

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