CN109862548B - 用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法 - Google Patents

用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法 Download PDF

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Abstract

用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法，包括：(a)确定该节点的一跳设备缓存列表，该列表包括一个或多个一跳节点的地址；(b)当该节点发送数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，且：若相同，则将该数据包的TTL值设置为0，并发送该数据包，否则，将该数据包的TTL值设置为大于设定的TTL阈值，并发送该数据包；(c)当该节点转发数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，若相同，则将该数据包的TTL值设置为1，并转发该数据包，否则，将该数据包的TTL值减一，并转发该数据包。本发明可显著减小密集蓝牙Mesh网络中的信号干扰问题。

Description

用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法
技术领域
本发明涉及蓝牙Mesh网络，更具体地，涉及一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法。
背景技术
蓝牙Mesh采用“网络泛洪(Flooding)”的方式发布和中继消息数据(或简称为消息)。这意味着消息没有一个固定的传输路径，节点也不需要保存路由表信息。因为这个节点传输范围内的所有其它节点都会接收该消息，具备中继功能的节点会继续将消息转发至其传输范围内的所有其它节点。
“泛洪网络”会造成这样的问题，即在对于一个密集的网络中节点间距离比较近的情况下，每个节点都会收到大量重复的数据包，因为同一条消息可能会由多个中继节点帮助转发。密集的网络例如可以是所有设备或大量设备都处在一跳范围内的网络。
例如，如图1所示，假设节点B、C、D在节点A的通信范围内，节点F不在节点A的通信范围内，但是可以通过节点B、C、D中继转发从而收到节点A发送的数据包，因此，最终节点F可能会收到来自于节点B、C、D中继转发的数据包，当然，如果节点B、C、D中某个节点并没有收到该数据包，也有可能不参与中继转发。有时，为让该Mesh网络更加稳健，每个中继节点转发时可能会连续重发多个数据包，例如节点A向节点F发送的数据包PDU，节点C收到后可能会连续转发多次(例如3次)同样的数据包PDU，同样，节点B、C收到后也会进行连续多次转发。
根据上述分析如果节点B、C、D均收到数据包并都参与转发，节点F收到的重复的包可能多达3*3＝9个。
另外，在图1所示的现有技术的蓝牙Mesh网络中，节点A发给节点B的包还可能经由C或D转发到F再转发给B，从而在该网络产生了大量不必要的转发通信流量和信号干扰。
在蓝牙Mesh网络的现有机制中，是通过设定TTL值(Time To Live，生存时间值)来控制数据包在网络中的生存期的。所有的蓝牙Mesh数据包均包括TTL字段，其用于限制消息中继转发的跳数。每个数据包在发出时，包括一个初始的TTL值，中继节点收到该数据包时，会首先检查TTL是否大于1，只有大于1的情况下才会中继转发该数据包。中继节点在转发前会将TTL值减1，如检测到TTL值小于等于1，则视作该数据包的生存时间结束，不再对其进行转发。
但是，应用上述机制，尤其是在密集网络中，如果一个数据包仍然处于生存时间内，则该数据包仍然会被不同节点进行多次重复转发，这依旧会导致比较严重的信号干扰和通信信道占用。
因此，本领域中需要一种方法，其能够消除或减少蓝牙Mesh网络中(尤其是密集的蓝牙Mesh网络中)不必要的数据包转发和相关的通信流量及信号干扰。应理解，上述所列举的技术问题仅作为示例而非对本发明的限制，本发明并不限于同时解决上述所有技术问题的技术方案。本发明的技术方案可以实施为解决上述或其他技术问题中的一个或多个。
发明内容
本发明的一个目的在于解决密集的蓝牙Mesh网络中信号干扰这一技术问题。
为达到该目的，本发明提供了一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法，该方法包括：(a)确定该节点的一跳设备缓存列表，该一跳设备缓存列表包括一个或多个一跳节点的地址；(b)当该节点发送数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：如果相同，则将该数据包的TTL值设置为0，并发送该数据包，否则，将该数据包的TTL值设置为大于设定的TTL阈值，并发送该数据包；(c)当该节点转发数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：如果相同，则将该数据包的TTL值设置为1，并转发该数据包，否则，将该数据包的TTL值减1，并转发该数据包。
优选地，步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：如果该节点从另一节点接收到的数据包的RSSI值大于设定RSSI阈值，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
优选地，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表还可包括：如果该节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值与到达该节点时的TTL值相同，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
优选地，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表还可包括：根据另一节点的移动状态确定是否将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
优选地，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表还可包括：如果该节点从另一节点接收到的数据包的TTL值为0，则将该另一节点的地址加入到该节点一跳设备缓存列表中。
优选地，所述地址是蓝牙Mesh单播地址或蓝牙MAC地址。
优选地，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：如果该节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值大于到达该节点时的TTL值且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。
优选地，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：如果该节点在指定时间内没有从另一节点收到心跳包且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。
本发明可有效解决或缓解蓝牙Mesh网络中的信号干扰问题，尤其是密集的蓝牙Mesh网络中的信号干扰问题。
附图说明
图1示出蓝牙Mesh网络中节点之间数据包传输和转发的示意图；
图2示出本发明方法的流程示意图；
图3示出利用本发明的方法的蓝牙Mesh网络数据包传输示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体的实施方式，对本发明的方法进行详细说明。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本发明的限制。
作为一个非限制性示例，如图2所示，本发明的用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法包括以下步骤：在步骤102中，确定该节点的一跳设备缓存列表，该一跳设备缓存列表包括一个或多个一跳节点的地址；在步骤104中，当该节点发送数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：如果相同，则将该数据包的TTL值设置为0，并发送该数据包，否则，将该数据包的TTL值设置为大于设定的TTL阈值，并发送该数据包。在步骤106中，当该节点转发数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：如果相同，则将该数据包的TTL值设置为1，并转发该数据包，否则，将该数据包的TTL值减1，并转发该数据包。应理解，在本发明的上下文中，“一跳节点”或“一跳设备”是指相对于一个节点或设备处在通信范围内的节点或设备。换言之，一个节点或设备与其一跳节点或一跳设备之间的通信可以在蓝牙Mesh网络中不通过转发而直接进行。
步骤102中确定该节点的一跳设备缓存列表例如包括将节点地址添加入列表，以及将节点地址从列表中删除。应理解，本发明所提供的一跳设备缓存列表是一个动态的列表，可根据网络中节点的增减、移动性、信号强度状况等动态更新。
对于添加，在本发明的一个实施方式中，如果该节点从另一节点接收到的数据包的RSSI值大于设定RSSI阈值，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。因为当RSSI值比较大时，可以认为该另一节点在一跳范围内。
在本发明的另一个实施方式中该节点，从另一节点接收到的数据包的原始TTL值与到达该节点时的TTL值相同时，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。这是因为，如果原始TTL值和收到的TTL值相同，则说明该数据包没有经过转发而是直接到达该设备节点，因此可将其纳入一跳范围内。
在本发明的第三个实施方式中，还可根据另一节点的移动状态确定是否将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。例如，当一跳设备缓存列表中的某个节点确定为固定不动的设备时，可以相应地减少这个节点的心跳包的检测频率，不需要这个设备频繁地发送心跳包；而当明确知道一个节点是频繁移动时，则即使这个节点在一跳范围内，也可以不将其加入到一跳设备缓存列表中。例如，在一个示例实施例中，在相同的条件下，如果该另一节点的类型是电视机或灯等相对固定的设备，则可将其地址加入到一跳设备缓存列表中，而如果该另一节点的类型是扫地机等频繁移动的设备时，则可以不将其地址加入到一跳设备缓存列表中。
在本发明的第四个实施方式中，如果该节点从另一节点接收到的数据包的TTL值为0，则将该另一节点的地址加入到该节点一跳设备缓存列表中。
另外，在上述步骤104中，TTL阈值的设定，可根据蓝牙Mesh网络的大小确定，如果无法知悉网络的大小情况，可以将其设值成一个相应地比较大的TTL值，以保证数据包的顺利传输。通过步骤104的设置，当目标地址设备在发送数据包的源设备的一跳范围内时，源设备就会将TTL设置为0，因此该数据包只会被发送到源设备一跳范围内的节点，而不会继续向更远的节点扩散转播。这可有效减少信号干扰并提高了数据传输效率。另一方面，根据步骤106，当中继节点检测到中继数据包的目标地址设备在自己的一跳范围内时，就将TTL设置为1，并转发该数据包，因此该数据包只会被转发到该中继节点一跳范围内的节点，而不会继续向更远的节点扩散转播。同样，这可有效减少信号干扰并提高了数据传输效率。
上述向一跳设备缓存列表添加节点的方式可同时使用或选择其中的一个或多个使用。
另一方面，对于从一跳设备缓存列表中删除节点地址而言，在一个实施方式中，如果该节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值大于到达该节点时的TTL值且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。在另一个实施方式中，如果该节点在指定时间内没有从另一节点收到心跳包且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。
在实际应用中，节点的地址可以是蓝牙Mesh单播地址，也可以是蓝牙MAC地址。
通过为蓝牙Mesh网络建立一跳设备缓存列表等技术手段，本发明可使得在空中转发的重复数据包量大大减少，随之也可有效减小蓝牙Mesh网络中的信号干扰，尤其是密集的蓝牙Mesh网络中的信号干扰。
以下结合实例，对本发明的实施和效果进行进一步说明。如图3所示，为一个更为复杂的蓝牙Mesh网络拓扑结构。节点A希望发送数据包给节点F，但是节点F并不在节点A的一跳范围内(即节点F的地址不在节点A的一跳设备缓存列表内)，此时可将TTL阈值设定为例如99，而TTL值可设置为100。此后，假如节点B、C、D均发现节点F在其一跳范围内，则节点B、C、D将数据包的TTL值设置为1，然后转发该数据包。接下来，节点F、O、P会收到来自节点B、C、D的数据包，节点O、P发现数据包中TTL值为1，则不再继续转发；节点F发现数据包就是给它自己的(即为数据包的目标节点)，也不再继续转发，数据传输到此为止。所以，对于更远的节点，如节点H、N、M等不再收到该数据包，当然也不会转发给更远的其它节点；同时对于节点F来说，其也只是收到节点B、C、D转发的数据。因此数据包的总体转发量将大大减小。
相比之下，如果该蓝牙Mesh网络不采用本发明的方法而利用现有技术的处理手段，将会造成极大的数据包重复转发。例如，节点A希望发送数据给节点F，节点A不知道网络规模，也不知道节点F的位置，于是设置一个比较大的TTL值，例如100。其后，假设节点A发送的包，节点B、C、D均收到并且转发，TTL值减1，为99。接下来，节点B、C、D转发的数据包，节点F、O、P均收到，这时，节点F发现数据包是给自己的，不再继续转发；而节点O、P发现数据包不是自己的，于是继续转发，TTL值继续减1，为98。其后，节点O、P转发的数据包，相应地被节点H、E收到，然后节点H、E继续转发，TTL值减为97。节点H转发的数据包不仅节点F收到，节点G也收到，同时节点G继续往更远的地方转发。同时，节点E转发的数据不仅节点F收到，节点I也收到，同时节点I继续往更远的地方转发。
因此，通过上述分析，如采用现有的手段，节点F不仅收到来自节点B、C、D转发的数据包，还受到了来自周边的节点O、P转发的数据包，以及来自于自己后面的节点H、G、I、E等节点转发的数据包；如果节点F周围有大量的节点，就会导致节点F收到大量的其它节点转发的数据包，空中信号干扰十分严重。同时，数据包的转发并不会停止在目标地址设备附近，其还会被中继转发至更远的网络，最终网络中的每个设备都收到数据包并参与转发，而该数据包对网络中其余节点没有任何作用，反造成整个网络中有大量的冗余数据干扰信道。如上所述，这些问题，通过本发明的方案得到了有效解决。
虽然出于本公开的目的已经描述了本发明各方面的各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。例如，在一个实施例中描述的根据本发明的方法的一个或多个特征和/或操作，亦可单独地、组合地或整体地应用于另一实施例中。此外，应理解，上文所述方法步骤可以顺序执行、并行执行、合并为更少步骤、拆分为更多步骤，以不同于所述方式组合和/或省略。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述方法步骤进行各种改变和修改，而不脱离由本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种用于在蓝牙Mesh网络中的节点处对数据包进行处理的方法，其特征在于，所述方法包括：
(a)确定该节点的一跳设备缓存列表，该一跳设备缓存列表包括一个或多个一跳节点的地址；
(b)当该节点发送数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：
如果相同，则将该数据包的TTL值设置为0，并发送该数据包，否则，将该数据包的TTL值设置为大于设定的TTL阈值，并发送该数据包；
(c)当该节点转发数据包时，检查该数据包的目标地址是否与该一跳设备缓存列表中存储的地址中的一个地址相同，并且：
如果相同，则将该数据包的TTL值设置为1，并转发该数据包，否则，将该数据包的TTL值减1，并转发该数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
如果该节点从另一节点接收到的数据包的RSSI值大于设定RSSI阈值，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
如果该节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值与到达该节点时的TTL值相同，则将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
根据另一节点的移动状态确定是否将该另一节点的地址加入到该节点的一跳设备缓存列表中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
如果该节点从另一节点接收到的数据包的TTL值为0，则将该另一节点的地址加入到该节点一跳设备缓存列表中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址是蓝牙Mesh单播地址或蓝牙MAC地址。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
如果该节点从另一节点接收到的数据包的原始TTL值大于到达该节点时的TTL值且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中确定该节点的一跳设备缓存列表包括：
如果该节点在指定时间内没有从另一节点收到心跳包且该另一节点的地址存在于该节点的一跳设备缓存列表中，则将该另一节点的地址从该节点的一跳设备缓存列表中删除。
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