一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法

本发明涉及物联网应用领域，具体涉及基于低功耗蓝牙(ble)设备实现大量相同数据由主设备(master)传输至多个独立的从设备(slave)所需要的高效传输场景。

背景技术：

1、

2、物联网的基本构成元素包括终端物联设备、网关和云端。其中，网关向上通过互联网接入云端，向下通过多种无线传输协议对终端物联设备进行管理。在多数应用场景中，物联设备数量众多；且随着应用场景的规范化，物联设备的代际更新及服务数据格式也愈加标准化；此外，物联网技术的广泛普及也使得完备的服务信息成为行业重要标准之一，而这在另一方面也意味着终端设备需要获取更多的单向服务数据。可以发现，在电子价签系统、博物馆导览、固件空中升级等领域中，终端物联设备数量众多、终端数据格式一致、终端数据需求量高、数据传输单向等已经成为显著的传输特征，此类场景的普及已经对物联网技术的开发提出了新的需求。

3、在物联网开发常用的无线传输协议中，低功耗蓝牙(bluetooth low energy,ble)通信协议由于低成本、低功耗、高兼容性等优势在市场中持续占有一席之地。自2010年被推出后，经过数代的更迭，ble标准协议已经包含多种面向不同场景的传输模式。然而在多节点网络下的大量重复数据单向传输的应用场景中，基于ble广播的传输策略面临着传输规模上的限制，且性能更加完善的ble扩展广播机制推出时间较晚，市场兼容性不够高；基于ble连接的传输策略对不同设备的传输以串行方式进行，因此传输效率较低。因此需要针对终端物联设备数量众多、终端数据格式一致、终端数据需求量高、数据传输单向等物联网传输新特征，设计一套高效的传输协议以优化系统吞吐量、功耗等性能。

技术实现思路

1、技术问题：本发明的目的是为了解决基于ble的物联网设备在大量相同数据单向并发传输时效率不高的问题，提供一种协议兼容的低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法。本发明的低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法对ble连接态下的从设备协议完全兼容，仅需要对ble主设备协议进行两处调整，使得本发明提出的方法可以最大化的保持ble物联网设备的市场兼容性。

2、技术方案：本发明的一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法包括以下步骤：

3、步骤1：按照低功耗蓝牙ble规范，一个ble主设备处于发起态和多个ble从设备处于广播态；多个ble从设备根据设定好的广播间隔，发送可连接广播包；

4、步骤2：ble主设备接收到某个ble从设备的可连接广播包后，下发ble连接规范中的连接请求包connect_req报文；该报文中传输窗口偏移时间winoffs et需要根据当前connect_req报文的发送时间和实际数据传输的开始时间进行偏移计算，确保多个ble从设备能够在ble主设备下发数据包时，能够同时开启接收窗口，使得ble主设备发送的数据包能够被多个ble从设备并发接收；

5、步骤3：ble主设备和ble从设备都进入连接态后，根据connect_req设定的参数，实现相同连接间隔和相同的跳频序列完成跳频；在每个跳频频点下，实现ble主设备向ble从设备的并发传输；

6、步骤4：当ble主设备存在大文件需要下发，则ble主设备将根据设备每次下发的最大数据包长度，对大文件进行分块传输，ble主设备和多个ble从设备需要进行多次的并发传输，以实现大文件的下发；

7、步骤5：根据ble规范，每个连接间隔，都是现有ble主设备向ble从设备发送，ble从设备收到后也必须向ble主设备发送数据包；ble主设备不管是否正确收到ble从设备的数据包，都开始后续数据并发传输；

8、步骤6：ble主设备完成数据并发传输后，断开连接；各个ble从设备接收完ble主设备信息校验成功后，从连接态返回广播态。

9、按照ble规范，ble主设备和多个ble从设备进入连接态时，ble主设备下发给ble从设备的winoffs et必须确保所有的ble从设备在连接态的一个连接间隔内有效的错开。

10、所述ble主设备和多个ble从设备进入连接态时，ble主设备确保所有的ble从设备在连接态的一个连接间隔内工作时间完全重合，进而使得所有ble从设备在连接态内相同时刻都开启接收数据窗口。

11、所述ble主设备向ble从设备发送数据包后，ble从设备也必须要向主机发送数据包，如果没有数据发送，也需要发送空包。

12、ble主设备不管是否收到ble从设备的数据包，如果收到就直接丢弃，直接在下一个连接间隔和频点完成数据下发。

13、有益效果：实现本发明提出的同步并发传输方法具有如下优点：

14、1)仅需要对ble主设备协议做两处微小改动：1.多个ble从设备进入连接态时，通过ble主设备调度算法生产winoffset，并映射到相同的ble主设备发送时刻；2.在连接态时ble主设备向多个ble从设备并发传输后，忽略由ble从设备接收到的数据包；

15、2)ble从设备设备协议不需要任何改动，兼容当前ble商用协议；

16、3)ble主设备和多个ble从设备进入连接态后，由于多个ble从设备数据接收时刻相同，因此多个ble从设备可以并行接收来自于ble主设备的信息，实现ble主设备到ble从设备的并发数据传输。相比较单一连接模式下的数据传输，本发明提出的同步并发协议可以提升n倍的数据吞吐率(n为进入同步并发状态的从机数量)。

技术特征：

1.一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法，其特征在于：按照ble规范，ble主设备和多个ble从设备进入连接态时，ble主设备下发给ble从设备的winoffs e t必须确保所有的ble从设备在连接态的一个连接间隔内有效的错开。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法，其特征在于：所述ble主设备和多个ble从设备进入连接态时，ble主设备确保所有的ble从设备在连接态的一个连接间隔内工作时间完全重合，进而使得所有ble从设备在连接态内相同时刻都开启接收数据窗口。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法，其特征在于：所述ble主设备向ble从设备发送数据包后，ble从设备也必须要向主机发送数据包，如果没有数据发送，也需要发送空包。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法，其特征在于：ble主设备不管是否收到ble从设备的数据包，如果收到就直接丢弃，直接在下一个连接间隔和频点完成数据下发。

技术总结本发明公开了一种低功耗蓝牙兼容的同步并发传输方法。该方法可以实现一个BLE主设备与多个BLE从设备实现连接，且BLE主设备能并发地向各个BLE从设备发送数据包，实现了各个物联网终端设备数据内容的高效更新。为了实现本发明协议中的一对多并发传输，需要接收数据的多个BLE从机设备不需要任何协议改动，仅需要符合蓝牙4.2以上协议规范即可；而用来下发数据的BLE主设备在连接和数据传输过程分别做一个改动，即：主设备与多个从设备进入连接态时将多个从设备时间偏移至相同传输时间和主设备在数据传输时忽略连接态下从设备上传数据的有效性检查。这使得本发明协议可以完全兼容市面上基于BLE的终端设备，实现高效并发传输。技术研发人员：黄成,刘昊,武旺宏受保护的技术使用者：东南大学苏州研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/1