CN115334486B - 蓝牙通信方法及蓝牙系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝牙通信方法及蓝牙系统，涉及无线通信技术领域。该方法应用于中心设备时包括：设置中心设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存；其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；接收外围设备发送的广播信息并进行缓存，同时发送扫描请求；当接收到外围设备发送的广播信息后，解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据；继续接收、处理下一外围设备发送的广播信息。本发明技术方案通过匹配中心设备识别编号和广播信息、以快速匹配目标设备，可减少中心设备处理时间，提高通信效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种蓝牙通信方法及蓝牙系统。
背景技术
随着现在BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙）技术的成熟，环境中会存在越来越多的BLE通信设备。众所周知，在BLE无线通信中，广播（advertising）是占据很重要的地位，外围设备需要依靠广播来发出信息，告诉外界自己的存在，中心设备需要依靠接收到的广播信息来探索附近的外围设备。
然而，目前BLE的广播只能在37、38、39这三个无线信道上工作，如果在某个时间节点上，环境中存在大量BLE广播时，则会造成信道拥堵、BLE设备之间相互形成干扰，中心设备需要花费大量的工作来处理筛选接收到的广播、剔除重复的信息，这些都会影响到通信质量；并且在广播传输过程中，中心设备获取到外围设备的数据后，外围设备仍会继续广播、直至关闭外围设备，这样就会增加功耗、缩短BLE设备的使用寿命等。
所以，目前需要解决的技术问题如下：
1、如何处理高并发带来的信道干扰；
2、如何快速筛选有用信息，提高通信效率减少信道拥堵；
3、如何即时切换状态控制功耗；
面对上述技术问题，目前的BLE无线通信设备中，暂时还没有一个系统方法来解决，一般采用周期广播的方式来避免上述问题。但是，周期广播的方式在工作过程中广播的开启和关闭都是定时的，并不能即时关闭广播，在开启广播的时间段内，环境中依旧会存在很多无用的信号干扰中心设备通信，并且外围设备不能确认数据是否被目标中心设备接收，导致通信效率低下。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种蓝牙通信方法及蓝牙系统，旨在提高通信效率。
为实现上述目的，本发明提供一种蓝牙通信方法，应用于中心设备，包括：
设置中心设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存；其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；
接收外围设备发送的广播信息并进行缓存，同时发送扫描请求；
当接收到外围设备发送的广播信息后，解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据；
继续接收、处理下一外围设备发送的广播信息。
优选地，所述中心设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
优选地，所述广播信息包括外围设备识别编号，所述外围设备识别编号作为外围设备的MAC地址进行保存，其包括用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
优选地，解析所述广播信息、筛选目标外围设备还包括根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
本发明还提供一种蓝牙通信方法，应用于外围设备，包括：
设置外围设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存，其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；
向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；
当接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠。
优选地，所述外围设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
优选地，所述扫描请求包括中心设备识别编号，所述中心设备识别编号作为中心设备的MAC地址进行保存，其包括用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
优选地，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备还包括根据所述识外围设备别编号对发送所述扫描请求的中心设备进行匹配：
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、且目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
本发明还提供一种蓝牙系统，包括中心设备和外围设备，其中：
所述中心设备，用于将中心设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于接收外围设备发送的广播信息、并进行缓存，同时发送扫描请求；用于在接收到外围设备发送的广播信息后，根据协议解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据。
所述外围设备，用于将外围设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；用于在接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠。
优选地，所述外围设备识别编号和所述中心设备编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
优选地，所述中心设备还用于根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
优选地，所述外围设备还用于根据所述识外围设备别编号对发送所述扫描请求的中心设备进行匹配：若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果为：
1、对中心设备和外围设备进行匹配，当中心设备接收到大量的广播信息后，可以根据对比广播信息中的识别部分快速筛选出目标外围设备、舍弃掉不是目标外围设备发送的广播信息，以减少信息提取的工作量、节省更多的时间，提高通信效率；
2、当外围设备接收到扫描请求后，可以根据对比扫描请求中的识别部分来判断目标中心设备是否已收到广播信息，当匹配成功时，则判断其广播信息已被目标中心设备成功接收到，此时关闭广播进入休眠，降低了外围设备的功耗；
3、在外围设备进入休眠后，空中的无线射频信号会随之减少，通信干扰减少，则对应的减缓了信道拥堵，提高了通信效率；同时由于该外围设备进入休眠不再发送广播信息，其匹配的目标中心设备在接收广播数据时，会减少重复数据的收集，进一步的提高了通信效率。
附图说明
图1为本发明蓝牙通信方法中的中心设备的工作流程示意图；
图2为本发明蓝牙通信方法中外围设备的工作流程示意图；
图3为本发明蓝牙系统的工作流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明实施例提供了一种解决低功耗蓝牙通信过程中的多设备高并发造成的信道拥堵和降低功耗的方法，适用于标准BLE协议的设备。根据蓝牙核心协议可知，当中心设备在接收到来自外围设备的广播数据后，会发出一个扫描请求，外围设备接收到扫描请求后会发送一个扫描响应，并且这个过程最大不超过10ms。在蓝牙通信具体工作过程中分为中心设备和外围设备，中心设备具有扫描功能，可以发送扫描请求；外围设备具有广播功能，当接收到中心设备发出的扫描请求后，回复中心设备，这个回复的过程为扫描响应。
如图1所示，本发明实施例提供一种蓝牙通信方法，应用于中心设备，包括：
设置中心设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存。
其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
接收外围设备发送的广播信息并进行缓存，同时发送扫描请求。
需要说明的是，在具体实施例中，扫描请求包括中心设备识别编号，所述中心设备识别编号作为所述中心设备的MAC地址进行发送。中心设备接收广播信息，并进行缓存时，缓存目的是提升中心设备数据处理的效率，因为空中可能会存在大量的外围设备，一个中心设备会接收到大量的广播信息，将数据放入专有的缓存任务列表中处理能减轻压力，避免高并发带来的异常，缓存队列的大小可以根据实际需求进行合理的设置。
当接收到外围设备发送的广播信息后，根据协议解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据。具体地，目标外围设备表示该外围设备与该中心设备为同一组，该外围设备发送的广播信息是该中心设备需要读取的数据。
继续接收、处理下一外围设备发送的广播信息。
需要说明的是，在具体实施例中，根据协议解析所述广播信息、筛选目标外围设备还包括根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
在优选实施例中，中心设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
具体地，BLE的MAC地址总长度为6个字节，将这6个字节分为识别部分和ID部分。其中，2个字节的识别部分用于给中心设备解析判断接收到的广播信息是否为目标设备发送，ID部分用于区分不同设备，即ID部分可以从十六进制的0x00000000到0xffffffff，根据蓝牙核心协议中对随机MAC地址的限制，不能为全0或全1，则一个组可以包含0xfffffffd个设备，可以满足各种使用场景。
在进行匹配时，判断具有相同识别部分的中心设备和外围设备为同一个组，只有在同一个组的中心设备和外围设备之间才可以进行数据交互，当中心设备接收到大量的广播信息后，可以根据对比广播信息中的识别部分快速筛选出目标外围设备、舍弃掉不是目标外围设备发送的广播信息，以减少信息提取的工作量。
具体地，当中心设备收到接收到外围设备发送的广播信息后，首先匹配MAC地址的前两个字节：当前两个字节相同时，则判断发送该广播信息的外围设备与中心设备为同一个组的设备；当前两个字节不相同时，则判断发送该广播信息的外围设备与中心设备不是同一个组的设备，中心设备在处理数据时，直接舍弃该广播信息。这样，当中心设备的附近有大量外围设备的时候，快速舍弃掉非同一组设备的数据，就能节省更多的时间，提升数据处理效率。
需要说明的是，在另一些实施例中，可根据实际情况配置中心设备的扫描参数，扫描参数是指扫描间隙和扫描窗口，扫描窗口可以影响到功耗。需要注意扫描窗口不能大于扫描间隙。
如图2所示，本发明实施例还提供一种蓝牙通信方法，应用于外围设备，包括：
设置外围设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存。
其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；
需要说明的是，在具体实施例中，广播信息包括外围设备识别编号，所述外围设备识别编号作为所述外围设备的MAC地址进行发送，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
当接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠。
需要说明的是，在具体实施例中，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备还包括根据所述识外围设备别编号对发送所述扫描请求的中心设备进行匹配：
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
在优选实施例中，外围设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
具体地，BLE的MAC地址总长度为6个字节，将这6个字节分为识别部分和ID部分。其中，2个字节的识别部分用于给外围设备解析判断接收到的扫描请求是否为目标设备发送，ID部分用于区分不同设备，即ID部分可以从十六进制的0x00000000到0xffffffff，根据蓝牙核心协议中对随机MAC地址的限制，不能为全0或全1，则一个组可以包含0xfffffffd个设备，可以满足各种使用场景。
在进行匹配时，判断具有相同识别部分的中心设备和外围设备为同一个组，只有在同一个组的中心设备和外围设备之间才可以进行数据交互，当外围设备接收到扫描请求后，可以根据对比扫描请求中的识别部分来判断目标中心设备是否已收到广播信息，当匹配成功时，则判断其广播信息已被目标中心设备成功接收到，此时关闭广播进入休眠，降低了外围设备的功耗；此时，空中的无线射频信号会随之减少，通信干扰减少，则对应的减缓了信道拥堵，提高了通信效率；同时由于该外围设备进入休眠不再发送广播信息，其匹配的目标中心设备在接收广播数据时，会减少重复数据的收集，进一步的提高了通信效率。
在优选实施例中，在发送广播信息之前，还包括：根据通信协议构建数据包、配置广播参数，并将所述数据包中的数据更新到广播信息中，开启广播功能。
在优选实施例中，所述外围设备进入休眠后，还包括：当采集到新数据信息，发送中断信号至外围设备以唤醒所述外围设备进行数据传输。在另一优选实施例中，所述外围设备进入休眠后，还包括：根据预设时间周期定时唤醒所述外围设备，以进行数据传输。
具体地，外围设备进入休眠后的唤醒机制可以多种多样。本发明具体实施例中，可以通过以下任意一种方式唤醒外围设备：1、时间周期来唤醒，如定时发送数据进行通信；2、传感器设置中断唤醒，如当传感器采集到数据后，给外围设备一个中断信号唤醒设备，进行数据传输。
本发明实施例还提供一种蓝牙系统，包括中心设备和外围设备，如图3所示，
所述中心设备，用于将中心设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于接收外围设备发送的广播信息、并进行缓存，同时发送扫描请求；用于在接收到外围设备发送的广播信息后，根据协议解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据。
所述外围设备，用于将外围设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；用于在接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠。
需要说明的是，中心设备还用于根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
需要说明的是，外围设备还用于根据所述识外围设备别编号对发送所述扫描请求的中心设备进行匹配：若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
在优选实施例中，所述外围设备识别编号和所述中心设备编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
在具体实施例中，预设中心设备A1、A2的中心设备识别编号，预设外围设备B1、C1、D1的外围设备识别编号，以得到对应的MAC地址如下：
中心设备A1，其MAC地址为：11 22 A1 A2 A3 A4；
中心设备A2，其MAC地址为：33 44 12 34 56 78；
外围设备B1，其MAC地址为：11 22 B1 B2 B3 B4；
外围设备C1，其MAC地址为：11 22 C1 C2 C3 C4；
外围设备D1，其MAC地址为：AA BB D1 D2 D3 D4。
当中心设备A1收到外围设备B1、C1、D1的广播信息后，首先匹配MAC地址前两个字节，可以看出只有B1和C1设备的MAC地址的前两字节与A1相同，所以判断A1与B1、C1是同一个组的设备；D1与A1的MAC地址的前两字节不同，则判断不为同一组设备，中心设备A1在处理数据的时候直接舍弃D1的广播信息，只处理B1、C1的广播信息。这样当中心设备A1的附近有大量外围设备的时候，快速舍弃掉非同一组的数据，就能节省更多的时间，提升数据处理效率。同样的，当中心设备A2接收到外围设备B1、C1、D1的广播信息后，首先匹配MAC地址前两个字节，由于A2与这3个外围设备的MAC地址的前两字节都不同，则判断不为同一组设备，中心设备A2在处理数据的时候会直接舍弃B1、C1、D1的广播信息。
当外围设备B1接收到来自中心设备A1和A2的扫描请求的时候，A2的MAC地址前两字节与B1的不同，所以A2和B1是不同的组，则B1继续广播。当外围设备B1收到A1的扫描请求时，A1和B1的MAC地址的前两字节相同，判断两者是同一个组的设备，所以此时B1认为其数据已经被中心设备A1成功接收到，此时关闭广播，进入低功耗模式。此时空中的无线射频信号随之减少，通信干扰减少，则相对应的能减缓信道拥堵，提高通信效率，并且由于B1不广播，中心设备在接收广播数据时，会减少重复数据的收集，进一步的提高通信效率。其他外围设备同理。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种蓝牙通信方法，其特征在于，应用于中心设备，包括：
设置中心设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存；其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；
接收外围设备发送的广播信息并进行缓存，同时发送扫描请求；所述扫描请求包括中心设备识别编号，所述中心设备识别编号作为中心设备的MAC地址进行保存，其包括用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；
当接收到外围设备发送的广播信息后，解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据；
继续接收、处理下一外围设备发送的广播信息；
所述蓝牙通信方法还包括，应用于外围设备：
设置外围设备识别编号，并作为其MAC地址进行保存，其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；
向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；
当接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠：
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；
若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、且目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
2.根据权利要求1所述的蓝牙通信方法，其特征在于，所述中心设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
3.根据权利要求1所述的蓝牙通信方法，其特征在于，所述广播信息包括外围设备识别编号，所述外围设备识别编号作为外围设备的MAC地址进行保存，其包括用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分。
4.根据权利要求3所述的蓝牙通信方法，其特征在于，解析所述广播信息、筛选目标外围设备还包括根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；
若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
5.根据权利要求1所述的蓝牙通信方法，其特征在于，所述外围设备识别编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
6.一种蓝牙通信系统，包括中心设备和外围设备，其特征在于，
所述中心设备，用于将中心设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述中心设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于接收外围设备发送的广播信息、并进行缓存，同时发送扫描请求；用于在接收到外围设备发送的广播信息后，根据协议解析所述广播信息、筛选目标外围设备，并提取目标外围设备中的有效数据；所述外围设备，用于将外围设备识别编号作为MAC地址进行保存，其中，所述外围设备识别编号包括：用于判断是否为同一组设备的识别部分和用于区分不同设备的ID部分；用于向中心设备发送广播信息，监听中心设备发送的扫描请求；用于在接收到来自中心设备的扫描请求后，解析所述扫描请求、筛选目标中心设备，并根据目标中心设备的扫描请求进入休眠；
所述外围设备还用于根据所述外围设备识别编号对发送所述扫描请求的中心设备进行匹配：若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分相同时，判断发送该扫描请求的中心设备为目标设备、且目标设备已收到所述广播信息，则关闭广播进入休眠；若其识别部分与接收到的扫描请求中的识别部分不相同时，判断发送该扫描请求的中心设备不是目标设备、目标设备未收到所述广播信息，则持续发送广播信息、监听下一中心设备发送的扫描请求并匹配。
7.根据权利要求6所述的蓝牙通信系统，其特征在于，所述外围设备识别编号和所述中心设备编号包括两个字节的识别部分和四个字节的ID部分。
8.根据权利要求6所述的蓝牙通信系统，其特征在于，所述中心设备还用于根据所述中心设备的识别编号对接收到的广播信息进行匹配：若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分相同时，判断发送该广播信息的外围设备为目标设备，则提取该广播信息中的有效数据进行保存；若其识别部分与接收到的广播信息中的识别部分不相同时，判断发送该广播信息的外围设备不是目标设备，则舍弃该广播信息。
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