CN116347262A - 一种多设备信息无线采集方法 - Google Patents

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许伟明
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Abstract

本发明公开了一种多设备信息无线采集方法。本发明的系统结构包括：作为主设备的无线采集端设备，多个作为从设备的无线被采集端设备，主设备具有低功耗蓝牙标准5.3版本功能。主设备与从设备逐一建立蓝牙BLE ACL连接链路，从设备根据自身数据采集周期和每次采集的数据量，配置连接参数，主设备为各无线被采集端设备分配传输时隙。主设备在从设备所在BLE ACL连接链路占用的传输时隙向从设备发送空包或带有控制信息的包，该从设备在接收主设备发送的包后，将采集的信息发送给主设备。本发明中主从设备维持低速连接，避免了建立连接时间过程较长导致的采集信息延迟，本发明满足信息的实时采集需求，实现低功耗实时信息采集。

Description

一种多设备信息无线采集方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多设备信息无线采集方法。
背景技术
多设备信息无线采集广泛应用于工业控制、安防监控、物联网领域，由于无需连接通信电缆，节约了成本，且各设备的位置更为灵活。但无线信道频谱资源有限，对设备间的通信协议控制有更高的要求。此外，由于物联网系统中设备的续航能力非常重要，待采集信息的设备应在无需发送信息时处于休眠态，以降低能耗。
现有技术中，采集端设备通常以恒定周期采集被采集端设备的信息，这种做法带来的限制是：采集周期较短时，被采集端设备能够发送更多的信息，但为了与采集端同步或维持连接，在无信息待采集时也需要进行空数据同步包的收发，进而导致功耗较高；采集周期较长时，被采集端发送信息较少，同时获得了更多的休眠时间以降低功耗，但在突发大数据量需要发送时，难以及时切换到高速通信状态，当被采设备存储空间不足时，这种情况可能导致数据丢失。如监听设备，在无特定声音触发时，其处于低功耗休眠模式，此时仅需以低速通信维持与采集端的连接，而当识别到人声、动物声等目标声音时，需要持续侦听并把数据通过高速通信及时发送到采集端。
专利号为201410639210.5的发明专利公开了一种无线多终端信息采集方法：无线基站以一定的周期间歇发出同步码，无线终端以一定的唤醒周期接收同步码，无线终端上电后最多唤醒两次即可完成与无线基站时间基准的同步。无线基站静默期间，每个无线终端分配有一段响应时间。无线终端根据无线基站的同步时间基准，计算出本无线终端响应时间的坐标位置。每个无线终端只有在自己的响应时间内做出反应，向无线基站发送信息，其余时间处于休眠状态。该方法通过对无线终端的响应时间进行有序分配，避免了多个无线终端的响应冲突，降低了功耗，延长了终端的工作时间。但也存在不足：(1)各无线终端需要事先分配有相对固定的同步码字和地址编号，才能根据对应编号在指定时隙发送信息。这意味着通信网络的成员基本固定的，对于存在灵活加入及退出设备的系统并不适用。(2)为各无线终端分配的信息传输时间是相同的，对于各终端设备间传输数据量有较大差异或部分终端设备存在突发传输较大数据量的系统并不适用。(3)缺少无线基站向无线终端发送信息或调度时隙的手段。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多设备信息无线采集方法。
本发明的无线信息采集系统结构包括：作为主设备的无线采集端设备，以及多个作为从设备的无线被采集端设备，所述的无线采集端设备具有低功耗蓝牙标准5.3版本功能。具体无线采集方法是：
无线采集端设备与多个无线被采集端设备逐一建立蓝牙BLE ACL连接链路Li，i＝1,2,…,N,N为无线被采集端设备的数量。
BLE ACL连接链路Li建立时，从设备根据自身数据采集周期和每次采集的数据量，配置连接参数；主设备为各无线被采集端设备分配传输时隙ti，一个传输周期T＝t1+t2+…+tN+t0，t0为设定的空闲时隙；包括两种情况：
(1)若第i个从设备仅具有低功耗蓝牙标准5.2及以下版本功能，则主设备通过发送LL_CONNECTION_PARAM_REQ PDU配置connInterval、connPeripheralLatency和connSupervisionTimeout参数，使得该从设备占用的传输时隙与此前的i-1个从设备所属的传输时隙错开；
(2)若第i个从设备具有低功耗蓝牙标准5.3及以上版本功能，则主设备通过发送LL_SUBRATE_IND PDU配置连接亚速率参数connSubrateBaseEvent、connSubrateFactor和ConnContinuationNumber，以及连接参数connInterval、connPeripheralLatency和connSupervisionTimeout，使得该从设备占用的传输时隙与此前的i-1个从设备所属的传输时隙错开，并且配置的亚速率参数允许存在突发长数据时，从设备有足够的时隙将突发数据发送到主设备。
主设备在BLE ACL连接链路Li占用的传输时隙向第i个从设备发送空包或带有控制信息的包，该从设备在接收主设备发送的包后，将采集的信息发送给主设备。
主设备在与低功耗蓝牙标准5.3及以上版本功能的从设备进行通信时，若在亚速率连接事件(Subrated Connection event)期间进行了有效数据交换，则主设备与从设备在接下来的延续事件(Continuation Events)中进行数据交换，否则主设备通过未使用的延续事件时间段进行扫描，如果扫描到新的从设备，则主设备与新的从设备建立蓝牙BLEACL连接链路，进行连接参数配置过程，为新的从设备分配传输时隙。
主设备在空闲时隙进行扫描，如果扫描到新的从设备，则主设备与新的从设备建立蓝牙BLE ACL连接链路，进行连接参数配置过程，为新的从设备分配传输时隙。
各从设备仅在属于自身的传输时隙中与主设备进行通信，其余时间段为休眠状态，仅维持传感器信号采集功能和定时计数功能，定时计数到达下一个自身传输时隙时，唤醒自身的通信功能。当从设备之间需要进行信息交互时，则信息发送端从设备通过自身传输时隙将信息发送到主设备，主设备通过信息接收端从设备的传输时隙将信息转发到信息接收端从设备。
如果有从设备退出无线信息采集系统，则将该从设备对应的传输时隙作为新增空闲时隙。如果主设备为新的从设备分配的传输时隙小于等于新增空闲时隙，则将新增空闲时隙作为新的从设备的传输时隙，否则根据空闲时隙t0大小确定新的从设备传输时隙的位置：如果空闲时隙t0大于新的从设备的传输时隙，则将新的从设备的传输时隙设置在空闲时隙t0内，且跟随原有从设备的最后一个传输时隙，否则在原有从设备的最后一个传输时隙与空闲时隙之间插入新的从设备的传输时隙；对于后期新增从设备的传输时隙，优先放入新增空闲时隙。
本发明的有益效果在于：每个从设备在与主设备通信仅在传输时隙完成，其他从设备处于休眠状态，主从设备维持低速连接，避免了建立连接时间过程较长导致的采集信息延迟。在低速连接下从设备的功耗较低，且支持主从设备间的信息交互。相比基于广播模式的多设备信息采集，建立连接的无线通信信息采集系统具有更强的抗干扰能力和纠错能力。同时，有突发大数据量采集需求时，具有低功耗蓝牙标准5.3及以上版本功能的从设备可以快速切换到高速连接模式，满足信息的实时采集需求。本发明易于应用在音频采集及多传感器信息混合采集环境中，实现低功耗实时信息采集。
附图说明
图1为无线信息采集系统示意图；
图2为无线信息采集系统传输时序示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，多设备信息无线采集包括：无线采集端设备，以及多个无线被采集端设备。无线采集端设备具有低功耗蓝牙标准5.3版本功能，如手机、电脑、平板、电视等设备。
无线采集端设备与多个无线被采集端设备逐一建立蓝牙BLE ACL连接链路Li，i＝1,2,…,N,N为无线被采集端设备的数量，本实施例中N＝6。其中，无线采集端设备为主设备，无线被采集端设备为从设备。本实施例中，从设备1和从设备2为带有低功耗蓝牙5.3版本功能的录音设备，在识别到特定音频信号时向主设备发起实时音频传输；从设备3为带有低功耗蓝牙5.3版本功能的图像传感设备，在识别到特定目标图像时发起ACL传输，将图像发送至主设备；从设备4、5、6为具有低功耗蓝牙5.2以下版本功能的传感设备，如温度传感器、红外传感器、加速度传感器等，其单次采集的数据量较小，可在一个ACL数据PDU中传输完成。
如图2所示，主设备与从设备1建立BLE ACL连接链路L1时，通过发送LL_SUBRATE_IND PDU配置连接亚速率参数connSubrateBaseEvent＝0、connSubrateFactor＝6和ConnContinuationNumber＝1，以及连接参数connInterval、connPeripheralLatency＝3和connSupervisionTimeout>(1+connPeripheralLatency)×connSubrateFactor xconnInterval×2。
主设备与从设备2建立BLE ACL连接链路L2时，通过发送LL_SUBRATE_IND PDU配置连接亚速率参数和连接参数与L1一致，但其传输时隙与连接链路L1的传输时隙错开。如图2中，L2的传输时隙跟在L1通过配置connSubrateFactor＝6预留的传输时隙后。
同理，主设备与从设备3建立BLE ACL连接链路L3，其连接参数和连接亚速率参数与L1一致，但其传输时隙与连接链路L1和L2的传输时隙错开。
主设备与从设备4建立BLE ACL连接链路L4，主设备通过发送LL_CONNECTION_PARAM_REQ PDU配置connInterval＝24×L1_connInterval、connPeripheralLatency＝0和connSupervisionTimeout>(1+connPeripheralLatency)×connInterval×2，且L4的传输时隙与L1、L2、L3链路传输时隙错开，如图2中，L4的传输时隙跟在L3通过配置connSubrateFactor＝6预留的传输时隙后。
同理，主设备与从设备5和从设备6建立BLE ACL连接链路L5、L6，且L5、L6传输时隙与前4个链路错开，其连接参数connInterval、connPeripheralLatency和connSupervisionTimeout与L4一致。
上述链路建立完成后，主设备与各从设备的传输时隙在时间上没有重叠。BLE ACL连接链路Li，i＝1,2,…,6建立时，从设备根据自身数据采集周期和每次采集的数据量，配置连接参数。主设备为各无线被采集端设备分配传输时隙ti，一个传输周期T＝t1+t2+t3+t4+t5+t6+t0，t0为设定的空闲时隙。
主设备在BLE ACL连接链路Li占用的传输时隙向第i个从设备发送空包或带有控制信息的包，该从设备在接收主设备发送的包后，将采集的信息发送给主设备。图2中每两条竖向虚线间为一个传输子时隙，一个传输子时隙内可容纳一个主设备向从设备发送的蓝牙BLE数据包以及一个从设备向主设备回复的BLE数据包。一个传输时隙包含多个传输子时隙。
在与具有亚速率连接功能的从设备进行通信时，若在亚速率连接事件(SubratedConnection event)期间进行了有效数据交换，则主设备与从设备在接下来的延续事件(Continuation Events)中进行进一步传输。如图2，连接链路L3的第一个传输子时隙中，存在从设备向主设备发送的有效数据，或主设备向从设备发送的控制指令，由于ConnContinuationNumber＝1，将激活L3的第二个传输子时隙，主从设备继续在第二个传输子时隙中进行数据交换，以此类推，接下来的传输子时隙将陆续被使用，直到传输子时隙中没有主从设备的有效数据交互(即相互发送的数据包均为空包，如图2中L3的第三个传输子时隙)，或到达连接亚速率定义的最大亚速率延续事件数(connSubrateFactor)。
在与具有亚速率连接功能的从设备进行通信时，若在亚速率连接事件期间发起了CIS连接请求，则主从设备利用亚速率连接的后续延续事件建立CIS等时连接并进行音频数据流传输，如图2中L2链路所示。
在与具有亚速率连接功能的从设备进行通信时，若第一个传输子时隙中没有有效数据交互(图2中L1链路)，或后续传输子时隙中存在空数据包交互而导致延续的亚速率连接事件提前中止(图2中L3链路)，则主设备通过未使用的延续事件进行扫描(图2中用于广告的子时隙)，以便在采集系统中加入新的被采集端设备。若扫描到新的从设备，则进行连接参数配置过程为新从设备分配传输时隙(图2中空闲时隙)。
主设备在空闲时隙也进行扫描，如果扫描到新的从设备，则主设备与新的从设备建立蓝牙BLE ACL连接链路，进行连接参数配置过程，为新的从设备分配传输时隙。
各从设备仅在属于自身的传输时隙中与主设备进行通信，其余时间段进入休眠状态，仅维持必要的传感器采集功能和定时计数功能，定时计数到达下一个自身传输时隙时才唤醒，如图2中从设备1休眠时间段所示。当存在从设备间需要进行信息交互时，则各从设备分别通过自身传输时隙将信息发送到主设备，主设备再通过对应时隙将信息转发到目的从设备。
如果有从设备退出无线信息采集系统，则将该从设备对应的传输时隙作为新增空闲时隙。如果后期新增的从设备分配的传输时隙小于等于新增空闲时隙，则将新增空闲时隙作为新增的从设备的传输时隙，否则根据空闲时隙t0大小确定新增的从设备传输时隙的位置：如果空闲时隙t0大于新的从设备的传输时隙，则将新增的从设备的传输时隙设置在空闲时隙t0内，且跟随原有从设备的最后一个传输时隙，否则在原有从设备的最后一个传输时隙与空闲时隙之间插入新增的从设备的传输时隙。对于后期新增从设备的传输时隙，优先放入新增空闲时隙。
上述实施例仅对本发明的目的、发明内容和有益效果作进一步详细说明，并不用于限定本发明的保护范围。对本领域的技术人员，根据具体应用设计时可存在与本实施例不一致的情况，如从设备的数量、连接参数不同等，在不脱离本发明原理的前提下，也应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多设备信息无线采集方法，系统结构包括：作为主设备的无线采集端设备，以及多个作为从设备的无线被采集端设备，所述的无线采集端设备具有低功耗蓝牙标准5.3版本功能；其特征在于：
主设备与多个从设备逐一建立蓝牙BLE ACL连接链路Li，i＝1,2,…,N,N为无线被采集端设备的数量；
BLE ACL连接链路Li建立时，从设备根据自身数据采集周期和每次采集的数据量，配置连接参数；主设备为各无线被采集端设备分配传输时隙ti，一个传输周期T＝t1+t2+…+tN+t0，t0为设定的空闲时隙；包括两种情况：
(1)若第i个从设备仅具有低功耗蓝牙标准5.2及以下版本功能，则主设备通过发送LL_CONNECTION_PARAM_REQ PDU配置connInterval、connPeripheralLatency和connSupervisionTimeout参数，使得该从设备占用的传输时隙与此前的i-1个从设备所属的传输时隙错开；
(2)若第i个从设备具有低功耗蓝牙标准5.3及以上版本功能，则主设备通过发送LL_SUBRATE_IND PDU配置连接亚速率参数connSubrateBaseEvent、connSubrateFactor和ConnContinuationNumber，以及连接参数connInterval、connPeripheralLatency和connSupervisionTimeout，使得该从设备占用的传输时隙与此前的i-1个从设备所属的传输时隙错开，并且配置的亚速率参数允许存在突发长数据时，从设备有足够的时隙将突发数据发送到主设备；
主设备在BLE ACL连接链路Li占用的传输时隙向第i个从设备发送空包或带有控制信息的包，该从设备在接收主设备发送的包后，将采集的信息发送给主设备；
主设备在与低功耗蓝牙标准5.3及以上版本功能的从设备进行通信时，若在亚速率连接事件期间进行了有效数据交换，则主设备与从设备在接下来的延续事件中进行数据交换，否则主设备通过未使用的延续事件时间段进行扫描，如果扫描到新的从设备，则主设备与新的从设备建立蓝牙BLE ACL连接链路，进行连接参数配置过程，为新的从设备分配传输时隙；
主设备在空闲时隙进行扫描，如果扫描到新的从设备，则主设备与新的从设备建立蓝牙BLE ACL连接链路，进行连接参数配置过程，为新的从设备分配传输时隙；
各从设备仅在属于自身的传输时隙中与主设备进行通信，其余时间段为休眠状态，仅维持传感器信号采集功能和定时计数功能，定时计数到达下一个自身传输时隙时，唤醒自身的通信功能。
2.如权利要求1所述的一种多设备信息无线采集方法，其特征在于：
如果有从设备退出无线信息采集系统，则将该从设备对应的传输时隙作为新增空闲时隙；如果主设备为新的从设备分配的传输时隙小于等于新增空闲时隙，则将新增空闲时隙作为新的从设备的传输时隙，否则根据空闲时隙t0大小确定新的从设备传输时隙的位置：如果空闲时隙t0大于新的从设备的传输时隙，则将新的从设备的传输时隙设置在空闲时隙t0内，且跟随原有从设备的最后一个传输时隙，否则在原有从设备的最后一个传输时隙与空闲时隙之间插入新的从设备的传输时隙；对于后期新增从设备的传输时隙，优先放入新增空闲时隙。
3.如权利要求1所述的一种多设备信息无线采集方法，其特征在于：当从设备之间需要进行信息交互时，则信息发送端从设备通过自身传输时隙将信息发送到主设备，主设备通过信息接收端从设备的传输时隙将信息转发到信息接收端从设备。
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