一种面向BLE主动扫描的快速发现机制的制作方法

本发明涉及物联网应用领域，具体涉及密集物联网环境下快速ble主动扫描发现。

背景技术：

传统互联网实现了人与人之间的互联，而物联网除了可以实现传统互联网的功能，还能实现人与物、物与物之间的全面互联，因此它也被认为是科技领域的第三次信息革命。2010年，我国的政府工作报告即对物联网做出了明确说明：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控、管理的一种网络。当前，物联网技术已经被广泛应用于众多领域，如智能照明、智慧农业、环境检测、物流跟踪等，而在我国关于物联网实践最具代表性的案例便是铁路车号自动识别系统。由此可见，物联网的发展潜力十分巨大，研究物联网相关的技术与应用也是十分有意义的。

而在关于物联网的技术中，短距离通信技术如nfc(nearfieldcommunication)、rfid、经典蓝牙、zigbee、ble(bluetoothlowenergy)等是最重要的几个研究方向之一。rfid是一种具有体积小，强穿透性以及高安全性的免接触数据传输技术，应用十分广泛。nfc允许终端设备之间进行非接触式点对点传输，同时与现有的非智能卡以及rfid兼容。而在工业物联网领域，zigbee技术应用十分广泛。但是在诸如大量游客需要利用智能手机终端获取景区景点公告额外信息的场景下，具有超低功耗、适合的通信距离、成本低廉等特点的ble成为最适合的短距离通信技术。

ble的通信过程首先是近邻发现的过程，而ble的近邻发现模式有两种：被动和主动。由于ble对广播包长度的限制等原因，当扫描设备需要广播设备/信标/标签的诸如设备名、设备地址、设备相关参数等额外信息时，扫描设备将采用主动扫描模式，通过握手的方式获取这些额外信息。握手的过程指的是：广播设备周期性发送广播包（adv_ind或者adv_scan_ind）;扫描设备成功接收到广播包后，如果满足无需退避（backoff），相隔一个固定的等待时间（t_ifs，150us）发送scan_req；广播设备成功接收到scan_req之后相隔一个固定的等待时间（t_ifs，150us）回复scan_rsp。如果发送scan_req的主动扫描设备收到scan_rsp，那么表示完成一次主动扫描，如图1所示。

如果发送scan_req的主动扫描设备没有scan_rsp，扫描设备认为网络环境存在干扰，那么根据协议中规定的退避机制，后续再收到广播包时，不会立即发送scan_req，这会进一步导致设备发现时间变长。

技术实现要素：

本发明目是为了解决上述问题，提供一种面向ble主动扫描的快速发现机制，其避免了在大量主动扫描设备的情况下，scan_req冲突导致发现时间剧增的问题，从而达到快速扫描发现的要求。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：提出了一种面向ble主动扫描的快速发现机制，使得ble广播设备进入广播事件后，分如下几个部分开始广播（假设37、38、39信道都需要广播），其具体包括以下步骤：

一.广播设备从休眠态唤醒；

二.广播设备切换至37信道，发送广播包（adv_ind或者adv_scan_ind）；

三.广播设备休眠或者待机t_sleepus；

四.广播设备发送扫描应答包（scan_rsp）；

五.如果38信道也需要广播，切换至38信道后，重复一~四步骤；

六.如果39信道也需要广播，切换至39信道后，重复一~四步骤；

七.广播设备进入休眠状态。

其中：t_sleep=2×t_ifs+tscan_req，其中tscan_req是扫描请求包的时间，理论上为176us,t_ifs为150us，因此理论上需要待机或者休眠476us。

有益效果：

本发明提出的强制扫描应答方式广播后，具有如下优点：

1)不需要对标准ble扫描设备进行修改，这使得该机制能够与市场现有终端智能设备兼容；

2)快速近邻发现的时间，不受ble主动扫描设备数量的影响；

3)多个请求扫描响应的ble主动扫描设备可以同时获取ble广播设备的扫描应答；

4）ble主动扫描设备甚至可以不需要退避算法，以进一步加快发现时间。

5）能够有效提高密集ble主动扫描设备网络的近邻发现性能，特别是少量广播设备，但存在大量主动扫描设备的应用场景，并且在硬件上改动较小。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为ble规范中的主动扫描发现过程；

图2本发明提出的强制扫描应答广播方式；

图3两个ble设备同时完成主动扫描示例；

图4本实施例采用的ble广播设备硬件；

图5本实施例实测强制主动扫描广播方式；

图6本实施例被智能手机主动扫描后截图；

图7本实施例主动扫描时间随扫描设备数量的仿真图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1：

如图2所示，本实施例公开的一种面向ble主动扫描的快速发现机制，使得ble广播设备进入广播事件后，分如下几个部分开始广播（假设37、38、39信道都需要广播），其具体包括以下步骤：

一.广播设备从休眠态唤醒；

二.广播设备切换至37信道，发送广播包（adv_ind或者adv_scan_ind）；

三.广播设备休眠或者待机t_sleepus；

四.广播设备发送扫描应答包（scan_rsp）；

五.如果38信道也需要广播，切换至38信道后，重复一~四步骤；

六.如果39信道也需要广播，切换至39信道后，重复一~四步骤；

七.广播设备进入休眠状态。

其中：t_sleep=2×t_ifs+tscan_req，其中tscan_req是扫描请求包的时间，理论上为176us,t_ifs为150us，因此理论上需要待机或者休眠476us。

本实施例的ble广播设备采用的硬件如图4所示，该ble广播设备采用了st制造的低功耗mcustm8l051f3和panchip制造的2.4ghz收发器xn297。由于广播包的发送时间可以直接由mcu控制，因此可以通过mcu的定时器延时，实现强制扫描应答的发送机制。

图3给出了采用本发明的广播方式后，两个ble扫描设备同时完成主动扫描而没有冲突的过程。首先两个ble扫描设备和ble广播设备都处于同一个信道。当ble设备发送广播包（adv_ind或者adv_scan_ind）后，两个处于接收的ble扫描设备都收到了广播设备发送的广播包。如果两个扫描设备都满足不退避的条件，他们都会在收到ble广播包后t_ifs在同一信道发送扫描请求包（scan_req），传统的ble广播设备发送完广播包后，切换至接收模式接收是否有扫描请求包。但由于两个主动扫描设备都在同时发送了扫描请求，因此两个扫描请求包发生冲突，导致ble广播设备无法正确接收扫描请求包（scan_req）。因此ble广播设备不会再发出扫描应答包（scan_rsp），导致两个ble扫描设备都没有办法完成主动扫描过程。但采用本发明的强制扫描应答发包模式后，ble广播设备无需等待是否正确接收扫描请求包（scan_req），直接在两个ble扫描设备处于等待接收扫描应答包（scan_rsp）的时刻，直接发送扫描请求包（scan_req）。最终使得两个ble扫描设备同时完成主动扫描。此方法还可以拓展至n个ble扫描设备，如果他们同时发送扫描请求包，那么他们将同时完成主动扫描过程。

通过上述强制扫描应答广播模式的描述，可以发现，本发明只需要在ble广播设备端底层做少量改动，就能实现上述过程。而ble扫描设备端无需任何修改，使得目前已有的带ble的智能设备无需改动，就能快速发现带强制扫描应答的ble广播设备。另外这种方法的另外一个显著优势就是对ble主动扫描设备的数量不受限制。

本实施例在37信道上的强制扫描应答广播方式实测如图5所示。本实施例的ble广播设备发送adv_scan_ind后，频谱仪截取到有主动扫描设备发送了扫描请求scan_req，此时本实施例的ble广播设备在等待时间后，强制发送了scan_rsp，帮助ble扫描设备完成了主动扫描。考虑到实际硬件实施ble广播设备存在射频启动时间等原因，理论上的t_sleep时间需要微调。本实施例中考虑了前端设备器件xn297的特性，等待时间实际设置为464us。

采用五个本实施例的ble广播设备进行强制扫描应答广播，并将五个设备的名字命名为”jiot1”~”jiot5”,名字字符都包含在扫描应答包中。用十五台带ble功能的智能手机，在办公室环境中扫描这五个广播设备，广播设备的广播间隔为950ms，其中华为mate20x的截图如图6所示。可以发现，本发明提供的强制扫描应答广播方式可以被ble扫描设备兼容，并能正确扫描。另外采用本发明提供的强制扫描应答后，可以比其他标准ble广播设备更加快速的扫描发现，并且始终排列在智能手机扫描列表的顶端。

五个采用强制扫描应答广播的ble广播设备，扫描间隔设置为950ms，如果ble主动扫描设备的扫描窗口和扫描间隔设置为1000ms时，不同扫描设备数量情况下的整体发现时间仿真如图7所示。可以明显发现，采用强制扫描应答后，扫描时间不随扫描节点的个数而发生变化。

本发明极大降低了ble主动扫描的发现时间，并且能够在大部分情况下规避退避状态。因此，在广播设备数量不存在发包冲突或者冲突概率很低的情况下，扫描设备理论上数量是不受限制的。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。