CN111669733A - 在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法,包括下述步骤:(a)提供用于缓存待发送的本地数据包的第一发送缓冲区,并提供用于缓存待发送的中继数据包的第二发送缓冲区;及(b)在所述节点发送数据包时,该节点以第一概率发送第一发送缓冲区中的本地数据包,并以第二概率发送第二发送缓冲区中的中继数据包,其中第一概率大于第二概率。本发明的方法可有效解决蓝牙Mesh网络中的节点因空中存在过多数据包进行中继转发而导致的数据包传输延迟严重的问题。
Description
技术领域
本发明涉及蓝牙Mesh网络,更具体地,涉及一种在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法。
背景技术
蓝牙Mesh在实现时,每个设备一般会维护一个广播包发送缓冲区(ADV Buffer),这里存储着这个设备即将发送的所有的数据包,它主要包含两个部分:
1、本地需要发送的数据包,例如应用层要求发送的数据包,或者当对方发送分包至本地时,需要回复的应答包(Segment Acknowledgment)等等。
2、中继转发(Relay)其它设备的数据包。
如图1所示,展示的是一个可存储300个广播包的缓冲区(ADV Buffer),这是一个先进先出队列,序号1的位置是发送缓冲区的队头,当前要发送的数据包从队头取出来进行发送;序号300的位置是发送缓冲区的队尾,如果有新的数据包要等待发送,就从队尾放进去等待发送;队尾取决于当前发送缓冲区有多少数据包等待发送,如果当前只有3个数据包在等待发送,那么队尾就是序号4,也就是新的数据包会放在序号4的位置。
为让数据包的发送更加可靠,以使周围节点更容易收到,蓝牙Mesh机制中具有重发次数(RetransmitCount)和重发时间间隔(RetransmitInterval)的概念。例如“RetransmitCount=2,RetransmitInterval=20ms”这一设定表示:每个包会多发两次,也就是每个数据包会发送三次;包和包之间的时间间隔是20ms,如果加上蓝牙协议本身规定的0至10ms的随机延迟,可以认为包和包之间的时间间隔是30ms。因此该情形下,发完一个数据包需要3*(20ms+10ms)=90ms。如果为满队列,则发完300个包需要300*90ms=27s。
而对于一个由成百上千个节点组成的网络,如果空中有很多数据包需要转发,就可能导致发送缓冲区满,主要有以下几个原因:1)有些长包可能需要分成几十个分包,每个分包占据一个缓冲区位置,这样一个完整的数据包在被转发的时候就可能占据几十个缓冲区位置;2)大量设备在同时发包;3)中继设备不仅需要转发完整的数据包,还需要转发目标地址设备回复的应答包。
一旦发送缓冲区快满,意味着设备自身的本地数据包只能塞到队尾(例如塞到序号300的位置),这将大大延迟该数据包的发送时间。结合图1,按照每个包需要90ms计算,前面299个包发完需要299*90ms=26.91s。且该情形是假设该数据包一次即发送成功,对方马上收到,不需要重传。在蓝牙Mesh网络的实际应用中,假如这是一个开灯的命令,那么对方最早需要26.91s后才可能收到,这造成了非常大的数据延迟,严重影响了用户体验。
因此,本领域中需要一种方案,其能够减少蓝牙Mesh节点间的数据传输延迟,和/或避免由于中继数据包过多使得发送缓冲区满而导致的本地数据包丢失。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蓝牙Mesh网络中存在的设备节点传输数据包延迟严重的问题。
为达到该目的,本发明提供了一种在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法,包括下述步骤:(a)提供用于缓存待发送的本地数据包的第一发送缓冲区,并提供用于缓存待发送的中继数据包的第二发送缓冲区;及(b)在所述节点发送数据包时,该节点以第一概率发送第一发送缓冲区中的本地数据包,并以第二概率发送第二发送缓冲区中的中继数据包,其中第一概率大于第二概率。
优选地,在步骤(b)中,当第一发送缓冲区中存在本地数据包时,所述节点不发送第二发送缓冲区中的中继数据包,直到第一发送缓冲区中的所有本地数据包已被发送。
优选地,所述方法还包括向中继数据包中添加时间戳以记录中继数据包存入第二发送缓冲区的时间,且在步骤(b)中,若第二发送缓冲区中当前待发送的中继数据包所具有的时间戳与当前时间之间的差距大于设定的时间阈值,则不发送该中继数据包并将该中继数据包从第二发送缓冲区中删除。
优选地,在步骤(b)中,当第二发送缓冲区中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的设定阈值比率时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。
优选地,在步骤(b)中,当第二发送缓冲区中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的80%时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。
优选地,所述第一发送缓冲区和所述第二发送缓冲区为先进先出队列。
优选地,所述第一发送缓冲区和所述第二发送缓冲区设置在蓝牙Mesh承载层。
优选地,所述方法还包括对于第二发送缓冲区中的中继数据包,当该节点收到该中继数据包的目标节点发送给该中继数据包的源节点的与该中继数据包对应的ACK包时,该节点将该中继数据包从第二发送缓冲区中删除。
优选地,所述方法还包括在将中继数据包存入第二发送缓冲区时,向所述中继数据包中添加该中继数据包的去模糊化和解密后的源节点地址和目标节点地址。
优选地,所述方法还包括当第二发送缓冲区已满时,删除第二发送缓冲区中最旧的中继数据包。
优选地,在步骤(b)中,该节点每隔设定的时间间隔就发送第二发送缓冲区中的中继数据包。
通过本发明的方法,可有效解决蓝牙Mesh网络中的节点因空中存在过多数据包进行中继转发而导致的数据包传输延迟严重的问题。
附图说明
图1示出现有的蓝牙Mesh网络的广播包发送缓冲区的示意图;
图2示出本发明的方法的流程示意图;
图3示出根据本发明的方法的两个缓冲区的示意图;
图4示出本发明中设备节点进行发包的流程示意图;
图5示出本发明中设备节点进行收包的流程示意图。
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。
参照图2和图3,本发明的在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法,包括以下步骤。
在步骤102中,提供用于缓存待发送的本地数据包的第一发送缓冲区210,并提供用于缓存待发送的中继数据包的第二发送缓冲区220。类似于现有技术中的广播包发送缓冲区,第一发送缓冲区210的长度n和第二发送缓冲区220的长度k可根据蓝牙Mesh网络的具体情形设定。
在步骤104中,在所述节点发送数据包时,该节点以第一概率p1发送第一发送缓冲区210中的本地数据包,并以第二概率p2发送第二发送缓冲区220中的中继数据包,其中第一概率p1大于第二概率p2。也就是说,在对两个缓冲区210、220中的本地数据包或中继数据包进行选择发送时,发送本地数据包的概率要大于发送中继数据包的概率,亦即对本地数据包进行发送的优先级大于对中继数据包发送的优先级。应理解,第一概率p1和第二概率p2的具体数值可由本领域技术人员根据实际应用的场景选择,而不脱离本发明的范围。在一个非限制性实施例中,第一概率p1与第二概率p2之和可设置为1。
在本发明的一个实施方式中,步骤104中,当第一发送缓冲区210中存在本地数据包时,所述节点不发送第二发送缓冲区220中的中继数据包,直到第一发送缓冲区210中的所有本地数据包已被发送。通过该设置,只有当第一发送缓冲区210空闲后,才从第二发送缓冲区220中读取中继数据包并发送,这防止了对本地数据包的发送延迟。这相当于为本地数据包设定了绝对的优先级,以确保完全优先地完成对本地数据包的发送。例如,在上文所述本地数据包是开灯命令的情景中,开灯命令可以在第一时间发送,而无论中继数据包的队列长度如何。应理解,开灯命令只是一种非限制性的示例,本发明的实施并不局限于此。
在本发明的另一个实施方式中,本发明的方法还包括向中继数据包中添加时间戳以记录中继数据包存入第二发送缓冲区220的时间,且在步骤104中,若第二发送缓冲区220中当前待发送的中继数据包所具有的时间戳与当前时间之间的差距大于设定的时间阈值,则不发送该中继数据包并将该中继数据包从第二发送缓冲区220中删除。采用该方式的原因在于,有时候本地数据包较多,当设备节点花费很长时间才把本地数据包传输完成后,再转发中继数据包已无意义,因此,通过时间戳的设定,当其大于一定的阈值时,则可直接放弃转发该数据包。这样可以保证设备不会把时间浪费在已经失效的数据包上,可及时地转发最新的中继数据包。另外,本领域技术人员应理解,上述时间阈值可以根据中继数据包的类型、蓝牙Mesh网络的具体状况或应用场景的需要等因素而相应地设置。
如图4所示,具体地显示了根据本发明的一个非限制性实施例由一个设备节点进行发包的流程图。在步骤402中开始操作后,在步骤408判断中继转发数据包的发送定时器是否超时,如果超时,则发送第二发送缓冲区里面的数据。应理解,步骤408是可选的,且该步骤使得节点每隔设定的时间间隔就发送第二发送缓冲区中的中继数据包,从而避免节点一直发送第一发送缓冲区中的本地数据包而第二发送缓冲区中的中继数据包一直得不到处理的情况。在步骤416,从第二发送缓冲区220的队头取出一个中继转发数据包,进而再在步骤420判断该中继转发包是否已经过期。如果步骤420的判断结果为是,则在步骤418中从第二发送缓冲区220删除该中继转发包,然后再进入步骤408;如果步骤420的判断结果为否,则发送该中继数据包并结束流程。应理解,步骤420是可选的,且该步骤有助于减少过期中继数据包的转发。回到步骤408,如果判断为未超时,则在步骤410中继续判断第一发送缓冲区210中是否存在有效数据包,如果是,则在步骤412中发送第一发送缓冲区210中的本地数据包,并在步骤424结束该流程,如果否,则在步骤414中判断第二发送缓冲区中是否有数据包,以确定下一步进入步骤416的取包操作或424的结束操作。
相应地,如图5所示,显示了一个设备节点进行收包的流程示意图。步骤502开始操作流程后,在步骤504中进行收包、去模糊化处理和解密处理等动作,在步骤506中判断是否需要进行转发或中继,如是,则进入步骤508进一步判断第二发送缓冲区220是否已满。如果在步骤508判断该缓冲区已满,则删除第二发送缓冲区220中的第一个数据包(步骤510)并把转发的数据包放在该缓冲区内(步骤512),或如果在步骤508判断该缓冲区未满,则直接将转发的数据包放在该第二发送缓冲区的队尾处(步骤512)然后在步骤514中结束流程,如果否,则直接结束流程(步骤514)。
在本发明的一个实施方式中,步骤104中,当第二发送缓冲区220中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的设定阈值比率时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。采用该方式是用于以尽快的速度将第二发送缓冲区220的中继数据包发送出去。
应理解,该阈值比率可以根据该蓝牙Mesh网络的具体状况和/或应用场景来确定。例如,在本发明的另一个实施方式中,步骤104中,当第二发送缓冲区220中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的80%时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。这是因为,如果第二发送缓冲区220中的数据包太多,如按照原节奏发送,则可能导致很多中继数据包需要延迟很久才能发送,因此,通过减少重发次数或重发时间间隔,可尽快地将中继数据包转发出去。
在本发明的一个实施方式中,第一发送缓冲区210和所述第二发送缓冲区220为先进先出队列。当然,二者也可以是其它类型的堆栈结构。应理解,本领域技术人员可以采用不同的具体结构或配置来实现这两个缓冲区,而不脱离本发明的范围。
在本发明的一个实施方式中,第一发送缓冲区210和第二发送缓冲区220设置在蓝牙Mesh承载层。这两个缓冲区也可位于蓝牙Mesh协议栈中的其它合适的层。
并且,对于第二发送缓冲区220中的中继数据包,当该节点收到该中继数据包的目标节点发送给该中继数据包的源节点的与该中继数据包对应的ACK包时,因为该中继数据包不再需要继续转发,因此该节点将该中继数据包从第二发送缓冲区220中删除。
优选地,可以在将中继数据包存入第二发送缓冲区时,向所述中继数据包中添加该中继数据包的去模糊化和解密后的源节点地址和目标节点地址。以此方式,当将该节点收到ACK包时,可以直接读取该中继数据包的去模糊化和解密后的源节点地址和目标节点地址,以便确定该ACK包是否是从该中继数据包的目标节点发送给该中继数据包的源节点的与该中继数据包对应的ACK包,而无需对第二发送缓冲区220中的中继数据包进行去模糊化和解密操作。
以此方式,根据本发明的该实施例,可以监听空中的应答包,并根据应答包及时删除来不及转发的分包。作为一个非限制性示例,当设备A给设备C发送很长的数据包时;通过分包机制分成了30个数据包。网络中的设备B、D、F都可以帮设备A进行中继转发,但设备B的第二发送缓冲区中数据包很多,导致设备A给设备C的30个数据包都暂时缓冲起来等待发送;设备D的第二发送缓冲区是空的,所以设备A给设备C的30个数据包马上被设备D及时转发出去。设备C收到了设备D转发的30个数据包,于是给设备A回复了收到包的ACK;如果设备C没有收全这30个数据包,在ACK中会标明哪些数据包收到了,哪些还没有收到。同时设备B的第二发送缓冲区里面,还存储着30个需要转发的数据包。
此时设备B收到了设备C回复给设备A的ACK,发现设备C已经收到了设备A的部分或者全部数据包,那也就表示设备B的第二发送缓冲区中存储的30个设备A给设备C发送的数据包的一部分或者全部已经不需要继续中继转发了。
假如ACK显示设备C已经收到设备A发送的30个数据包,那么设备B可以删除第二发送缓冲区中等待转发的所有30个数据包。而假如ACK显示设备C已经收到设备A发送的部分数据包,那么设备B可以从第二发送缓冲区中删除对应的ACK标示的设备C已经收到的那部分数据包。在任一情况下,都可以避免无效数据包的转发。
根据本实施例的方法对于解决网络中大量的重复的无效转发数据包都很有效果。设备一旦检测到这个数据包已经被对方收到,那么就可以直接把这个数据包从自己的转发队列中删除。因为这个数据包已经不需要再转发,设备继续转发一方面会占用自己的无线通信,另一方面也会给网络中的数据包造成不必要的干扰。以此方式,可以让其他有用的数据包可以得到及时的转发。
并且,当第二发送缓冲区220已满时,删除第二发送缓冲区220中最旧的中继数据包,以使其能够继续接受中继数据包。如上所述,等待时间过久并且还未被转发的中继数据包已经没有意义,要么其有效性已过时,要么其已经被其它节点转发,因此将其删除不会影响蓝牙Mesh网络中的数据包传输。
另外,在步骤104中,该节点每隔设定的时间间隔就发送第二发送缓冲区220中的中继数据包。这是为了在第一发送缓冲区210中数据包发送概率(优先级)较高的情况下,避免导致第二发送缓冲区220中的中继数据包一直无法被发送。在一个实施例中,可以采用用于第二发送缓冲区的发送定时器来设定和监控该时间间隔。
本发明的各实施方式尤其适用于需要发送的本地数据包较少、而需要发送的中继数据包较多的情形,例如在节点密集的网络中。例如,如果本地数据包卡住了不发送,那么这个数据包不可能发出;但是如果中继数据包卡住了不发送(即根据该方案放弃转发),其它没有本地数据包需要发送的节点也可发送该中继数据包。例如,在一个蓝牙Mesh网络中,节点有一个特别重要的本地数据包需要发送,例如和安全、消防相关的数据包、或影响用户体验的数据包,通过本发明方案所确立的机制,可及时将本地数据包发送出去,而不会受网络中转发的中继数据包数量的影响。
通过本发明的方法,可有效解决蓝牙Mesh网络中的节点因空中存在过多数据包进行中继转发而导致的数据包传输延迟严重的问题。
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 (11)
1.一种在蓝牙Mesh网络中的节点处发送数据包的方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:
(a)提供用于缓存待发送的本地数据包的第一发送缓冲区,并提供用于缓存待发送的中继数据包的第二发送缓冲区;及
(b)在所述节点发送数据包时,该节点以第一概率发送第一发送缓冲区中的本地数据包,并以第二概率发送第二发送缓冲区中的中继数据包,其中第一概率大于第二概率。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(b)中,当第一发送缓冲区中存在本地数据包时,所述节点不发送第二发送缓冲区中的中继数据包,直到第一发送缓冲区中的所有本地数据包已被发送。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括向中继数据包中添加时间戳以记录中继数据包存入第二发送缓冲区的时间,且在步骤(b)中,若第二发送缓冲区中当前待发送的中继数据包所具有的时间戳与当前时间之间的差距大于设定的时间阈值,则不发送该中继数据包并将该中继数据包从第二发送缓冲区中删除。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(b)中,当第二发送缓冲区中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的设定阈值比率时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤(b)中,当第二发送缓冲区中待发送的中继数据包的数量大于第二发送缓冲区长度的80%时,减小该节点的重发次数和重发时间间隔中的一个或两者。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一发送缓冲区和所述第二发送缓冲区为先进先出队列。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一发送缓冲区和所述第二发送缓冲区设置在蓝牙Mesh承载层。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括对于第二发送缓冲区中的中继数据包,当该节点收到该中继数据包的目标节点发送给该中继数据包的源节点的与该中继数据包对应的ACK包时,该节点将该中继数据包从第二发送缓冲区中删除。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括在将中继数据包存入第二发送缓冲区时,向所述中继数据包中添加该中继数据包的去模糊化和解密后的源节点地址和目标节点地址。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括当第二发送缓冲区已满时,删除第二发送缓冲区中最旧的中继数据包。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(b)中,该节点每隔设定的时间间隔就发送第二发送缓冲区中的中继数据包。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200915 |
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