[發明專利]一種基于馬爾科夫鏈的低功耗藍牙設備發現延遲評估方法

有效

• 申請號: 202011273245.3
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112601200B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 沈中;劉思銳;李振
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W4/80
• 分類號: H04W4/80;H04W8/00;H04W48/16
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種基于馬爾科夫鏈的低功耗藍牙設備發現延遲評估方法，包括：獲取與BLE設備發現相關的工作參數；基于該工作參數，構建一馬爾科夫鏈；該馬爾科夫鏈的狀態集中的狀態包括：BLE規范要求的三倍掃描周期內的所有時刻；求解狀態集中的每個狀態到達吸收態的平均轉移步數，作為該狀態的期望轉移步數；吸收態為掃描方BLE設備收到廣告方BLE設備發出的廣告的時刻；根據所有狀態的期望轉移步數，計算期望發現延遲；根據期望發現延遲，確定評估結果；該評估結果用于確定是否在BLE設備中應用所述工作參數；本發明能夠準確地評估低功耗藍牙設備的發現延遲。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于馬爾科夫鏈的低功耗藍牙設備發現延遲評估方法。

背景技術

BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗藍牙)是一種被廣泛使用的無線通信技術，也是物聯網的關鍵技術之一。目前很多智能設備都支持BLE。BLE規范將BLE設備分為掃描方和廣告方。兩方BLE設備在連接前首先要完成設備發現，其中一個BLE設備作為掃描方，周期性地掃描37、38和39三個廣告信道，而另一個BLE設備作為廣告方，周期性地觸發廣告事件，每個廣告事件具體是向三個廣告信道發送廣告。當掃描方BLE設備在某個廣告信道接收到廣告方BLE設備發送的廣告分組時，就完成了設備發現；然后，兩者便可以建立連接并進行數據傳輸。由此可見，設備發現的快慢對于BLE應用至關重要。

BLE在4.2及以后的版本中規定，為了避免廣告分組的沖突，廣告方在每次廣告事件前要增加一個0～10ms的偽隨機延遲。雖然這種方法提高了系統的魯棒性，但每次設備發現的時間是一個隨機值。為了減少發現延遲，通常要求設備發現的延遲盡可能的小。BLE設備的設備發現過程通常涉及6個工作參數：掃描方BLE設備的掃描周期長度、掃描方BLE設備的掃描窗口長度、廣告方BLE設備的廣告周期長度、偽隨機延遲、廣告方BLE設備發送一個廣告的時長和發送廣告后偵聽信道的時長。實驗發現，BLE設備的發現延遲對于上述6個工作參數非常敏感。例如，即使廣告周期長度增加或者減少BLE規范允許變化的最小時長625微秒，發現延遲也可能發生數倍的變化。因此，有必要通過對選取的工作參數進行評估，從而確定是否在BLE設備中使用該工作參數。

W.S.Jeon等人在其發表的論文“Performance analysis of neighbor discoveryprocess in Bluetooth low-energy networks”(2017IEEE Trans.Veh.Technol)中提出了一種評估期望延遲的方法。該方法以固定長度的時隙作為基本時間單位。同時所有BLE的參數值也近似地轉換成時隙數，然后使用CRT(Chinese remainder theorem，中國剩余定理)計算期望延遲。但是，該方法把BLE規范規定的0～10ms的偽隨機延遲均近似為5ms所對應的時隙數，即偽隨機延遲變為常量，將隨機問題轉化為了確定性問題，未考慮設備發現過程的隨機性，所以此方法不能準確地評估低功耗藍牙設備的發現延遲。

發明內容

為了能夠準確地評估低功耗藍牙設備的發現延遲，本發明提供了一種基于馬爾科夫鏈的低功耗藍牙設備發現延遲評估方法。

本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種基于馬爾科夫鏈的低功耗藍牙設備發現延遲評估方法，包括：

獲取與低功耗藍牙BLE的設備發現過程相關的工作參數；

基于所述工作參數，構建馬爾科夫鏈；其中，所述馬爾科夫鏈的狀態集中的各個狀態包括：BLE規范要求的三倍掃描周期內的所有時刻；并且，相鄰時刻的間隔等于預設的單位時間；

求解所述狀態集中的每個狀態到達吸收態的平均轉移步數，作為該狀態的期望轉移步數；其中，所述吸收態為：掃描方BLE設備收到廣告方BLE設備發出的廣告的時刻；

根據所有狀態的期望轉移步數，計算期望發現延遲；