一种应用于短距离无线通信的组网方法及系统

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别涉及一种应用于短距离无线通信的组网方法及系统。

背景技术

随着科技的不断进步，智能家居已经成为了现代生活中的重要组成部分。通信控制系统是智能家居设备与其控制设备之间实现互联互通的基础，通过在家庭中建立一个稳定可靠的通信网络，连接家庭环境下的各种智能设备如智能灯具、智能门锁和智能家电等。ZigBee(紫蜂)技术和蓝牙mesh(无线网格网络)技术是当前在智能家居中应用最为广泛的通信控制技术，其中ZigBee具有功耗低、部署成本低、通信距离长以且网络稳定可靠的优势。而蓝牙mesh虽然设备成本较高，但其兼容性更强且支持多对多通信，无需设置中心设备，因此在可靠性、灵活性和可扩展性方面更具优势。然而，无论是ZigBee技术和还是蓝牙mesh技术，其都是面向长连接的通信系统，即在智能家居应用场景下，其要求节点之间保持长连接状态，不停地通过呼吸包交换信息以维持连接状态，使整个网络环境时时都有射频信号发出，对于智能家居系统本身以及同一物理空间内的其它通信系统都会产生干扰，从而造成通信延迟、断流等情况。在智能家居应用场景下，设备间的通信频率低，通信数据量小，采用长连接的方式无疑只能产生大量不必要的通信开销和电力消耗，为了节省功耗而采用休眠唤醒重连的方式则会产生较大的通信延迟，降低用户的使用体验。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种应用于短距离无线通信的组网方法及系统，可以实现智能家居设备的低延迟低开销的通信控制，且系统灵活，稳定性强。

有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种应用于短距离无线通信的组网方法，包括：

将第一蓝牙设备配置为组网状态，在组网状态下所述第一蓝牙设备周期性发送组网广播，所述组网广播包括所述第一蓝牙设备所在网络群组的组网标识，所述组网广播为不可连接广播；

第二蓝牙设备扫描并接收所述组网广播；

所述第二蓝牙设备从所述组网广播中解析得到所述组网标识；

当所述组网标识与所述第二蓝牙设备中预先配置的组网标识相匹配时，所述第二蓝牙设备发送组网请求广播，所述组网请求广播为可连接广播；

所述第一蓝牙设备扫描并接收所述组网请求广播；

所述第一蓝牙设备从所述组网请求广播中解析得到所述第二蓝牙设备的连接信息以和所述第二蓝牙设备配对连接；

所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备交换组网信息，以将所述第二蓝牙设备确定为所述第一蓝牙设备所在网络群组的组网节点；

所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态，在广播监听状态下组网节点根据预先配置的广播扫描周期扫描所属网络群组的广播。

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点扫描到所属网络群组的广播时，判断所述广播为定向广播还是非定向广播，所述组网节点为所述第一蓝牙设备或者所述第二蓝牙设备；

当所述广播为非定向广播时，所述组网节点转发所述广播；

否则所述组网节点解析所述广播中的目的地址，所述目的地址为定向广播的广播对象的地址；

当所述目的地址与所述组网节点的设备地址相匹配时，所述组网节点生成并发送对应所述广播的响应广播；

当所述目的地址与所述组网节点的设备地址不匹配时，所述组网节点转发所述广播。

优选的，所述组网节点转发所述广播的步骤具体包括：

接收所述广播的数据包；

获取预设的最大转发延时时间t

在0和所述最大转发延时时间t

等待所述延时时间t

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点被触发控制类广播事件时，生成不可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述网络标识；

所述组网节点将所述广播数据包发送到广播信道；

当所述广播数据包为定向广播的数据包时，所述组网节点扫描并接收广播对象发送的响应广播。

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点被触发通信类广播事件时，获取待传输数据的大小；

判断待传输数据的大小是否大于预设的阈值；

当待传输数据的大小大于预设的阈值时，构建数据发出节点和数据接收节点之间的传输路径，所述传输路径包括所述数据发出节点、所述数据接收节点以及位于所述数据发出节点和所述数据接收节点之间的同一网络群组的组网节点；

以所述传输路径中的下一个节点为广播对象生成用于建立数据传输链路的可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述传输路径；

将所述广播数据包发送到广播信道。

优选的，在判断待传输数据的大小是否大于预设的阈值的步骤之后，还包括：

当待传输数据的大小小于或等于预设的阈值时，生成包含所述待传输数据的不可连接广播的广播数据包；

将所述广播数据包发送到广播信道。

优选的，在将所述广播数据包发送到广播信道的步骤之后，还包括：

任一组网节点接收到所述可连接广播的广播数据包时，根据所述广播数据包中的来源地址与所述传输路径的上一个节点建立蓝牙连接；

通过所述蓝牙连接接收所述待传输数据；

以所述传输路径中的下一个节点为广播对象生成用于建立数据传输链路的可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述传输路径；

将所述广播数据包发送到广播信道。

优选的，将第一蓝牙设备配置为组网状态的步骤具体包括：

判断所述第一蓝牙设备是否为已组网设备；

当所述第一蓝牙设备不是已组网设备时，基于预先构建的网络群组模型生成新的网络群组；

将所述第一蓝牙设备确定为所述网络群组的组网节点。

优选的，构建新的网络群组的步骤具体包括：

以预先构建的网络群组模型为基础生成网络群组实例；

生成所述网络群组实例的基础属性数据，所述基础属性数据包括网络群组的网络标识和加密密钥；

将所述第一蓝牙设备确定为所述网络群组的组网节点的步骤具体包括：

获取所述第一蓝牙设备的设备信息，所述设备信息包括所述第一蓝牙设备的MAC地址以及设备密钥；

基于所述网络标识以及所述第一蓝牙设备的MAC地址、设备密钥生成所述第一蓝牙设备的设备地址。

本发明的第二方面提出了一种应用于短距离无线通信的组网系统，包括若干个智能家居设备和若干个智能家居控制设备，所述智能家居设备和所述智能家居控制设备包括蓝牙模块，所述智能家居设备和所述智能家居控制设备有蓝牙模块被配置为实现本发明的第二方面任一项所述的组网方法。

本发明提出了一种应用于短距离无线通信的组网方法及系统，通过将第一蓝牙设备配置为组网状态，第二蓝牙设备扫描并接收组网广播，从组网广播中解析得到组网标识，当组网标识与第二蓝牙设备中预先配置的组网标识相匹配时发送组网请求广播，第一蓝牙设备扫描并接收组网请求广播，从组网请求广播中解析得到第二蓝牙设备的连接信息以和第二蓝牙设备配对连接，第一蓝牙设备与第二蓝牙设备交换组网信息，第一蓝牙设备与第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态，在广播监听状态下组网节点根据预先配置的广播扫描周期扫描所属网络群组的广播，可以实现智能家居设备的低延迟低开销的通信控制，且系统灵活，稳定性强。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种应用于短距离无线通信的组网方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施方式”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面参照附图来描述根据本发明一些实施方式提供的一种应用于短距离无线通信的组网方法及系统。

如图1所示，本发明的第一方面提出了一种应用于短距离无线通信的组网方法，包括：

将第一蓝牙设备配置为组网状态，在组网状态下所述第一蓝牙设备周期性发送组网广播，所述组网广播包括所述第一蓝牙设备所在网络群组的组网标识，所述组网广播为不可连接广播；

第二蓝牙设备扫描并接收所述组网广播；

所述第二蓝牙设备从所述组网广播中解析得到所述组网标识；

当所述组网标识与所述第二蓝牙设备中预先配置的组网标识相匹配时，所述第二蓝牙设备发送组网请求广播，所述组网请求广播为可连接广播；

所述第一蓝牙设备扫描并接收所述组网请求广播；

所述第一蓝牙设备从所述组网请求广播中解析得到所述第二蓝牙设备的连接信息以和所述第二蓝牙设备配对连接；

所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备交换组网信息，以将所述第二蓝牙设备确定为所述第一蓝牙设备所在网络群组的组网节点；

所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态，在广播监听状态下组网节点根据预先配置的广播扫描周期扫描所属网络群组的广播。

在上述实施方式的技术方案中，所述第一蓝牙设备可以为处于已组网状态的蓝牙设备或者处于未组网状态的蓝牙设备，当所述第一蓝牙设备为处于未组网状态的蓝牙设备时，在周期性发送组网广播之前，所述第一蓝牙设备先执行自配网的步骤。

所述不可连接广播为不包含来源地址的广播。所述可连接广播为包含来源地址的广播，所述来源地址即为广播发送方的可连接地址。在上述实施方式的技术方案中，所述组网广播不包含所述第一蓝牙设备的可连接地址信息，即任意设备接收到所述组网广播后，无法获得所述第一蓝牙设备的可连接地址信息以和所述第一蓝牙设备进行配对连接。同理，所述组网请求广播中包含有所述第二蓝牙设备的可连接地址信息，所述第一蓝牙设备扫描到所述组网请求广播后，可以根据该可连接地址信息与所述第二蓝牙设备进行配对连接。

进一步的，在所述第一蓝牙设备扫描并接收所述组网请求广播的步骤之后，还包括所述第一蓝牙设备停止发送所述组网广播。在所述第一蓝牙设备从所述组网请求广播中解析得到所述第二蓝牙设备的连接信息以和所述第二蓝牙设备配对连接的步骤之前，还包括所述第一蓝牙设备对所述组网请求广播进行合法性验证，包括但不限于验证所述第二蓝牙设备的认证数据的有效性。在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备交换组网信息的步骤中，所述组网信息包括但不限于所述第二蓝牙设备向所述第一蓝牙设备提供的第二蓝牙设备的设备地址信息，所述设备地址由所述第二蓝牙设备使用自身的设备密钥生成，所述第一蓝牙设备向所述第二蓝牙设备提供的网络群组的群组标识、加密密钥等信息。在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤中，所述广播扫描周期的大小可以根据用户对蓝牙设备的响应速度的需求进行相应的配置。

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点扫描到所属网络群组的广播时，判断所述广播为定向广播还是非定向广播，所述组网节点为所述第一蓝牙设备或者所述第二蓝牙设备；

当所述广播为非定向广播时，所述组网节点转发所述广播；

否则所述组网节点解析所述广播中的目的地址，所述目的地址为定向广播的广播对象的地址；

当所述目的地址与所述组网节点的设备地址相匹配时，所述组网节点生成并发送对应所述广播的响应广播；

当所述目的地址与所述组网节点的设备地址不匹配时，所述组网节点转发所述广播。

具体的，每个蓝牙设备在广播信道发送广播时，其所发送的广播数据包中都会携带有所属网络群组的网络标识，组网节点即蓝牙设备根据广播数据包中的网络标识来识别该广播数据包是不是其所属网络群组的广播。所述定向广播是针对网络群组中特定的网络节点即广播对象发送的广播，所述定向广播的广播数据包中包含有目的地址，所述目的地址即为广播对象的地址，其可以为广播对象的IP(Internet Protocol，网际互连协议)地址或者MAC地址(Media Access Control Address，媒体存取控制位址)。由于蓝牙设备的蓝牙射频信号的覆盖范围有限，广播对象有可能不在发送广播的组网节点的蓝牙信号覆盖范围内，在本发明的技术方案中，与发送广播的组网节点同一网络群组的组网节点在接收到广播后，即对该广播进行转发，从而使得广播能够传递到该网络群组所有网络节点的信号覆盖范围。由于智能家居系统中的设备控制和通信频率非常低，且控制指令和通信数据的数据量较小，通过广播信道直接传递控制指令和通信数据并不会给广播信道产生负担，同时避免了蓝牙连接的繁琐过程和庞大的通信开销，极大地降低了通信延迟和通信干扰。

优选的，所述组网节点转发所述广播的步骤具体包括：

接收所述广播的数据包；

获取预设的最大转发延时时间t

在0和所述最大转发延时时间t

等待所述延时时间t

在本发明的技术方案中，任一组网节点扫描到所属网络群组的广播时，当该广播的广播对象不是当前组网节点时，当前组网节点将会转发该广播以扩大该广播的传输范围。然而，如果每个组网节点接收到广播之后马上转发出去，当同一区域的组网节点数量较多时，可能会发生广播碰撞、丢失和干扰等情况，降低广播的可靠性和效果。另一方面，数量从多的组网节点在同一时间点发送广播，也会导致广播信道堵塞，甚至可能会对周边的其它通信系统产生干扰。因此，在上述实施方式的技术方案中，各个组网节点采用生成随机延时时间的方式来转发广播对象非自身的广播以解决上面所提到的问题。通过配置最大转发延时时间t

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点被触发控制类广播事件时，生成不可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述网络标识；

所述组网节点将所述广播数据包发送到广播信道；

当所述广播数据包为定向广播的数据包时，所述组网节点扫描并接收广播对象发送的响应广播。

具体的，所述控制类广播事件为用于发送智能家居设备控制指令的广播事件，所述智能家居设备控制指令包括控制智能家居设备进行打开、关闭的指令，包括调节智能家居设备参数如设置温度值、亮度值等。所述广播事件可以是被动触发的广播事件，例如手机或者开关面板作为某个智能家居网络群组中的一个组网节点，用户在手机或者开关面板上进行操作以触发广播事件，如开灯或关灯等操作。所述广播事件也可以是主动触发的广播事件，例如所述网络节点中配置有定时程序，当该定时程序满足倒计时或者特定时间点的时间条件时，触发某个广播事件。具体到应到实际应用场景中，手机或者开关面板作为某个智能家居网络群组中的一个组网节点，其被配置有定时开灯或关灯的程序，当满足设定的时间条件时，以对应的智能灯具为广播对象生成广播数据包，使得归属于同一个智能家居网络群组中的广播对象即该智能灯具在接收到该广播数据包后，执行数据包中的开灯或关灯指令。优选的，所述组网节点使用所属网络群组的加密密钥加密所述广播数据包中的广播数据。

优选的，在所述第一蓝牙设备与所述第二蓝牙设备断开蓝牙连接分别进入广播监听状态的步骤之后，还包括：

任一组网节点被触发通信类广播事件时，获取待传输数据的大小；

判断待传输数据的大小是否大于预设的阈值；

当待传输数据的大小大于预设的阈值时，构建数据发出节点和数据接收节点之间的传输路径，所述传输路径包括所述数据发出节点、所述数据接收节点以及位于所述数据发出节点和所述数据接收节点之间的同一网络群组的组网节点；

以所述传输路径中的下一个节点为广播对象生成用于建立数据传输链路的可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述传输路径；

将所述广播数据包发送到广播信道。

具体的，所述通信类广播事件为用于发送除控制指令外其它通信数据的广播事件，例如传输用于升级智能家居设备系统的固件升级包等。蓝牙广播的最大长度是37个字节，广播设备的MAC地址位占用了6个字节，因此蓝牙广播数据包最大可携带31个字节的数据，其用于传递智能家居设备的控制指令是足够的，但用于输通其它通信数据则非常困难，而通过大量的广播数据包来传输通信数据则会挤占广播信道。因此在上述实施方式的技术方案中，对于大于31个字节的待传输数据，通过在同一网络群组中将多个组网节点构建为所述传输路径的方式发送所述待传输数据。所述数据发出节点为所述网络群组中需要发出所述待传输数据的组网节点，所述数据接收节点为所述网络群组中接收所述待传输数据的目标组网节点。

优选的，在判断待传输数据的大小是否大于预设的阈值的步骤之后，还包括：

当待传输数据的大小小于或等于预设的阈值时，生成包含所述待传输数据的不可连接广播的广播数据包；

将所述广播数据包发送到广播信道。

在该实施方式的技术方案中，当待传输数据小于或等于31个字节时，直接通过不可连接广播在广播信道中进行传输，而不需要构建传输路径在各个组网节点间建立蓝牙连接来进行传输。

优选的，在将所述广播数据包发送到广播信道的步骤之后，还包括：

任一组网节点接收到所述可连接广播的广播数据包时，根据所述广播数据包中的来源地址与所述传输路径的上一个节点建立蓝牙连接；

通过所述蓝牙连接接收所述待传输数据；

以所述传输路径中的下一个节点为广播对象生成用于建立数据传输链路的可连接广播的广播数据包，所述广播数据包包含所述传输路径；

将所述广播数据包发送到广播信道。

在上述实施方式的技术方案中，当接收所述待传输数据的组网节点为所述传输路径中的末端节点即所述数据接收节点时，在接收到所述待传输数据后，不再生成用于建立数据传输链路的可连接广播。

优选的，将第一蓝牙设备配置为组网状态的步骤具体包括：

判断所述第一蓝牙设备是否为已组网设备；

当所述第一蓝牙设备不是已组网设备时，基于预先构建的网络群组模型生成新的网络群组；

将所述第一蓝牙设备确定为所述网络群组的组网节点。

具体的，所述已组网设备是指已经加入某个网络群组成为其中一个组网节点的蓝牙设备。在将第一蓝牙设备配置为组网状态的步骤之前，所述第二蓝牙设备不是已组网设备，即所述第二蓝牙设备处于未加入任何网络群组的状态。在本发明另一些实施方式的技术方案中，在将第一蓝牙设备配置为组网状态的步骤之前，如果所述第二蓝牙设备为已组网设备，则执行重置所述第二蓝牙设备或者使第二蓝牙设备退出已加入的网络群组的操作。

优选的，构建新的网络群组的步骤具体包括：

以预先构建的网络群组模型为基础生成网络群组实例；

生成所述网络群组实例的基础属性数据，所述基础属性数据包括网络群组的网络标识和加密密钥；

将所述第一蓝牙设备确定为所述网络群组的组网节点的步骤具体包括：

获取所述第一蓝牙设备的设备信息，所述设备信息包括所述第一蓝牙设备的MAC地址以及设备密钥；

基于所述网络标识以及所述第一蓝牙设备的MAC地址、设备密钥生成所述第一蓝牙设备的设备地址。

具体的，所述网络标识是由所述第一蓝牙设备随机生成的用于识别所述网络群组的唯一标识，所述加密密钥。是由所述第一蓝牙设备随机生成的用于加密在所述网络群组中进行通信的广播的通信数据的密钥。每个蓝牙设备具有唯一的设备密钥，所述设备密钥由设备制造商在出厂时预置，或者利用蓝牙设备中的硬件随机数发生器在蓝牙设备首次启动时生成。

本发明的第二方面提出了一种应用于短距离无线通信的组网系统，包括若干个智能家居设备和若干个智能家居控制设备，所述智能家居设备和所述智能家居控制设备包括蓝牙模块，所述智能家居设备和所述智能家居控制设备有蓝牙模块被配置为实现本发明的第二方面任一项所述的组网方法。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。