[发明专利]一种基于BLE mesh的无线传感器网络洪泛方法

说明书

本发明属于无线传感器网络技术领域，公开了一种基于BLE mesh的无线传感器网络洪泛方法，通过定义新的BLE广告包，在跳数配置阶段Sink节点为网络中的传感器节点配置距离Sink节点的跳数值，在数据传输阶段可利用跳数值限制广告包洪泛方向，使其朝向Sink节点传输，有效避免了消息被盲目转发，减少不必要的中继，最终降低网络的能量消耗。本发明适用于基于BLE mesh的无线传感器网络；改进的方法结合BLE技术的特性，利用三个广告信道实现消息的广播与接收，定义了新的广告包格式，加入Hop等字段，通过为传感器节点配置距离Sink节点的跳数值，使消息朝Sink节点的方向转发，限制消息的盲目洪泛。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种基于BLE mesh的无线传感器网络洪泛方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：无线传感器网络(Wireless SensorNetworks,WSNs)作为物联网底层网络的主要技术形式之一，是由传感器设备在监控区域大规模部署并相互通信形成的多跳自组织网络系统，传感器设备可以采集人们所需信息并通过多跳路由传输到汇聚节点或智能网关，为物联网的实现奠定了基础，使智能家居、可穿戴设备、楼宇自动化等物联网应用持续深入。蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy,BLE)技术作为应用于无线传感器网络中的短距离通信技术之一，具有低功耗、低成本、低复杂度和高灵活性等特点，提供了WSNs所需要的特性，尤其是其低功耗特性保证了传感器更长的生命周期。相比其他技术，广泛部署在手机等智能设备中是BLE最大的优势，这使其成为物联网中最具潜力的关键技术，被人们给予了厚望。然而BLE最初被设计为基于主从模式连接，即点对点的通信方式，只支持星型网络拓扑，不能大面积组网，缺少端到端的路径多样性，限制了它的传输覆盖范围，对于具有大量设备的物联网应用来说，BLE不能很好的适应市场发展需求。相比之下，像Thread和Zigbee等技术已经具有标准化的mesh支持，能够通过形成mesh网拓扑结构来克服以上缺点。BLE mesh网拓扑的提出可以解决BLE只支持星型拓扑的问题，增加了网络覆盖范围，同时提高网络的鲁棒性。在构建BLE mesh网络拓扑架构时，可以利用蓝牙核心规范允许BLE设备同时在多个微微网中分别扮演主从角色这一特性，将多个微微网互联组成散射网从而支持多跳路由。这种方法需要相邻BLE设备建立主从连接，通过数据信道按指定的路由协议传输数据。散射网拓扑可能看起来是一个很好的选择。两个连接的设备通过链路层连接状态的BLE数据信道通信，由于跳频机制，每个链路将使用不同的的信道，避免了设备间的干扰，可靠性高，然而这却阻碍了消息的组播，并且使用散射网增加了设备甚至是网络的复杂度，散射网的建立、维护以及路由消耗更多的电量和资源，主设备的故障会使所有连接到它的从设备断开，存在单点故障等问题。而通过使用BLE的广告信道来传输消息，不需要相邻节点建立连接，一个BLE节点可以向所有邻居节点广播数据包，作为中继的邻居节点扫描到数据包后同样使用广告信道将其转播出去，这样，消息在网络中不断洪泛直到最终到达目的节点或该数据包生存时间结束，从而建立起真正的mesh网络拓扑结构。因此，这种方法使用的是洪泛机制的算法，与需要建立连接的BLE散射网络拓扑相比，其无需维护拓扑结构，占用内存资源较少、部署灵活且不存在单点故障。虽然传统的洪泛式路由实现简单，但也存在一些不足，因为网络中每个接收到消息的中间节点都会将消息盲目的转发到其邻居节点，每一个邻居节点又将消息转发给各自的邻居，直到消息到达目标节点为止，这会导致相同的消息通过不同的路径到达，过多的转发甚至重复的转发都是无意义，不仅使网络中数据高度冗余，且导致节点能量消耗过快。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的洪泛式路相同的消息通过不同的路径到达同一节点，会导致消息被重复转发，甚至无效的转发，造成广播风暴使网络中数据高度冗余，且导致能量消耗过快；不能直接移用于BLE mesh网中。