BLE Mesh网络协议综述

蓝牙低功耗(BLE)技术由于其低功耗的特性被广泛应用到物联网领域。然而,数据点对点的传输协议以及传输范围小,组网能力差的限制使得BLE在物联网应用中大打折扣。此时,Mesh组网技术显得尤为重要,针对BLE提出的Mesh技术可以大范围地延伸BLE设备或节点的传输距离。首先介绍Mesh网络的特点,再从路由选择算法、广播信道的局限以及睡眠模式这三方面分析现有BLE Mesh技术的不足并展望了其发展前景。

一种应用于物联网的BLE Mesh组网分组协议

针对物联网设备数目不断增多导致控制繁琐的问题,提出一种基于BLE(低功耗蓝牙)的Mesh组网分组控制协议。该分组协议在所有设备均已入网的情况下,其广播数据中控制指令的目的地址采用组内地址,减少了同组中每个设备所需的地址位;在发送控制信息时,可利用对组别和设备号的设计实现对整组或单个设备的控制,且能够实现以较少的地址位数控制较多的分组个数和组内设备数目,大大提高了用户的控制体验。实际应用测试结果表明,使用组内地址传输相同数据包所需的时间相比使用源地址的传统方法可以减少23.5%,在需要传输大量数据包时可以节省更多的时间和功耗,验证了该协议能够有效地实现物联网中设备的分组和控制,而且控制方式更加灵活可靠。

BLE Mesh网络中的机会路由协议优化

机会路由是当前无线多跳网络中常用的路由技术。然而若将传统机会路由用于BLE Mesh网络中,则会产生由于高计算复杂度造成的能耗过高和由于网络拓扑不稳定造成的路由链路维护困难。针对这些问题,文中提出了一种适用于BLE Mesh网络的机会路由优化协议,利用BLE广播的随机扰动改进了回调计时器,并且利用ACK包将局部的链路改变扩散至全网。与BLE Mesh网络现有的洪泛协议相比,该协议减小了网络的额外开销和阻塞概率,提升了网络的通信效率;与经典SOAR路由协议相比,该协议优化了协调策略和后备节点维护策略,使其适应了BLE Mesh网络的特点,减小了通信时延,同时提升了吞吐量。

BLE Mesh组网的可穿戴设备低功耗研究

针对目前可穿戴式设备功耗高的问题,本文进行了基于BLE Mesh组网的可穿戴设备低功耗的研究。以可穿戴单兵冲击波损伤测评系统为例,设计了一款基于Mesh组网的单兵冲击波损伤测评系统,该系统在原有系统的基础上增加了一个蓝牙组网。由于可穿戴设备采用纽扣电池供电,为了保证该系统的功耗不能有大幅度的增加,本文采用泛洪算法和低功耗模式方法来降低功耗。通过与其他降低功耗的方法进行对比分析,验证了该算法的有效性。

面向BLE健康监护网络的负载均衡算法

为解决基于BLE Mesh的健康监护系统中数据传输不稳定,部分节点死亡速度过快的问题,提出一种负载均衡多径路由算法。根据节点特性构建动态剩余能量计算模型和节点移动状态概率计算模型,在上述模型的基础上考虑链路质量情况引入负载均衡链路状态指标指导路由建立。仿真结果表明,该算法具有更高的投递率和更好的稳定性,能有效延长网络的生命周期,适合应用在对传输有效性要求较高的健康监护系统中。

一种高性能低成本智能家居设计

为了在提高智能家居系统的兼容性和性能的同时降低成本,设计并制作了一种基于用户闲置Android终端的高性能低成本智能家居系统。将Android终端作为服务器,与STM32单片机通过USB总线相连实现IO扩展和稳定供电,同时通过接入BLE(蓝牙低功耗)组网实现物联网控制。得益于Android终端强大的硬件性能与丰富的传感器,系统可以离线实现基于人工智能的语音交互,视觉交互等。经过测试,整套智能家居系统运行稳定,实用性高。

一种基于神经网络的蓝牙汽轮机故障诊断装置

在发电厂中,伺服模件控制着汽轮机蒸气阀门的进气量,驱动转子为发电机提供动力,是汽轮机系统的核心部件。在传统汽轮机故障诊断中,往往需要依赖工程师的经验来定位故障,但由于部件的老化故障早已出现,人工分析往往匮乏充分数据无法判断。通过在伺服模件上加装蓝牙模块,利用蓝牙5.0 Mesh技术采集多个伺服模件的关键数据,并通过神经网络技术对数据和诊断结果进行训练,构建出一个可用于电厂汽轮机关键设备故障诊断的智能诊断装置。