CN115884114A - 一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓝牙mesh组网技术，其公开了一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，在保证系统控制准确性的同时，提高通讯的可靠性及系统执行效率。本发明在与蓝牙mesh设备处于同一局域网中的边缘计算端建立多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器；通过多级指令队列控制器接收上层的指令，根据优先级从队列中取出可执行指令提交给空口网关控制器进行下发，空口网关控制器判断指令执行情况，若执行失败，则将指令放入缓存队列中，边缘计算端通过缓存队列控制器对缓存队列中的指令进行管理，当多级指令队列中不存在需要下发的指令时，缓存队列控制器执行对缓存的指令的提取，并提交给空口网关控制器进行指令重发。

Description

一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法

技术领域

本发明涉及蓝牙mesh组网技术，具体涉及一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法。

背景技术

蓝牙mesh网络是一种基于管理型泛洪网络具有网状拓扑能力的短距离无线网络，在一定层度上解决了经典蓝牙中点对点通讯覆盖范围小的问题，但同时也带来若网络中节点数量过多时，将出现广播风暴导致丢包控制失效等一系列问题。

为了提高通讯的可靠性，能显而易见地引入消息重传机制，但是现有技术中在重传的做法上，基于云端的方式在实际应用过程中可能会不尽人意：首先基于云端的重发方式对网络通讯的通畅性有一定要求，即下发的重传消息也可能出现丢包的情况；同时，基于云端的超时判断也存在判断不及时误下发重传消息而造成执行时间延迟的问题，即底层的控制反馈消息(ack)可能已经返回，但是由于网络带宽等原因反馈消息(ack)未及时上传到云端服务器上，从而导致云端服务器误判为需要重传下发消息，造成不必要的时间延迟；另外，随着设备数量增多，云端负载量将增加，若不改善服务器的硬件条件，则会降低云端的处理能力，但是若改善服务器的硬件条件又将增加成本，这对于后期需要扩大物联网设备生态的厂家无疑是个选择难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，在保证系统控制准确性的同时，提高通讯的可靠性及系统执行效率。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，应用于由处于同一局域网的边缘计算端、蓝牙mesh网关和蓝牙mesh设备组成的控制系统中，该方法包括以下步骤：

在边缘计算端建立用于对多级指令队列进行管理的多级指令队列控制器、用于对缓存队列进行管理的缓存队列控制器和用于对指令进行下发控制的空口网关控制器，并对所述多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器设置相关参数；

多级指令队列控制器接收指令，并根据接收的指令的不同优先级放入所述多级指令队列中的相应的指令队列；

多级指令队列控制器从所述多级指令队列中取出可执行指令，将该可执行指令提交给空口网关控制器；

当所述多级指令队列为空，缓存队列控制器从所述缓存队列中取出可执行指令，提交给空口网关控制器；

空口网关控制器接收到多级队列控制器或缓存队列控制器取得的可执行指令后，通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发该可执行指令，若判断该可执行指令未执行成功，则将该可执行指令放入缓存队列中。

进一步的，对所述多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器设置相关参数，具体包括：

对所述多级指令队列控制器设置多级指令队列级数N；

对所述缓存队列控制器设置缓存队列大小M、指令缓存超时时间Tm和指令幂等序列Q；

对所述空口网关控制器设置重发消息时间阈值T_R和重发消息次数TC。

进一步的，所述多级指令队列控制器依据多级指令队列调度算法从所述多级指令队列中取出可执行指令，所述多级指令队列调度算法包括：

从最高优先级指令队列开始，查询当前指令队列中是否有指令，若是，则取出队列中的头指令作为可执行指令，若否，则切换至下一个次高优先级指令队列进行查询，以此类推，直至完成对所有优先级指令队列的遍历。

进一步的，所述多级指令队列控制器在从当前指令队列向下一个次高优先级指令队列切换时，等待一定时间再进行切换。

进一步的，空口网关控制器判断可执行指令是否执行成功的方法包括：

空口网关控制器从下发该执行指令开始计时，等待蓝牙mesh设备的反馈消息，并根据配置的重发消息时间阈值T_R判断等待是否超时，若在超时时间内收到蓝牙mesh设备的反馈消息，则判定该可执行指令执行成功，否则，判定该可执行指令执行失败。

进一步的，空口网关控制器通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发可执行指令之前，

首先根据配置的重发消息次数TC判断该可执行指令是否超出可重发次数，若超出，则直接丢弃该可执行指令，若未超出，则通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发该可执行指令。

进一步的，缓存队列控制器依据缓存队列调度算法从所述缓存队列中取出可执行指令，所述缓存队列调度算法包括：

首先根据配置的指令幂等序列Q对缓存队列中的所有的指令进行幂等操作，去除无效指令，然后取出队列中的头指令，并根据配置的指令缓存超时时间T_m判断该头指令是否超时，若超时则丢弃该指令，并从缓存队列中取出下一条头指令，并进行超时判断，直至获得一条未超时的有效指令作为可执行指令。

本发明的有益效果是：

通过与蓝牙mesh设备处于同一局域网中的边缘计算端实现对蓝牙mesh设备的指令下发和指令重发，边缘计算端通过多级指令队列控制器对不同优先级的指令进行管理，根据优先级取出可执行指令提交给空口网关控制器进行下发，空口网关控制器判断指令执行情况，若执行失败，则将指令放入缓存队列中，边缘计算端通过缓存队列控制器对缓存队列中的指令进行管理，当多级指令队列中不存在需要下发的指令时，缓存队列控制器执行对缓存的指令的提取，并提交给空口网关控制器进行指令重发。由于在局域网内实现指令控制，配合优先级机制和重传机制，可以保证系统控制准确性的同时，提高通讯的可靠性及系统执行效率。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法总体流程图；

图2为本发明实施例中的多级指令调度流程示意图；

图3为本发明实施例中的缓存指令调度流程示意图；

图4为本发明实施例中的指令执行成功判断流程示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，在保证系统控制准确性的同时，提高通讯的可靠性及系统执行效率。其核心思想是：在与蓝牙mesh设备处于同一局域网中的边缘计算端建立用于对多级指令队列进行管理的多级指令队列控制器、用于对缓存队列进行管理的缓存队列控制器和用于对指令进行下发控制的空口网关控制器；通过多级指令队列控制器接收上层的指令，根据优先级从队列中取出可执行指令提交给空口网关控制器进行下发，空口网关控制器判断指令执行情况，若执行失败，则将指令放入缓存队列中，边缘计算端通过缓存队列控制器对缓存队列中的指令进行管理，当多级指令队列中不存在需要下发的指令时，缓存队列控制器执行对缓存的指令的提取，并提交给空口网关控制器进行指令重发。

实施例：

本实施例中的基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，应用于由处于同一局域网的边缘计算端、蓝牙mesh网关和蓝牙mesh设备组成的控制系统中；其中，边缘计算端是指具有计算能力的设备，例如搭载Android系统的网关设备，但并不仅限于此种设备。蓝牙mesh网关是指具备支持蓝牙mesh协议的设备，例如搭载蓝牙mesh芯片的模组，但并不仅限于此种设备。蓝牙mesh设备是指具备支持蓝牙mesh协议的设备，可作为mesh节点加入网络中，接收蓝牙mesh网关发来的指令，例如蓝牙mesh的灯泡，但并不仅限于此种设备。

如图1所示，本实施例首先需要在边缘计算端建立多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器；

其中，多级指令队列控制器负责接收上层发送的指令，然后根据优先级将指令放入不同的队列中，同时控制器根据多级调度算法给出一个可执行的指令；多级指令队列控制器的建立需要用户指定多级指令队列的级数N，表明可处理的优先级队列数量。

缓存队列控制器根据用户指令的缓存队列大小来判断是否接收空口网关控制器发来的将要进行缓存的指令，同时根据缓存队列调度算法给出一个可执行的指令。缓存队列控制器的建立需要用户指定缓存队列的大小M，表明最大可处理的缓存指令数量，以及设定指令缓存的超时时间Tm，表明指令的失效时间，并且用户需要指定用于缓存队列中指令做幂等操作时的幂等序列Q。

空口网关控制器负责接收多级指令队列控制器发送来的指令，或者缓存队列控制器发送过来的指令，并根据用户指定的重发消息次数判断重发次数是否已达重发次数上限决定是否向空中下发该指令，若已达到重发次数的上限则直接丢弃该指令不下发，若未达上限则向空中下发该指令。同时，空口网关控制器还根据指令执行是否成功决定是否将该指令放入缓存队列中，若判断执行失败则将该指令放入缓存队列中，表明该指令需要重发。

空口网关控制器的建立需要用户指定重发消息的时间阈值T_R，即当空口网关控制器向空中下发一条消息后，等待该消息的反馈消息(ack)的时长。并且，用户需要指定重发消息的次数TC，即消息可被重发的次数上限。

然后多级指令队列控制器开始接收来自上层的指令，接收到的指令根据不同的优先级放入不同的队列。同时，多级指令队列控制器准备从多级指令队列中取得一条可执行指令。

对于多级指令的调度过程如图2所示，假设优先级从高至低依次为0级队列、1级队列...N级队列，则多级指令队列控制器先从优先级最高的0级队列开始查询队列中是否有指令，若有指令，则取出0级队列中的头指令作为可执行指令，若0级队列没有指令，则查询优先级次高的1级队列，若有指令，则取出1级队列中的头指令作为可执行指令，若无指令，再查询优先级次高的2级队列...依次类推，直至查询到优先级最低的N级队列。在高优先级向低优先级队列切换时，给出一定的等待时间，目的是为高优先级快速下行创造空间。

若按照上述方案取得了一条可执行指令，则提交给空口网关控制器；若所有的队列均为空，则说明当前不存在需要下发的指令，则通知缓存队列控制器进行缓存指令调度处理。

空口网关控制器接收到多级指令队列控制器取得的可执行指令后，通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发指令，之后判断指令是否执行成功，具体如图4所示，首先空口网关控制器从下发指令开始计时，同时等待设备的反馈消息(ack)，然后根据用户设定的重发消息时间阈值T_R判断等待时间是否超时，若未超时再判断是否有收到设备的反馈消息。这一过程中若等待超时或一直未收到设备的反馈消息则说明该条指令执行失败需要放入缓存队列中，交给缓存队列控制器进行缓存处理。

缓存队列控制器根据用户设定的缓存队列大小M决定是否接收空口网关控制器执行失败的指令。并且当多级指令队列为空，多级指令队列控制器一直未取得可执行指令时，缓存队列控制器根据缓存指令调度算法取得一条可执行指令再交给空口网关执行。缓存指令调度过程如图3所示，首先根据用户设定的指令幂等序列Q对缓存队列中的所有的指令进行幂等操作，去除无效指令，然后取出队列中的头指令，并根据用户设定的指令缓存超时时间T_m判断该指令是否超时，超时代表该指令为无效指令，继而从队列中取出下一条指令，重复前面的超时判断，直至得到一条未超时的有效指令作为可执行的指令交给空口网关控制器进行处理。

空口网关控制器在对缓存队列控制器给出的有效指令进行重发前，根据用户指定的重发消息次数TC判断重发次数是否已达重发次数上限，从而决定是否向空中下发该指令，若已达到重发次数的上限则直接丢弃该指令不下发，若未达上限则向空中下发该指令。

最后应当说明的是，上述实施例仅是优选实施方式，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出若干修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，应用于由处于同一局域网的边缘计算端、蓝牙mesh网关和蓝牙mesh设备组成的控制系统中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在边缘计算端建立用于对多级指令队列进行管理的多级指令队列控制器、用于对缓存队列进行管理的缓存队列控制器和用于对指令进行下发控制的空口网关控制器，并对所述多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器设置相关参数；

多级指令队列控制器接收指令，并根据接收的指令的不同优先级放入所述多级指令队列中的相应的指令队列；

多级指令队列控制器从所述多级指令队列中取出可执行指令，将该可执行指令提交给空口网关控制器；

当所述多级指令队列为空，缓存队列控制器从所述缓存队列中取出可执行指令，提交给空口网关控制器；

空口网关控制器接收到多级队列控制器或缓存队列控制器取得的可执行指令后，通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发该可执行指令，若判断该可执行指令未执行成功，则将该可执行指令放入缓存队列中。

2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，

对所述多级指令队列控制器、缓存队列控制器和空口网关控制器设置相关参数，包括：

对所述多级指令队列控制器设置多级指令队列级数N；

对所述缓存队列控制器设置缓存队列大小M、指令缓存超时时间Tm和指令幂等序列Q；

对所述空口网关控制器设置重发消息时间阈值T_R和重发消息次数TC。

3.如权利要求1或2所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，

所述多级指令队列控制器依据多级指令队列调度算法从所述多级指令队列中取出可执行指令，所述多级指令队列调度算法包括：

从最高优先级指令队列开始，查询当前指令队列中是否有指令，若是，则取出队列中的头指令作为可执行指令，若否，则切换至下一个次高优先级指令队列进行查询，以此类推，直至完成对所有优先级指令队列的遍历。

4.如权利要求3所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，所述多级指令队列控制器在从当前指令队列向下一个次高优先级指令队列切换时，等待一定时间再进行切换。

5.如权利要求2所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，空口网关控制器判断可执行指令是否执行成功的方法包括：

空口网关控制器从下发该执行指令开始计时，等待蓝牙mesh设备的反馈消息，并根据配置的重发消息时间阈值T_R判断等待是否超时，若在超时时间内收到蓝牙mesh设备的反馈消息，则判定该可执行指令执行成功，否则，判定该可执行指令执行失败。

6.如权利要求2所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，，空口网关控制器通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发可执行指令之前，

首先根据配置的重发消息次数TC判断该可执行指令是否超出可重发次数，若超出，则直接丢弃该可执行指令，若未超出，则通过蓝牙mesh网关向蓝牙mesh设备下发该可执行指令。

7.如权利要求2所述的一种基于边缘计算的蓝牙mesh控制优化方法，其特征在于，缓存队列控制器依据缓存队列调度算法从所述缓存队列中取出可执行指令，所述缓存队列调度算法包括：

首先根据配置的指令幂等序列Q对缓存队列中的所有的指令进行幂等操作，去除无效指令，然后取出队列中的头指令，并根据配置的指令缓存超时时间T_m判断该头指令是否超时，若超时则丢弃该指令，并从缓存队列中取出下一条头指令，并进行超时判断，直至获得一条未超时的有效指令作为可执行指令。

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