[发明专利]一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用开发方法

说明书

一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用开发方法，包括：(1)在边缘节点上编写代码，并提供相关设备的配置文件；(2)优化可执行连接的参数，生成二进制可执行文件并部署这些节点；(3)使用无线总线体系结构来实现设备发现、连接管理和数据传输的功能；(4)在系统运行期间，选择是否重定向设备，并提供了一个用于动态设备重定向的命令行界面工具，无需对节点重新编程即可完成对连接的重定向。本发明使用无线总线架构将BLE的底层细节屏蔽，从而大大降低应用开发所需的代码量，并针对多连接的场景进行了优化，自动为开发者选取最优的连接参数配置，在满足平均延迟满足应用需求的前提下，最小化能量消耗。

技术领域

本发明提出一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用开发方法，命名为BLEdge。该发明涉及蓝牙无线传输领域，特别涉及一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用编程范式及多连接场景下的连接参数优化方法。

背景技术

近年来，物联网(Internet of Things)以其低能耗、低成本的特点得到了迅速发展，并得到了各种设备的广泛支持。低能耗蓝牙(BLE)由于其成本低、能耗低以及普及程度高的特点常用于开发物联网应用。然而，从系统的角度来看，直接基于BLE实现物联网应用存在以下问题。在物联网应用中，通常存在大量的无线传感器和执行器节点，它们通过无线协议连接至一个性能较强且有外部供电的边缘节点。边缘节点则负责对传感器数据进行聚合后上传至云端或根据相应的规则控制执行器。然而，实现BLE应用程序需要使用底层的API编写大量处理连接的代码，并且开发人员很难根据不同的应用程序需求设置合适的参数，尤其是在多连接的场景下。首先，在边缘节点上编写用于传感器数据采集的程序非常繁琐，因为开发人员必须实现许多连接相关的基本功能，包括设备发现、连接和数据传输。其次，对于NimBLE蓝牙协议栈，开发人员必须编写三个回调函数来处理扫描、通用访问配置文件(GAP)和逻辑链路控制和适配层协议(L2CAP)事件，并且实现连接、数据传输和数据接收需要三个功能。再者，多个BLE连接之间的冲突会使可扩展通信性能的估计变得复杂，开发人员很难设置最佳的连接参数来满足延迟和能耗的要求。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用开发方法。本发明的一种以边缘为中心的低功耗蓝牙应用开发方法，包括以下步骤：

(1)在边缘节点上编写代码，并提供相关设备的配置文件，包括以下步骤：

(1.1)设置设备信息，包括设备的所有基本信息。ADDR字段表示设备地址，可以设置为LOCAL，也可以设置为远程节点的MAC地址。DEVICE_TYPE字段表示设备类型，DRIVER_NAME字段用于查找相应的驱动程序。

(1.2)设置绑定信息，将物理设备映射到程序语言中的设备对象。

(1.3)设置参数优化信息，用来选择优化的连接参数。LATENCY字段给出了每次访问远程设备的延迟要求，可以设置为确切的延迟值，也可以设置为本发明根据经验值所提供的不同的延迟级别，在程序运行时会将其自动转换成对应的延迟值。

(1.4)设置工作模式，可以将工作模式设置为主动模式，同步被动模式和异步被动模式中的一种。主动模式下，远程设备会自动将传感器数据报告给具有给定周期的边节点。同步被动模式下，边缘节点从数据请求命令或写入命令开始。同时，边缘节点会进入阻塞，以等待远程节点的响应。异步被动模式下，边缘节点同样从数据请求命令或写入命令开始，但异步被动模式下的边缘节点将不再等待应答，而是使用回调函数来处理应答数据。

(2)优化可执行连接的参数，生成二进制可执行文件并部署这些节点。优化方法包括如下步骤：

(2.1)计算主动模式下一秒内保持活动的连接事件数n_ka：

(2.1.1)计算平均等待时间，因为数据包等待下一个连接事件来开始传输数据的等待时间均匀分布在0至t_eci，故令平均等待时间为0.5t_eci