一种应用于物联网的低功耗蓝牙Mesh组网方案设计

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近几年物联网产业成长迅速,它广泛的应用于智能家居和智能楼宇等领域中。随着时代的发展和社会的进步,接入物联网中的设备种类和数量正不断增多。当前应用较多的物联网实现技术主要是ZigBee技术和WiFi技术。虽然ZigBee技术有着低功耗,方便组网的优点,但是由于目前ZigBee技术的设备支持率不高,在完成基于ZigBee的组网之后,还需要专门考虑控制端设备的制作,这在一定程度上增加了组网的成本。WiFi技术在移动智能设备端的普及,一定程度上推动了WiFi组网的发展。然而,相比于ZigBee技术,WiFi技术在增大了通信距离的同时提高了设备的功耗,也违背了创建节能环保型社会的理念。如何在保证物联网功能的前提下降低组网成本和网络功耗,成为当前亟待解决的两个重要问题。本文以目前主流的低功耗蓝牙技术为研究对象,结合Mesh组网的优势设计出一种可用于物联网的基于低功耗蓝牙的Mesh组网方案。相比于ZigBee技术和WiFi技术,低功耗蓝牙技术的支持率较高。另外,不断发展的低功耗蓝牙技术在很大程度上降低了设备的功耗。实现基于低功耗蓝牙技术的无线Mesh组网可以在减少组网成本的同时降低网络的整体功耗,具有重要的现实意义。本文主要研究成果如下:1.设计出一套详细的组网通信报文。根据传统的无线通信协议以及低功耗蓝牙特有的通信协议,设计出控制端和设备端都能解析的报文,实现了控制端、设备端之间的“语言”共通。2.设计出一种新型的组网方式。所设计的组网方式可以免去用户需要在所有待组网设备附近逐一组网的不便,借助于广播中继功能,用户可以方便的完成网络的组建,且实现网络的自我管理与自我维护。3.提出一种新型的分组控制方式。使用组别和组内序号相结合的方式作为设备的组内地址,每个设备可以具备多个不同的组内地址存在于多个不同的小组中。另外,不同于传统的分组方式,本方案中提出的分组方式不仅可以实现整组控制,还可以实现在小组中对单一设备的控制。4.分别设计出基于本文协议的Android控制端和低功耗蓝牙设备端的相应软件。使用Keil MDK ARM uVision IDE进行设备端的软件开发,并通过ULINK2进行设备端的代码仿真调试。使用Android Studio软件进行Android手机控制端对应的APP开发。所设计的功能主要有设备扫描、网络控制、分组操作等。通过结合手机控制端和设备端的软硬件联合调试,并利用SmartRF Packet Sniffer软件进行抓包分析,最终得出本文所设计的组网方案可以借助于用户的智能手机等移动端智能设备进行网络控制。相比于ZigBee需要专门的控制端设计,低功耗蓝牙组网降低了传统组网的成本,同时与WiFi组网的高功耗相比,低功耗蓝牙组网将设备功耗降低到30mW左右,实现功耗的降低。
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