一种避免BLE设备的期望发现延迟取得极大值的方法

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法。

背景技术：

ble(bluetoothlowenergy，低功耗蓝牙)是一种被广泛使用的无线通信技术，也是物联网的关键技术之一。目前很多智能设备，如智能手机、智能手环、蓝牙耳机、智能音箱等都支持ble。ble规范将设备分为扫描方(scanner)和广告方(advertiser)。两个ble设备在连接前首先要完成设备发现，其中一个ble设备作为广告方，周期性地触发广告事件，每个广告事件包括向37、38和39三个广告信道发送广告分组；另一个ble设备作为扫描方，周期性地扫描三个广告信道。当扫描方在某个广告信道接收到广告方发送的广告分组时，就完成了设备发现；然后，两个ble设备便可以建立蓝牙连接并进行数据传输。由此可见，设备发现的快慢对于ble应用至关重要。

ble规范在4.2版本及之后的版本中规定，为了避免广告分组的冲突，广告方在每次广告事件前需要增加一个0ms～10ms的伪随机延迟，以此来增加通信系统的鲁棒性。但是，尽管实际情况中每次设备发现的时间是一个随机值，增加伪随机延迟仍然导致了设备发现的时间增长，这与用户希望能够尽量减少发现延迟的原则不符。

为了减小期望发现延迟，现有技术中，w.s.jeon等人在其发表的论文“performanceanalysisofneighbordiscoveryprocessinbluetoothlow-energynetworks”(2017ieeetrans.veh.technol.)中提出了一种评估期望发现延迟的方法。该方法以固定长度的时隙δ作为基本时间单位，时隙可大可小。同时所有ble的参数值近似地转换成时隙数，例如α＝round(t/δ)，其中round(x)指最接近x的整数；然后使用中国剩余定理(chineseremaindertheorem，crt)计算期望发现延迟，以此来评估期望发现延迟的大小。

然而，上述方法无法避免ble设备的期望发现延迟取得极大值。

技术实现要素：

为了避免ble设备的期望发现延迟取得极大值，本发明提供了一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法，包括：

确定目标工作参数；其中，所述目标工作参数是与ble设备发现所相关的工作参数，且所述目标工作参数不包括广告方ble设备的固定广告周期；

基于所述目标工作参数，构建使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合；

利用预设的目标函数对所述第一固定广告周期集合进行ble规范化处理，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合，以使所述广告方ble设备在执行设备发现时，不使用所述第二固定广告周期集合中的任何固定广告周期。

优选地，基于所述目标工作参数，构建使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合，包括：

基于所述目标工作参数，分别利用第一计算公式和第二计算公式计算使期望发现延迟取得极大值的两个固定广告周期子集；

求取所述两个固定广告周期子集的并集，得到使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合；

所述第一计算公式为：

所述第二计算公式为：

其中，tlmax代表ble规范所允许的固定扫描周期的最大值，ts代表扫描方ble设备的扫描周期，tw代表扫描方ble设备的扫描窗口长度，r代表伪随机延迟最大值，τ代表所述广告方ble设备发送一个广告所需的时长；tl代表所述广告方ble设备的固定广告周期，所述两个固定广告周期子集分别为和ts、tw、r和τ均属于所述目标工作参数。

优选地，利用预设的目标函数对所述第一固定广告周期集合进行ble规范化处理，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合，包括：

将所述第一固定广告周期集合中的固定广告周期逐个代入预设的目标函数进行ble规范化处理，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合；

所述目标函数为：

其中，g(tl)为对所述第一固定广告周期集合中的任一固定广告周期tl进行ble规范化处理后的结果；δt为ble规范允许所述固定广告周期变化的最小值。

优选地，δt＝625μs；ts、tw、r、τ以及tl的单位均为μs。

第二方面，本发明提供了一种ble设备，包括处理器、蓝牙通信模块、存储器和通信总线，其中，所述处理器，所述蓝牙通信模块，所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，配合另一ble设备实现ble蓝牙设备发现；

其中，当任一所述ble设备作为广告方ble设备时，该广告方ble设备所使用的固定广告周期不属于上述任一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法中得到的第二固定广告周期集合。

第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法所述的方法步骤。

本发明提供的避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法中，基于与ble设备发现所相关的一些工作参数，构建了使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合；并且，本发明利用了预设的目标函数对第一固定广告周期集合进行ble规范化处理，从而使广告方ble设备在执行设备发现时，不使用所述第二固定广告周期集合中的任何固定广告周期。由此，本发明精确地预测了在给定的工作参数下所应该避免选取的固定广告间隔，创新性地提出了一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法，可以避免ble设备发现的时间过长。

以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法的流程图；

图2示出了本发明实施例的仿真验证结果；

图3是本发明实施例提供的一种ble设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了避免ble设备的期望发现延迟取得极大值，本发明实施例提供了一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

s10：确定目标工作参数；其中，该目标工作参数是与ble设备发现所相关的工作参数，且该目标工作参数不包括广告方ble设备的固定广告周期。

示例性的，与ble设备发现所相关的工作参数可以包括：扫描方ble设备的扫描周期ts、扫描方ble设备的扫描窗口长度tw、广告方ble设备发送一个广告所需的时长τ，广告方ble设备发送广告后侦听信道的时长δ，以及伪随机延迟td，该伪随机延迟服从均匀分布，即td～u[0,r]，r为ble规范中定义的伪随机延迟最大值。

发明人通过实验发现，ble设备的期望发现延迟对于上述的几种工作参数非常敏感，任一种工作参数的设定值发生变化，都有可能导致期望发现延迟增加。其中，发明人通过多次试验发现最为敏感的一种情况包括：在ts、tw、td、τ以及δ确定的情况下，固定广告周期tl仅仅增加或者减少ble规范允许变化的最小值625μs，期望发现延迟也将数倍递增。因此，发明人认为，应尽量避免在实际的ble设备发现过程中使用这些能够极大地增加期望发现延迟的固定广告周期。因此，本发明实施例从上述工作参数中选取了ts、tw、r和τ作为目标工作参数，进而基于这些目标工作参数来构建使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合，以提前预测出不适合在ble设备发现过程中使用的固定广告周期，具体实现过程请参见后续步骤。

在实际应用中，目标工作参数的具体数值由用户根据ble规范设定。

s20：基于目标工作参数，构建使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合。

具体的，基于步骤s10中所选取的目标工作参数，分别利用第一计算公式和第二计算公式计算使期望发现延迟取得极大值的两个固定广告周期子集；然后，求取这两个固定广告周期子集的并集，得到使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合。

第一计算公式为：

第二计算公式为：

上述两个计算公式中，tlmax代表ble规范所允许的固定扫描周期的最大值，现阶段的ble规范中tlmax等于10240000μs；tl代表广告方ble设备的固定广告周期，和分别代表用两个计算公式所计算出的两个固定广告周期子集，其余参数符号的含义可参见步骤s10中的描述。

s30：利用预设的目标函数对第一固定广告周期集合进行ble规范化处理，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合，以使广告方ble设备在执行设备发现时，不使用该第二固定广告周期集合中的任何固定广告周期。

具体而言，将该第一固定广告周期集合中的固定广告周期逐个代入预设的目标函数进行ble规范化处理，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合。

其中，该目标函数为：

该目标函数中，g(tl)为对第一固定广告周期集合中的任一固定广告周期tl进行ble规范化处理后的结果；δt为ble规范允许固定广告周期变化的最小值。

示例性的，以目前的ble规范为准而言，δt＝625μs；相应的，该目标函数可以表示为：

可以理解的是，此时该目标函数中的tl的单位同为μs，相应的，此时上述的第一计算公式和第二计算公式中的ts、tw、r以及τ的单位均为μs。

本发明实施例提供的避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法中，基于与ble设备发现所相关的一些工作参数，构建了使期望发现延迟取得极大值的第一固定广告周期集合；并且，本发明实施例利用了预设的目标函数对第一固定广告周期集合进行ble规范化处理，从而使广告方ble设备在执行设备发现时，不使用所述第二固定广告周期集合中的任何固定广告周期。由此，本发明实施例精确地预测了在给定的工作参数下所应该避免选取的固定广告间隔，创新性地提出了一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法，可以避免ble设备发现的时间过长。

为了方案更为清楚，下面以一个具体的实施例对本发明实施例提供的方法进行举例说明，具体过程参见如下：

(1)确定目标工作参数，包括：ts＝120,000μs，tw＝30,000μs，τ＝376μs，δ＝437μs，r＝10,000μs。

(2)计算出第一计算公式和第二计算公式中的n1和n2：

(3)利用第一计算公式计算第一个固定广告周期子集sl1：

先令k＝0，n＝1，可以得到一个元素

再令k＝0，n＝2，可以得到一个元素

再令k＝0，n＝3，可以得到一个元素

为了方便举例，假设这里k只取到2；在实际应用中，k可以取到最大值k1以下的任意值。

然后，在令k＝1的情况下，分别令n＝1、2、3，以及在令k＝2的情况下，分别令n＝1、2、3，由此得到第一个固定广告周期子集

该固定广告周期子集中的元素的单位均为μs。

(4)利用第二计算公式计算第二个固定广告周期子集

先令k＝0，n＝2，可以得到一个元素

再令k＝0，n＝3，可以得到一个元素

为了方便举例，假设这里k只取到2；在实际应用中，k可以取到最大值k2以下的任意值。

然后，在令k＝1的情况下分别令n＝2、3，以及在令k＝2的情况下分别令n＝2、3，由此可以得到第二个固定广告周期子集

该固定广告周期子集中的元素的单位均为μs。

(5)取和的并集得到第一固定广告周期集合

可以理解的是，该第一固定广告周期集合中的元素的单位均为μs。

(6)将第一固定广告周期集合中的所有元素tl逐个代入下面的目标函数进行ble规范化处理：

由此，得到使期望发现延迟取得极大值的第二固定广告周期集合

该第二固定广告周期集合中的元素的单位均为μs。

因此，当参与ble设备发现的两个ble设备工作在ts＝120,000μs，tw＝30,000μs，τ＝376μs，δ＝437μs，td～u[0,r]，r＝10,000μs的工作参数下，广告方ble设备应避免使用该第二固定广告周期集合中的任何固定广告周期，以避免期望发现延迟取得极大值。

为了验证本发明的正确性，基于该具体示例进行仿真的结果参见图2所示；图2中，横轴代表固定广告间隔，即固定广告周期；纵轴代表期望发现延迟；从图2中可以清楚地看到，倘若广告方ble设备使用的固定广告周期为第二固定广告周期集合中的元素，则对应的期望发现延迟均会取得极大值，而极大值两侧的期望发现延迟则迅速降低。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种ble设备，如图3所示，包括处理器601、蓝牙通信模块602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，蓝牙通信模块602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信；存储器603，用于存放计算机程序；处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，配合另一ble设备实现ble蓝牙设备发现；其中，当任一ble设备作为广告方ble设备时，该广告方ble设备所使用的固定广告周期不属于上述任一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法中得到的第二固定广告周期集合。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表征，图中仅用一条粗线表征，但并不表征仅有一根总线或一种类型的总线。

蓝牙通信模块用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述任一种避免ble设备的期望发现延迟取得极大值的方法所述的方法步骤。

可选地，该计算机可读存储介质可以为非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如为至少一个磁盘存储器。

可选地，所述计算机可读存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

需要说明的是，对于ble设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。