CN115314873B - 一种低功耗的蓝牙传输方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗的蓝牙传输方法及设备，涉及蓝牙传输技术领域，包括如下步骤：依据第一蓝牙的使用区域，建立信标，确定区域若干个RSS信号强度；判断第二蓝牙的位置，判断是否在可连接的范围内，如果是，发出扫描信息；依据密钥的发出及认证，连接第一蓝牙及第二蓝牙；依据第一蓝牙及第二蓝牙之间的数据交换量，控制第一蓝牙及第二蓝牙的连接或断开。在第一蓝牙与第二蓝牙相连接时，随机的间隔时间交替发送校验信息；相互核验信息，确保连接安全性。通过大概判断出第二蓝牙的位置，基于位置信息来获取距离，最后通过距离，来针对性地调整第二蓝牙的扫描功率，也即在第一蓝牙与第二蓝牙的连接时，通过调整广播的功率来控制蓝牙的功耗。

Description

一种低功耗的蓝牙传输方法及设备
技术领域
本发明涉及蓝牙传输技术领域，具体为一种低功耗的蓝牙传输方法及设备。
背景技术
蓝牙技术是由蓝牙技术联盟提出，应用于短距离电子设备之间进行数据通信和信息交互的无线接口技术。由于其具有成本低、功率低、模块体积小、公开性强等特点，已经成为实现电子产品短距离连接的普遍技术。
蓝牙协议规范同时包含了三种蓝牙技术，即传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙。其中低功耗蓝牙，因其具有待机时间长、连接速度快、发射和接收的高峰功率低等特点而被广泛使用。
现有的蓝牙在作为主设备连接时，一般以球面的形式向外部发出广播，而从设备的位置往往是确定的，也就是说，主设备发出的绝大部分扫描信号，都被浪费了；同时，在主设备和从设备处于连接状态时，往往处于静音状态，也即是没有数据交换，这种蓝牙处于连接但实际并未使用的情况，也大幅度地增加了蓝牙的功耗。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低功耗的蓝牙传输方法及设备，通过降低第一蓝牙的扫描功率来降低蓝牙在连接时产生的功耗；及通过在蓝牙已经处于连接状态时，判断是否有数据交换，如果数据交换量低于阈值，先对数据进行缓存，等到达预定时间后重新进行连接，一次性地将缓存数据及新数据发出，借助于此来降低蓝夜连接产生的功耗，解决了背景技术中的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种低功耗的蓝牙传输方法，包括如下步骤，S1、依据第一蓝牙的使用区域，建立信标，确定区域若干个RSS信号强度；S2、判断第二蓝牙的位置，判断是否在可连接的范围内，如果是，发出扫描信息；S3、依据密钥的发出及认证，连接第一蓝牙及第二蓝牙；S4、依据第一蓝牙及第二蓝牙之间的数据交换量，控制第一蓝牙及第二蓝牙的连接或断开；S5、在第一蓝牙与第二蓝牙相连接时，以不大于T3随机的间隔时间交替发送校验信息；相互核验信息，确保连接安全性。
进一步的，在步骤S5之后，还存在：S6、在第一蓝牙与第二蓝牙在断开的T3间隔内时，计算时间段内数据传输量是否高于第二阈值，如果低于，则对数据进行缓存，并且将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的时间不大于T3；S7、重新连接第一蓝牙及第二蓝牙，如果第一蓝牙与第二蓝牙之间存在数据交换，则对优先传输上一个时间段的缓冲的数据；直至传输完毕后，再接收及当前数据。
进一步的，在步骤S1中，包括：S11、以第一蓝牙为中心，确定第一区域，以网格的形式，在第一区域内建立坐标系；S12、在第一区域内设定若干个AP信标，并选择若干个参考点，确定第一蓝牙的位置，即为第一位置信息；S13、以固定间隔时间T1周期性的统计第一区域内的若干个AP信标的信号强度RSS，并且进行标记；S14、经过T2时间的采集，获取样本库，经过高斯滤波处理后，构建AP信标的RSS库。
进一步的，步骤S2包括：S21、选定相邻近若干个邻近参考点，估算待连接的第二蓝牙的位置，形成第二位置信息；其中，确定蓝牙的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的方法符合如下公式：
Figure 25766DEST_PATH_IMAGE002
其中，di为第i参考点的欧式距离，
Figure 190031DEST_PATH_IMAGE003
为归一化系数，ε为0.1至0之间的常数，K为邻近参考点的个数，i=1、2…… n-1。
进一步的，在S21之后，还存在：S22、基于第二蓝牙的位置，并且从RSS库中选择已存在的位置数据，对第二位置信息进行核验修正；S23、接收第二蓝牙位置信息，判断第一位置信息及第二位置信息的距离，即为距离D；S24，基于接收距离D，及在距离D上所需要的RSS信号强度，对第一蓝牙设备的工作功率进行适应性调整。
进一步的，在S21之后，还存在：S22、基于第二蓝牙的位置，并且从RSS库中选择已存在的位置数据，对第二位置信息进行核验修正；S23、接收第二蓝牙位置信息，判断第一位置信息及第二位置信息的距离，即为距离D；S24，基于接收距离D，及在距离D上所需要的RSS信号强度，对第一蓝牙设备的工作功率进行适应性调整。
进一步的，在S24之后，还存在：S25、沿着第一蓝牙及第二蓝牙的连线确定一个弧度为15至30度的呈扇形的第二区域，使第一蓝牙在第二区域内发出扫描信息；如果距离D高于第一阈值，增加第一蓝牙的瞬时功率，对呈扇形的第二区域的弧度进行降低，降低的幅度与距离D的平方成正比。
进一步的，在S3中，由第一蓝牙发出包含特定密钥的广播，并由第二蓝牙接收；如果第二蓝牙能够认证，则第一蓝牙与第二蓝牙之间连接完成，如果密钥不能认证，则不再尝试连接；此时则回到S21，重新确认第二蓝牙的位置。
进一步的，步骤S4包括：S41、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，高于第二阈值时，则保持连接；S42、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，低于第二阈值时，则间歇地将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的间隔为T3。
进一步的，在S7之后包括：步骤S8、对统计连续的若干个断开状态下时，第一蓝牙及第二蓝牙间的数据缓存量V1，基于前若干个的V1，通过三次指数平滑预测法，预测下一时刻的数据交换量V2，将V2与第二阈值进行对比，判断V2是否高于第二阈值；如果高于第二阈值，则缩短时间T3的值。
（三）有益效果
本发明提供了一种低功耗的蓝牙传输方法及设备。具备以下有益效果：
通过大概判断出第二蓝牙的位置，基于位置信息来获取距离，最后通过距离，来针对性地调整第一蓝牙的扫描功率，也即在第一蓝牙与第二蓝牙的连接时，通过调整广播的功率来控制蓝牙的功耗。
在没有数据交换时，也就是说处于静音状态时，以固定间隔时间，将第一蓝牙断及第二蓝牙断开，以降低连接时间的形式，降低蓝牙的功耗。
通过预测和判断下一时间段的数据交换量，并且缩短断开的时间，能减少数据的拥堵，而且还要对下一连接时间进行延长，确保缓存的时间能够完全传输完毕；减少数据的拥堵和延迟。
附图说明
图1为本发明低功耗的蓝牙传输连接流程示意图。
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。
实施例1
在第一部分中，通过降低第一蓝牙的扫描功率来降低蓝牙在连接时产生的功耗；
在第二部分中，通过在蓝牙已经处于连接状态时，判断是否有数据交换，如果数据交换量低于阈值，先对数据进行缓存，等到达预定时间后重新进行连接，一次性地将缓存数据及新数据发出，借助于此来降低蓝夜连接产生的功耗。
在第一部分中：包括如下内容：
S1、依据第一蓝牙的使用区域，建立信标，确定区域若干个RSS信号强度；在步骤S1中，包括如下的细分步骤：
S11、以第一蓝牙为中心，确定第一区域，以网格的形式，在第一区域内建立坐标系；
S12、在第一区域内设定若干个AP信标，并选择若干个参考点，确定第一蓝牙的位置，记为第一位置信息；
使用时，基于坐标系及AP信标的位置，用于确定第一蓝牙的位置信息；以第一位置信息为基准，来对第二蓝牙的位置进行确认，并且判断第一蓝牙及第二蓝牙之间的距离。
S13、以固定间隔时间T1，例如说0.5s，周期性的统计第一区域内的若干个AP信标的信号强度RSS，并且进行标记；
S14、经过T2时间的采集，获取样本库，经过高斯滤波处理后，构建AP信标的RSS库。
使用时，通过步骤S1处理，在第一蓝牙使用区域内，能够对第一蓝牙进行定位，并且依据RSS信号及其强度，确定第二蓝牙的位置，从而降低蓝牙连接的难度。
S2、判断第二蓝牙的位置，判断是否在可连接的范围内，如果是，发出扫描信息；该步骤包括如下内容；
S21、选定相邻近若干个邻近参考点，估算待连接的第二蓝牙的位置，形成第二位置信息；其中，确定蓝牙的位置
Figure 25132DEST_PATH_IMAGE001
的方法符合如下公式：
Figure 96993DEST_PATH_IMAGE002
其中，di为第i参考点的欧式距离，
Figure 474885DEST_PATH_IMAGE003
为归一化系数，ε为0.1至0之间的常数，K为邻近参考点的个数，i=1、2…… n-1。
S22、基于第二蓝牙的位置，并且从RSS库中选择已存在的位置数据，对第二位置信息进行核验修正；
使用时，因为如果仅仅通过计算，那计算得出位置会和实际上的位置存在一定的偏差，因此需要通过建立的RSS库对第二位置进行修正；修正的方法为：以其中重合度最高的RSS作为第二蓝牙的位置，此时完成对第二蓝牙的位置的修正。
S23、接收第二蓝牙位置信息，判断第一位置信息及第二位置信息的距离，即为距离D。
需要说明的是，在自由空间中，蓝牙信号成球状辐射出去，信号功率与距离的平方成反比，符合公式：P∝1/D2，其中，P为信号的功率，D为距离，所以RSS与距离的关系是：
Figure 606789DEST_PATH_IMAGE004
由此，可以在判断出信号距离之后，合理地控制时蓝牙信号的功率，能够降低蓝牙的功耗，于是，则存以下若干个步骤：
步骤S24，基于接收距离信息D，及在D距离上所需要的RSS信号强度，对第一蓝牙设备的工作功率进行适应性调整。
在使用时，结合步骤S21至S23，能够通过大概判断出第二蓝牙的位置，基于位置信息来获取距离，最后通过距离，来针对性地调整第二蓝牙的扫描功率，也即在第一蓝牙与第二蓝牙的连接时，通过调整广播的功率来控制蓝牙的功耗。
步骤S25、沿着第一蓝牙及第二蓝牙的连线确定一个弧度为15~30度的呈扇形的第二区域，使第一蓝牙在第二区域内发出扫描信息。
使用时，S25则是在建立S24之上，因为对第二蓝牙的定位可能在一定的误差，因此建立一个广播扇面，确保将第二蓝牙囊括在内。
在步骤S24及S25中，要分为两种情况进行讨论，
第一种情况下，距离D不大，低于第一阈值，尚且在第一蓝牙的日常功率的覆盖范围之内，这种情况下，可以降低蓝牙功耗；需要说明的是，第一阈值指的是第一蓝牙或者第二蓝牙最大的信号投送距离。
第二种情况下，距离D较大，高于第一阈值，已经在第一蓝牙的日常功率的覆盖范围之外了，这种情况下，就需要在连接时，增加第一蓝牙的瞬时功率，于是，为了尽量降低功耗，呈扇形的第二区域的弧度进行降低，降低的幅度与距离D的平方成正比。针对第二种情况，由于存在增加功率及进一步缩小扫描区域，通过对第一蓝牙的工作功率的合理分配，解决了在第二蓝牙距离较远不能连接的问题。
使用时，在步骤S2中，能够基于在第一蓝牙的位置及其使用区域，建立坐标网格，并且与区域内的RSS信号来大致判断第二蓝牙的方位及距离，然后定向的确定第二区域，也就是借助于缩小第一蓝牙的扫描区域及扫描功率，来在蓝牙连接时，降低功耗。
步骤S3、依据密钥的发出及认证，连接第一蓝牙及第二蓝牙；
由第一蓝牙发出包含特定密钥的广播，并由第二蓝牙接收；
如果第二蓝牙能够认证，则第一蓝牙与第二蓝牙之间连接完成，如果密钥不能认证，则不再不连接；此时则回到S21，重新确认第二蓝牙的位置。
请参阅图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输方法，在步骤S3中之后，还包括：
步骤S4、依据第一蓝牙及第二蓝牙之间的数据交换量，控制第一蓝牙及第二蓝牙的连接或断开；具体而言，依据比对结果，存在以下的细分步骤：
S41、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，高于第二阈值时，则保持连接；需要说明的是，第二阈值指的是，在第一蓝牙和第二蓝牙在预定时间段内的数据输出量；
S42、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，低于第二阈值时，则间歇地将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的间隔为T3。
使用时，结合步骤S41及S42，在没有数据交换时，也就是说处于静音状态时，以固定间隔时间T3，将第一蓝牙断及第二蓝牙断开，以降低连接时间的形式，降低蓝牙的功耗。
但是这么处理，也存在一定的问题，因为第一蓝牙及第二蓝牙不会一直处于静音状态，在处于断开的T3的时间段内时，也可能会存在数据交换，可能会使第一蓝牙和第二蓝牙之间的交流产生不畅。
针对这个问题做出如下改进：
S5、在第一蓝牙与第二蓝牙相连接时，以不大于T3随机的间隔时间交替发送校验信息；相互核验信息，确保连接安全性；
S6、在第一蓝牙与第二蓝牙在断开的T3间隔内时，计算时间段内数据传输量是否高于第二阈值，如果低于，则对数据进行缓存，并且将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的时间不大于T3；
S7、重新连接第一蓝牙及第二蓝牙，如果第一蓝牙与第二蓝牙之间存在数据交换，则对优先传输上一个时间段的缓冲的数据；直至传输完毕后，再接收及当前数据。
结合S5至S7，通过数据的缓冲，保证了在蓝牙断开的情况下，数据能够顺利地传递，提高了数据的传递的流畅程度。
使用时，综合S5及S7，虽然保持数据传输的不遗漏，但是也存在一定的延迟，带来的新的问题；因此在步骤S7之后，还存在：
步骤S8、对统计连续的若干个断开状态下时，第一蓝牙及第二蓝牙间的数据缓存量V1，基于前若干个的V1，通过三次指数平滑预测法，预测下一时刻的数据交换量V2，将V2与第二阈值进行对比，判断V2是否高于第二阈值；如果高于第二阈值，则缩短时间T3的值。
使用时，通过预测和判断下一时间段的数据交换量，并且缩短断开的时间，能减少数据的拥堵，而且还要对下一连接时间进行延长，确保缓存的时间能够完全传输完毕；减少数据的拥堵和延迟。
实施例2
请参阅图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备，包括：
信号检测单元，依据第一蓝牙的使用区域，建立信标，确定区域若干个RSS信号强度；判断单元，判断第二蓝牙的位置，判断是否在可连接的范围内，如果是，发出扫描信息；验证单元，依据密钥的发出及认证，连接第一蓝牙及第二蓝牙；由第一蓝牙发出包含特定密钥的广播，并由第二蓝牙接收；如果第二蓝牙能够认证，则第一蓝牙与第二蓝牙之间连接完成，如果密钥不能认证，则不再尝试连接；此时重新确认第二蓝牙的位置；
第一控制单元，依据第一蓝牙及第二蓝牙之间的数据交换量，控制第一蓝牙及第二蓝牙的连接或断开；
密钥发送模块：在第一蓝牙与第二蓝牙相连接时，以不大于T3随机的间隔时间的交替发送校验信息；
第一判断单元：在第一蓝牙与第二蓝牙在断开的T3间隔内时，计算时间段内数据传输量是否高于第二阈值，如果低于，则对数据进行缓存，并且将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的时间不大于T3；
缓存模块：重新连接第一蓝牙及第二蓝牙，如果第一蓝牙与第二蓝牙之间存在数据交换，则优先传输上一个时间段的缓冲的数据；直至传输完毕后，再接收当前数据。
参考图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备；
还包括预测单元：用于在统计连续的若干个断开状态下时，第一蓝牙及第二蓝牙间的数据缓存量V1，基于前若干个的V1，通过三次指数平滑预测法，预测下一时刻的数据交换量V2，将V2与第二阈值进行对比，判断V2是否高于第二阈值；如果高于第二阈值，则缩短时间T3的值；
参考图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备；所述信号检测单元包括：
第一区域划分模块：以第一蓝牙为中心，确定第一区域，以网格的形式，在第一区域内建立坐标系；
定位模块：在第一区域内设定若干个AP信标，并选择若干个参考点，确定第一蓝牙的位置，记为第一位置信息；
统计模块：以固定间隔时间T1周期性的统计第一区域内的若干个AP信标的信号强度RSS，并且进行标记；信号处理模块：经过T2时间的采集，获取样本库，经过高斯滤波处理后，构建的AP信标的RSS库。
参考图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备；所述判断单元包括：估算模块：选定邻近若干个邻近参考点，估算待连接的第二蓝牙的位置，形成第二位置信息；
修正模块：基于第二蓝牙的位置，并且从RSS库中选择已存在的位置数据，对第二位置信息进行核验修正；
距离检测模块：接收第二蓝牙位置信息，判断第一位置信息及第二位置信息的距离，即为距离D；第二控制单元：基于接收距离D，及在距离D上所需要的RSS信号强度，对第一蓝牙设备的工作功率进行适应性调整。
参考图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备，所述判断单元包括还包括，第二区域划分模块：沿着第一蓝牙及第二蓝牙的连线确定一个弧度为15至30度的呈扇形的第二区域，使第一蓝牙在第二区域内发出扫描信息；如果距离D高于第一阈值，增加第一蓝牙的瞬时功率，对呈扇形的第二区域的弧度进行降低，降低的幅度与距离D的平方成正比；
参考图1，本发明提供一种低功耗的蓝牙传输设备，包括第二判断单元：依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，高于第二阈值时，则保持连接；低于第二阈值时，则间歇地将第一蓝牙及第二蓝牙的断开。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、依据第一蓝牙的使用区域，建立信标，确定区域若干个RSS信号强度；S2、判断第二蓝牙的位置，判断是否在可连接的范围内，如果是，发出扫描信息；S3、依据密钥的发出及认证，连接第一蓝牙及第二蓝牙；S4、依据第一蓝牙及第二蓝牙之间的数据交换量，控制第一蓝牙及第二蓝牙的连接或断开；S5、在第一蓝牙与第二蓝牙相连接时，以不大于T3随机的间隔时间交替发送校验信息；相互校验信息，确保连接安全性；
在步骤S1中，包括：S11、以第一蓝牙为中心，确定第一区域，以网格的形式，在第一区域内建立坐标系；S12、在第一区域内设定若干个AP信标，并选择若干个参考点，确定第一蓝牙的位置，即为第一位置信息；S13、以固定间隔时间T1周期性的统计第一区域内的若干个AP信标的信号强度RSS，并且进行标记；S14、经过T2时间的采集，获取样本库，经过高斯滤波处理后，构建AP信标的RSS库；
步骤S2包括：S21、选定相邻近若干个邻近参考点，估算待连接的第二蓝牙的位置，形成第二位置信息；其中，确定蓝牙的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
的方法符合如下公式：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 821566DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE005
参考点的欧式距离，
Figure 290593DEST_PATH_IMAGE006
为归一化系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为0.1至0之间的常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为邻近参考点的个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
在S21之后，还存在：S22、基于第二蓝牙的位置，并且从RSS库中选择已存在的位置数据，对第二位置信息进行核验修正；S23、接收第二蓝牙位置信息，判断第一位置信息及第二位置信息的距离，即为距离D；S24，基于接收距离D，及在D距离上所需要的RSS信号强度，对第一蓝牙设备的工作功率进行适应性调整。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：在步骤S5之后，还存在：S6、在第一蓝牙与第二蓝牙在断开的T3间隔内时，计算时间段内数据传输量是否高于第二阈值，如果低于，则对数据进行缓存，并且将第一蓝牙及第二蓝牙断开，断开的时间不大于T3；S7、重新连接第一蓝牙及第二蓝牙，如果第一蓝牙与第二蓝牙之间存在数据交换，则优先传输上一个时间段的缓冲的数据；直至传输完毕后，再接收当前数据。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：在S24之后，还存在：S25、沿着第一蓝牙及第二蓝牙的连线确定一个弧度为15至30度的呈扇形的第二区域，使第一蓝牙在第二区域内发出扫描信息；如果距离D高于第一阈值，增加第一蓝牙的瞬时功率，对呈扇形的第二区域的弧度进行降低，降低的幅度与距离D的平方成正比。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：在S3中，由第一蓝牙发出包含特定密钥的广播，并由第二蓝牙接收；如果第二蓝牙能够认证，则第一蓝牙与第二蓝牙之间连接完成，如果密钥不能认证，则不再尝试连接；此时则回到S21，重新确认第二蓝牙的位置。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：步骤S4包括：S41、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，高于第二阈值时，则保持连接；S42、依据第一蓝牙与第二蓝牙之间的数据交换量是否高于第二阈值，低于第二阈值时，则间歇地将第一蓝牙及第二蓝牙断开。
6.根据权利要求2所述的一种低功耗的蓝牙传输方法，其特征在于：在S7之后包括：步骤S8、对统计连续的若干个断开状态下时，第一蓝牙及第二蓝牙间的数据缓存量V1，基于前若干个的V1，通过三次指数平滑预测法，预测下一时刻的数据交换量V2，将V2与第二阈值进行对比，判断V2是否高于第二阈值；如果高于第二阈值，则缩短时间T3的值。
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