蓝牙mesh网络技术的亮点

Posted 2020-12-13 wujianming-110117

蓝牙mesh网络技术的亮点

The highlights of Bluetooth mesh networking technology

导言             

蓝牙是当今最主要的低功耗无线技术之一，对无线设备用户和开发人员非常熟悉。蓝牙网络类型仅限于两个设备（信标或单个集线器）和几个只能与该集线器（星型网络）通信的卫星设备之间的双向通信。尽管beaconing是一种基于一对多广播的技术，用于感兴趣的信息传送室内定位、资产跟踪和双向通信，为蓝牙物联网的使用创造了许多可能性，但最新的蓝牙更新已经发展到下一代网络架构。蓝牙低能耗（LE）标准升级，选择mesh作为新的网络拓扑。Mesh网络使大量的蓝牙节点能够作为一个单一的大型网络运行，从而支持新的应用程序扇区和用例。              

蓝牙mesh的关键是每个节点都能充当网络中的一个可行的运营商，并且能够从网络中的其他节点中继消息。当一个或多个节点连接到互联网上时，蓝牙mesh网络就可以无缝地成为物联网（IoT）网络，该网络易于扩展，开发起来也相当简单。

蓝牙星网闪耀之处             

在传统的星网中，每个星网节点都必须连接到一个中心节点。尽管适用于定义明确的静态和小型网络，但由于成本和设计上的挑战，这种网络拓扑结构的局限性使得扩展、开发、移动和动态网络变得不可行。星型网络拓扑结构的另一个限制也是范围，因为每个星网节点必须能够回到集线器节点才能使星型网络正常工作。然而，使用mesh，multi-hop communications允许范围内的任何可行节点将节点消息重新传输到所需目的地的任何节点。这就是蓝牙mesh的闪光点，因为mesh网络拓扑结构可以设计成可扩展到当前指定为32000个节点的大量数量，并适应不断变化的网络条件。             

图1

星型网络需要一个集中的集线器来运行，网状网络可以利用网络中的节点来中继消息以增强可伸缩性。

蓝牙MESH网络的可扩展性和可靠性             

随着物联网革命在几乎所有行业的发生，许多以前依赖于硬线可靠性但遭受硬线可扩展性问题的应用开始采用无线解决方案。这些应用受益于低功耗mesh技术，因为与硬线和传统点对点无线系统相比，此类系统的可扩展性是前所未有的。更重要的是，mesh也没有受到以前点对点无线系统的可靠性问题的困扰。             

Bluetooth mesh中的可伸缩性是一个开发人员的问题，它使mesh网络能够基于配置为使用该网络操作的节点而增长。资源调配可以作为一种非常安全的多重授权方法来完成，也可以像用户通过按下虚拟智能手机按钮选择加入一样简单。因此，网格部署可以在一个大型的单一安装中完成，也可以在需要额外的网络覆盖、传感器密度或其他受益于额外节点的方案时添加节点。此外，通过通用属性配置文件（GATT），标准蓝牙LE设备可以通过代理节点与蓝牙LE mesh网络通信，进一步允许mesh网络根据需要进行扩展。             

当点对点和硬线网络类型通常围绕单个集线器旋转，并且存在到集线器和集线器基础设施的每个连接的责任时，网状网络拓扑可以利用网络中的每个节点作为潜在的通信链路和/或集线器（中继节点）。这使得自发和路由优化能够比星型网络提高mesh网络的可靠性和效率。此函数称为多路径传递，其中消息可以从一个节点发送，并由最终接收者通过网状网络的各种路径接收。

蓝牙MESH互操作性和低功耗信标             

互操作性是许多新标准和技术的一个主要问题，因为它可能会疏远或允许仍然可行的先前技术的部分过时。不过，有了Bluetooth mesh，之前的Bluetooth LE版本，如智能手机和平板电脑版本，仍然可以通过GATT与Bluetooth mesh进行通信。代理节点是简单的Bluetooth mesh节点，已被批准连接到其他Bluetooth LE设备，允许与Bluetooth mesh进行双向通信。             

蓝牙LE的一个显著增长的用例是beaconing。信标是事件触发一个节点来传输信息，包括传感器信息、位置或兴趣点信息。市场上有两个主要的信标标准：苹果的iBeacon和谷歌的EddyStone，每一个都有各自的优点和用例。现在，任何Bluetooth mesh节点都可以合并一个或两个信标标准，并且可以在作为Bluetooth mesh节点运行时转换为虚拟Bluetooth信标。这可以启用新的用例甚至商业模型，例如，连接的室内照明供应商，现在开始提供新的服务，例如室内定位、资产跟踪和兴趣点信息交付。

BLUETOOTH MESH开发人员的优点             

幸运的是，对于已经拥有成熟的蓝牙LE栈和部署的开发人员来说，Bluetooth mesh是对已建立的Bluetooth LE协议的补充。使用供应商的蓝牙Mesh SDK，Mesh网络可以为给定的应用程序快速开发和优化，这是熟悉先前蓝牙版本和SDK的开发人员很容易完成的。此外，以前的技术可以通过GATT与新的蓝牙mesh设备通信，这意味着只有需要mesh功能的技术才需要mesh开发。最后，就像许多蓝牙设备一样，用户设备设置和配置都可以通过智能手机/平板电脑和应用程序界面轻松启用。             

图2

蓝牙协议栈的多功能性使得蓝牙mesh网络能够通过mesh网络中的代理节点与蓝牙LE设备（如用户/客户的智能手机/平板电脑）进行通信。

蓝牙MESH和家庭自动化             

智能灯泡、恒温器、通风口、运动传感器和许多其他智能家居物联网应用正日益普及。通常，这些家庭自动化设备使用各种不同的无线标准和技术，需要在整个家庭中使用各种互连的集线器和网络路由。Bluetooth mesh有望成为一种简化智能家居自动化过程的协议，它使越来越多的mesh设备网络能够方便地安装和配置用户的智能手机或平板电脑。             

用户的好处是，连接设备的网状网络可以用于多路径中继消息，这同时提高了可靠性和网络覆盖率。在整个家庭中只有几个节点的情况下，蓝牙网格甚至可以覆盖大家庭的每一个角落，并在单个节点出现故障时防止服务中断。例如，如果家庭照明蓝牙mesh中的一些节点连接到家庭网络，即使其中一个家庭网络连接的节点发生故障，来自mesh的其余节点的消息仍然可以到达用户的控制/报告设备。传统上，如果集线器出现故障，整个网络将无法使用。这很可能就是灯开和灯关的区别。

结论             

尽管Bluetooth mesh最近才与制造商的芯片组和SDK一起出现，并可能从标准的未来增强中受益，但与Bluetooth标准的mesh网络将为家庭、商业和工业自动化提供许多独特的功能。这些好处围绕着Bluetooth mesh轻松开发和部署一个可扩展的mesh网络的能力展开，该网络既非常可靠，又可以很容易地用于执行多个任务。由于蓝牙mesh网络可以由具有多种功能的节点组成，例如支持低功耗节点的友元节点和支持蓝牙mesh和非mesh蓝牙LE设备之间相互通信的代理节点，因此该功能进一步增强。考虑到开发的灵活性和易用性，看看开发人员能够用最新的低功耗网状网络技术实现什么样的解决方案将是令人兴奋的。