[发明专利]一种基于蓝牙低功耗移动设备的Mesh网络系统

说明书

无线网络研究的一个重要问题就是，如何动态地安排在无线网络中的节点以及数据从源节点到目标节点的路由。现有的无线网络路由技术都是建立在所有节点是静态的及其位置是不变的假设上。尽管这个假设和现实的不符，但是消除了节点在数据进行路由时移动性的影响。我们提出了一种基于蓝牙低能耗移动设备的Mesh网络，该Mesh网络采用加权平衡技术来优化数据路由，采用Android操作系统开发了一个BLE网状网络的原型。

技术领域

本发明涉及通信电子技术领域，特别涉及一种基于蓝牙低功耗移动设备的Mesh网络系统。

背景技术

无线Mesh网络是一种网络拓扑结构，其中每个智能设备(例如，智能家居、平板电脑、可穿戴设备和笔记本电脑)都为网络传输数据。网络中的所有设备协作共享网络中的数据。Mesh网络使用Flooding和路由技术来中继数据。Flooding技术中的每个设备只需将数据广播到所有连接的网状网络设备。在路由技术中，每个设备都将数据发送到其他设备网络中的附近设备。

蓝牙低能量(Bluetooth Low Energy，BLE)无线技术，是蓝牙核心协议v4.0的标志性功能，具有超低功耗、低延迟和增强范围。它统一了制造商设备的标准，也就是IEEE802.15.1。同时增加了快速连接、自适应跳频、错误监测、过程检测、同步等功能。另外，还添加扩展了查询响应、简单的安全配对、Sniff节能、802.11协议适配层、取消UMB应用、低功耗物理层和链路层、AES加密，属性协议(ATT)、通用属性配置文件(GATT)、安全管理器等(SM)技术(如图3所示)。随着蓝牙核心协议v5.0的采用，BLE设备可以是一个网络中的主设备，也可以作为另一个网络中的从设备，从而允许形成网状网络。

现有的无线网络路由技术都是建立在所有节点是静态的及其位置是不变的假设上。尽管这个假设和现实的不符，但是消除了节点在数据进行路由时移动性的影响。我们提出了一种基于蓝牙低能耗移动设备的Mesh网络，该Mesh网络采用加权平衡技术来优化数据路由，采用Android操作系统开发了一个BLE网状网络的原型。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于蓝牙低功耗移动设备的Mesh网络系统，其特点在于考虑了剩余能量、跳数和形成路由路径的长度。该系统不需要对现有的Android操作系统和BLE堆栈进行任何修改。所提出的该系统消耗更少的功率，并且需要较低的延迟。同时也表明，该系统对大量的静态和移动设备以及可变大小的数据消息具有可扩展性。它适用于许多应用程序，如音频、或文件传输，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于蓝牙低功耗移动设备的Mesh网络系统，包括BLE框架层、Mesh服务层和应用层；其中，所述BLE框架层包括BLEL2CAP链路层、扫描管理器和广播管理器，所述BLE L2CAP链路层，用于负责对等设备的两个端点的逻辑连接；所述扫描管理器，用于负责向所述Mesh服务层发送广播消息；所述广播管理器，用于负责将广播消息从所述Mesh服务层传输到所述BLE框架层；所述Mesh服务层包括BLE服务库和Mesh服务库；所述BLE服务库，用于管理所述BLE L2CAP链路层建立连接，以及监听广播消息和发送广播消息；所述Mesh服务库包括Mesh节点、广播调度器、消息处理器、解析器和资源管理器，所述Mesh节点，用于实现Mesh网络的拓扑结构，并对广播消息进行操作；所述消息处理器和所述解析器对接收到的广播消息进行解码，所述消息处理器还用于对广播前的的广播消息进行编码，所述广播调度器用于安排编码后的广播消息。

优选的，所述BLE服务库包括BLE传输器、BLE广播监听器和BLE广播发送器，所述BLE服务库采用所述BLE L2CAP链路层创建一个专用的L2CAP连接，用于传输控制和数据消息；所述BLE广播监听器，用于接收所述扫描管理器获取的其他智能设备的广播消息，所述广播消息由所述消息处理器解析；所述BLE广播发送器用于发送广播消息给所述广播管理器。

优选的，所述Mesh节点由Mesh即时ID和目标函数认证。