存在移动性节点的蓝牙Mesh网络路由设计与实现

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蓝牙Mesh是蓝牙技术联盟在2017年新推出的一种多对多的全新网络拓扑技术。蓝牙Mesh标准中采用泛洪-管理路由机制实现消息的多跳转发。该机制在节点部署密度较大的网络中,会产生大量的冗余信息,造成信道拥塞、碰撞等问题。而当有移动节点在Mesh网络中进行无规律的运动时,会加剧网络中数据丢包问题,限制了蓝牙Mesh的应用范围。因此,设计并实现合适的路由算法,探索解决存在移动性节点的蓝牙Mesh网络中丢包和延迟问题有着重要的意义。本论文基于动态概率广播算法对蓝牙Mesh标准中的管理-泛洪路由机制进行改进,优化引入了心跳包机制和移动节点广播机制,设计了动态概率泛洪(Dynamic Probabilistic Flooding,DP-Flooding)路由协议。动态概率泛洪路由协议中,节点首先依据数据包中的RSSI信息计算概率初值;然后通过心跳包机制和移动节点广播机制获得的邻居信息调整概率值;最后再根据移动节点相关信息确定最终概率值。节点基于动态概率广播算法计算的转发概率值进行转发操作,减少了不必要的冗余转发,有效的降低了存在移动性节点的Mesh网络中的数据丢包和通信延迟。本论文在Nordic公司的n RF52832蓝牙芯片嵌入式开发平台上进行了实现。在部署20个静态节点与3个移动节点的蓝牙Mesh网络中进行实测分析。测试结果表明:Mesh网络中端到端的延迟在220ms以内,通信丢包率在4%以下,达到了本文预期设计指标。本文研究成果对蓝牙Mesh的应用有一定的价值。
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