一种基于蓝牙的无线网格网络系统、网络结构及控制系统的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，具体地涉及一种无线网格网络系统、网络结构及控制系统。


背景技术：

2.低能耗蓝牙(bluetooth low energy，ble)无线网格网络(mesh)是基于ble建立的多对多(many：many)设备通信的新的网络拓扑，其允许创建基于多个设备的大型网络，网络可以包含数十台，数百甚至数千台ble设备，这些ble设备之间可以相互进行信息的传递。
3.ble mesh的标准规范是基于泛洪式的mesh协议规范，也就是一个ble设备发送的数据可能会随着其他ble设备的转发，会越来越密集并传播的越来越远。mesh协议规范中定义了一系列的ble设备，介绍ble设备间如何进行组网，互相操作，通信和管理。由于ble是低功耗设备，并且通过ble广播与扫描的轮询操作，可以轻易实现ble设备相互操作和通信，此时赋予一些特定节点不同的特性，便可以对mesh网络中各节点进行管理和控制。其中，节点可以理解为mesh网络中的ble设备。
4.具体地，可以给每个节点分发一个地址，通过将多个ble设备的地址综合成一个地址组，来分配子网，同时节点发送的消息，子网内的消息会被子网中的中继(relay)节点做消息转发，子网外的消息会由所有的relay节点做消息转发。
5.也就是说，消息会以泛洪方式传播，只要relay节点收到消息，那么它就会将消息广播给其周围的节点。泛洪方式不需要有中心节点去协调，因此并不会去选择最优路径去传播，而是消息可能通过许多条路径先后到达。可理解，消息实际传输一次并成功即可，这种方式具有太多的冗余传输，造成能量的消耗和网络数据的阻塞。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术提供一种基于蓝牙的无线网格网络系统、网络结构及控制系统，以利于解决现有技术中ble mesh网络具有太多的冗余数据传输，造成能量的消耗和网络数据的阻塞的问题。
7.第一方面，本技术实施例提供了一种基于蓝牙的无线网格网络系统，包括：m个中继节点和n个终端节点，m≥2，n≥2；
8.所述m个中继节点中的任意两个中继节点之间通信连接，所述n个终端节点中的每个终端节点与所述m个中继节点中对应的一个中继节点相连；
9.所述中继节点用于采用单播的方式将接收到的消息转发至与所述中继节点相连的终端节点或者其它中继节点。
10.优选地，所述终端节点包括好友节点和低功耗节点，所述好友节点和所述低功耗节点相关联；
11.所述好友节点用于存储和/或应答与所述低功耗节点相关的消息。
12.优选地，所述好友节点还用于响应于所述低功耗节点发送的消息查询请求，向所
述好友节点发送存储的与所述好友节点相关的消息。
13.优选地，所述好友节点用于存储和/或应答与所述低功耗节点相关的消息，具体为：
14.所述好友节点用于当所述低功耗节点处于休眠状态时，存储和/或应答与所述低功耗节点相关的消息。
15.优选地，所述中继节点还用于添加和/或删除所述终端节点。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种基于蓝牙的无线网格网络结构，包括：
17.应用层，用于确定是否需要将源终端节点的消息发送至目标终端节点；
18.传输层，用于对接收到的所述源终端节点发送的消息进行组包，以及对需要发送至所述目标终端节点的消息进行分包；
19.网络层，用于配置所述源终端节点和所述目标终端节点之间的路由路径，所述路由路径中包括一个或多个中继节点，所述源终端节点的消息通过所述一个或多个中继节点的转发到达所述目标终端节点；
20.承载层，用于根据所述路由路径，将所述源终端节点的消息传输至所述目标终端节点。
21.第三方面，本技术实施例提供了一种基于蓝牙的无线网格网络的控制系统，包括：m个中继节点和n个终端节点，m≥2，n≥2；
22.所述m个中继节点中的任意两个中继节点之间通信连接，所述n个终端节点中的每个终端节点与所述m个中继节点中对应的一个中继节点相连；
23.所述中继节点用于采用单播的方式将接收到的消息转发至与所述中继节点相连的终端节点或者其它中继节点；
24.其中，所述n个终端节点中包括一个或多个控制节点，以及一个或多个被控节点。
25.优选地，所述控制节点为智能家居控制器，所述被控节点为智能家居设备。
26.优选地，所述智能家居设备为智能灯。
27.采用本技术实施例提供的网络拓扑结构，通过中继节点进行子网的分离，中继节点作为子网中唯一的转发节点，其它节点不作转发支持，可以减少消息的发送，减少冗余数据传输，相对标准协议要占用更少的带宽资源。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本技术实施例提供的一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图；
30.图2为本技术实施例提供的另一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图；
31.图3为本技术实施例提供的另一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图；
32.图4为本技术实施例提供的一种基于蓝牙的无线网格网络结构；
33.图5为本技术实施例提供的一种灯控系统示意图。
具体实施方式
34.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
35.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
36.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
37.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
38.针对现有技术中ble mesh网络具有太多的冗余传输，造成能量的消耗和网络数据的阻塞的问题，本技术实施例提供了一种基于蓝牙的无线网格网络系统、网络结构及控制系统，以下结合附图进行说明。
39.参见图1，为本技术实施例提供的一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图。为了便于表述，在下文中将基于蓝牙的无线网格网络系统成为ble mesh系统。
40.如图1所示，该ble mesh系统包括2个中继节点和3个终端节点，分别为中继节点a、中继节点b、终端节点a、终端节点b和终端节点c。其中，终端节点a和终端节点b与中继节点a相连，终端节点c与中继节点b相连。另外，中继节点a和中继节点b相连，构成ble mesh系统。
41.在上述ble mesh系统中，终端节点a、终端节点b和中继节点a组成一个子网；终端节点c和中继节点b组成一个子网。中继节点作为子网中唯一的转发节点，终端节点不作转发支持。也就是说，在一个子网中，终端节点通常只能与中继节点进行通信，两个终端节点之间通常不能直接进行通信。例如，当处于同一子网中的终端节点a和终端节点b需要进行通信时，需要通过中继节点a进行消息的转发。即终端节点a将消息发送至中继节点a，中继节点a将消息发送至终端节点b。也就是说，共发送了2条消息。
42.另外，对于子网外的消息，需要由中继节点向其它中继节点依次转发，直到到达目标终端节点对应的子网。例如，当终端节点a和终端节点c需要进行通信时，终端节点a将消息发送至中继节点a，中继节点a将该消息转发至中继节点b，中继节点b将该消息转发至终端节点c。也就是说，共发送了4条消息。
43.综上所述，在本技术实例中，中继节点作为子网中唯一的转发节点，采用单播的方式将接收到的消息转发至与中继节点相连的终端节点或其它中继节点，其它节点不做转发支持，可以尽量减少消息转发。具体地，对于子网内的消息，直接由本子网内的中继节点进行转发，对于子网外的消息，由本子网内的中继节点向其它中继节点依次转发，直到到达目标设备所在的子网为止。其中，单播是指在一个发送者和一个接受者之间通过网络进行的通信。该概念与多播相对应，多播是指一个发送者和多个接受者之间的通信。
44.采用本技术实施例提供的网络拓扑结构，通过中继节点进行子网的分离，中继节点作为子网中唯一的转发节点，可以减少消息的发送，减少冗余数据传输，相对标准协议要占用更少的带宽资源。
45.需要指出的是，图1所示仅为本技术实施例所列举的一种可能的实现方式，并不能将其作为本技术保护范围的限制。
46.例如，本技术实施例对中继节点和终端节点的数量不作具体限制，具体地，中继节点的数量为可以为m，终端节点的数量可以为n，m≥2，n≥2。m个中继节点中的任意两个中继节点之间通信连接，该通信连接可以为两个中继节点直接相连进行通信连接，也可以为两个中继节点通过其它中继节点间接连接，进而实现两个中继节点通信连接。
47.参见图2，为本技术实施例提供的另一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图。该ble mesh系统与图1所示的ble mesh系统的不同之处在于，还包括中继节点c和终端节点d，终端节点d和中继节点c相连，组成ble mesh系统的一个子网。在该ble mesh系统中，中继节点a和中继节点b相连，实现通信连接；中继节点a和中继节点c通过中继节点b相连，实现通信连接。
48.另外，在ble mesh系统中，n个终端节点中的每个终端节点与m个中继节点中对应的一个中继节点相连。终端节点对应的中继节点，即与终端节点处于同一子网中的中继节点。例如，终端节点d和中继节点c。
49.在实际应用中，可以通过接入足够多的中继节点，通过中继节点连接足够多的终端节点来扩大ble mesh系统。在一种可能的实现方式中，同时一个中继节点最多可以连接8个终端节点。在一种可能的实现方式中，当某一设备具备配网条件后，可以通过中继节点邀请入网。具体地，当某一设备进入中继节点的网络连接范围内时，通过中继节点主动发送入网请求，提示用户在终端节点进行相应的网络配置，提高用户体验。
50.例如，在图2所示的实施例中，通过中继节点b添加终端节点c。当然，除了添加终端节点外，中继节点还可以将终端节点在ble mesh系统中删除，本技术实施例对此不作限制。
51.在一些可能的实现方式中，终端节点中包括相互关联的好友节点和低功耗节点。其中，好友节点可以为终端节点中支持好友功能的节点。
52.参见图3，为本技术实施例提供的另一种基于蓝牙的无线网格网络系统的结构示意图。该ble mesh系统与图1所示的ble mesh系统的不同之处在于，还包括好友节点和低功耗节点，该好友节点和低功耗节点相关联，且与中继节点a处于同一子网。其中，低功耗节点相对其它的终端节点具有更长的休眠时间，在低功耗节点处于休眠状态时，可以通过好友节点存储和/或应答与所述低功耗节点相关的消息。在低功耗节点处于工作状态时，可以向好友节点发送消息查询请求，好友节点接收到消息查询请求后，将存储的消息发送至低功耗节点。
53.需要指出的是，图3所示好友节点和低功耗节点仅为本技术实施例的一种示例性说明，并不应当将其作为本技术保护范围的限制。例如，本领域技术人员可以根据实际需要调整好友节点和低功耗节点的数量，以及好友节点和低功耗节点所在的子网，本技术实施例对此不作限制。
54.在本技术实施例中，好友节点可以暂存发往低功耗节点的消息，待低功耗节点退出休眠模式之后，再从好友节点取回相关消息，避免由于休眠影响低功耗节点的消息收发。
55.参见图4，为本技术实施例提供的一种基于蓝牙的无线网格网络结构。如图4所示，该网络结构为4层结构，从上向下依次为应用层(application layer)、传输层(transport layer)、网络层(network layer)和承载层(bearer layer)。
56.其中，应用层，用于确定是否需要将源终端节点的消息发送至目标终端节点。其中，该源终端节点为网络中需要发送消息的终端节点，目标终端节点为网络中需要接收消息的终端节点。也就是说，通过应用层决定某一终端节点是否需要向其它终端节点发送消息。
57.传输层，用于对接收到的所述源终端节点发送的消息进行组包，以及对需要发送至所述目标终端节点的消息进行分包。
58.网络层，用于配置所述源终端节点和所述目标终端节点之间的路由路径，所述路由路径中包括一个或多个中继节点，所述源终端节点的消息通过所述一个或多个中继节点的转发到达所述目标终端节点。具体地，当源终端节点和目标终端节点位于同一个子网内时，可以直接通过该子网内的中继节点进行消息的转发，将源终端节点发送的消息，转发至目标终端节点；当源终端节点和目标终端节点位于不同的子网内时，不同的子网之间可以通过中继节点进行消息的转发，例如，第一子网内的第一中继节点将消息转发至第二子网内的第二中继节点。也就是说，当源终端节点和目标终端节点位于不同的子网内时，源终端节点可以通过多个中继节点将消息转发至目标终端节点。
59.承载层，用于根据路由路径，将所述源终端节点的消息传输至所述目标终端节点。具体地，在网络层完成路由路径配置后，由承载层负责具体消息的发送。
60.相关技术中，ble mesh网络通常为7层网络结构，由上向下依次为模型层(models)、基础模型层(foundation models)、访问层(access layer)、上层传输层(upper transport layer)、底层传输层(lower transport layer)、网络层(network layer)和承载层(bearer layer)。
61.在本技术实施例中，通过设置四层网络结构，可以加快数据传输及通信速度，减少数据处理，同时降低硬件要求。
62.可理解，基于本技术实施例提供的ble mesh系统可以配置相应的控制系统。该控制系统可以应用于各种不同的领域，例如智能家居、智能工厂等，本技术实施例对此不作限制。
63.具体地，本技术实施例提供了一种基于蓝牙的无线网格网络的控制系统，包括：m个中继节点和n个终端节点，m≥2，n≥2；所述m个中继节点中的任意两个中继节点之间通信连接，所述n个终端节点中的每个终端节点与所述m个中继节点中对应的一个中继节点相连；所述中继节点用于采用单播的方式将接收到的消息转发至与所述中继节点相连的终端节点或者其它中继节点；其中，所述n个终端节点中包括一个或多个控制节点，以及一个或多个被控节点。
64.也就是说，在本技术实施例中，终端节点分别为控制节点和被控节点，可以通过控制节点控制被控节点完成相应的触发动作。
65.例如，在智能家居领域，该控制节点可以为智能家居控制器，该被控节点可以为智能灯。因此，可以通过智能家居控制器向智能灯发送相应的控制指令，实现智能灯的开关。
66.当然，除了智能灯以外，该被控节点还可以为智能电视、智能空调、智能冰箱等智能家居设备，本技术实施例对此不作具体限制。
67.另外，控制节点的数量可以为1个、2个或多个，本领域技术人员可以根据实际需要进行相应的配置，本技术实施例对此不作具体限制。
68.参见图5，为本技术实施例提供的一种灯控系统示意图。该灯控系统可以基于图1所示的ble mesh系统来实现。其中，终端节点a为智能灯控制器，终端节点b为第一智能灯，终端节点c为第二智能灯。
69.当智能灯控制器需要控制第一智能灯开关等时，消息的传输路径为终端节点a
→
中继节点a
→
终端节点b。
70.当智能灯控制器需要控制第二智能灯开关等时，消息的传输路径为终端节点a
→
中继节点a
→
中继节点b
→
终端节点c。
71.本技术实施例提供的ble mesh系统应用于智能家居领域，可以提高操控智能终端的便捷性。
72.需要指出的是，图5所示仅为一种可能的应用场景。本领域技术人员可以根据实际需要将该ble mesh系统应用于其它应用场景，其均应当处于本技术保护范围之内。
73.本技术实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
74.本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
75.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
76.在本实用新型所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
77.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。