随着物联网设备增多,设备的联网控制成为人们关注的重点。低功耗蓝牙（BLE）Mesh以其低功耗、自组网等特性,大量应用于室内物联网、车联网、工业传感器等领域。目前智能便携设备的电池容量有限,为了提升其续航能力,使BLE Mesh应用范围更广泛,降低现有Mesh方案的功耗成为研究的关键。本文以降低BLE Mesh网络整体功耗为目标,基于现有的连接式BLE Mesh方案,设计一种具有简单网状结构的能量均衡自组网Mesh方案。首先,研究了目前BLE Mesh方案的组网方式、网络拓扑和路由算法,分析不同方案的功耗表现。然后,针对现有Mesh方案消息转发规模过大和网络整体功耗过高的问题,设计本文的Mesh方案:组网时,将低功耗节点置于网络外围,通过合并子网形成简单网状网络,减少组网时间和BLE连接数量;建立路由时,引入能量参数对路由进行修正,选择剩余能量较多的路由,避免能量较低节点耗尽能量而脱离网络;传递数据时,节点根据剩余能量切换路由以均衡网络的能量消耗。接着,分别基于MATLAB和OMNeT++对本文组网方案和路由算法进行建模,完成组网时间、网络拓扑和路由切换的仿真。最后,在CC2640R2F开发平台上实现本文Mesh方案并测试。本文基于TI的CC2640R2F开发平台,使用BLE5协议栈实现了本文提出的简单网状结构的能量均衡自组网Mesh方案。实验结果表明,本文的组网方案可以自动组建简单网状网络,路由算法根据节点能量进行了路由切换。网络中具有三个连接的节点平均工作电流为112μA,单连接节点平均工作电流为45μA。两种节点采用250mAh的CR2032电池供电,分别可工作93和231天。结果表明本文Mesh网络的节点工作时间长,满足物联网设备的低功耗需求。
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