تعد Bluetooth Mesh ابتكارًا حقيقيًا لـ BLE, تتنافس مع تقنيات Zigbee و Thread ذات القدرة الشبكية. أصبح هذا ممكنًا بشكل أساسي من خلال العقد المترابطة. تعمل هذه العقد كنقاط في شبكة لا مركزية, مشاركة البيانات وتوسيع نطاق الشبكة وقدراتها. في الأيام الأولى لشبكة Bluetooth, كانت هناك توقعات حول مدى حجم اعتماد هذه التكنولوجيا الشبكية الجديدة – التوقعات التي تم إجراؤها منذ إطلاق شبكة BLE في 2017. تحدث عنها الكثير ” شبكات بليه” تصبح حقيقة واقعة في غضون سنوات قليلة. رغم إمكانياتها, لم تشهد النمو الهائل الذي شوهد في تقنيات BLE الأخرى.
ما هي تقنية شبكة البلوتوث
Bluetooth Mesh عبارة عن تقنية Bluetooth مقترنة بالشبكات المتداخلة.
الشبكة التشعبية, المعروف أيضًا باسم “شبكة متعددة القفزات”, هي طوبولوجيا الشبكات. في شبكة شبكية, يمكن أن تنتقل البيانات من أي جهاز إلى جميع الأجهزة الأخرى, تحقيق العديد من الاتصالات. حتى لو فشل جهاز واحد, تستمر الشبكة في العمل.
تستخدم شبكة Bluetooth تقنية Bluetooth منخفضة الطاقة, الذي جاء مع بلوتوث 4.0. في 2017, شبكة البلوتوث الرسمية 1.0 أصدرت (لا يزال الأحدث حتى الآن). يجب أن يكون واضحًا أن شبكة BLE ليست تقنية اتصالات لاسلكية جديدة, ولكن تكنولوجيا الشبكات. يستخدم ويعتمد على بليه, ويستخدم مكدس بروتوكول الاتصال الخاص به.
تستخدم شبكات Bluetooth المتداخلة الفيضانات المُدارة. يمكن للأجهزة التحدث وجهًا لوجه, واحد لكثير, أو كثير إلى كثير. باستخدام بروتوكول BLE للاتصال بين عقد الشبكة المختلفة, فهو يشكل شبكة بدون مناطق ميتة للاتصالات. جميعها تمكن الرسائل من الانتقال إلى أبعد من تقنية البلوتوث التقليدية.
كيف تعمل شبكة البلوتوث
على عكس الاتصالات التقليدية بين شخصين, تقوم شبكة Bluetooth بإنشاء شبكة حيث يمكن للرسائل الانتقال من جهاز إلى جهاز حتى تصل إلى وجهتها. قد يوجد مسار واحد أو أكثر بين عقدتي جهاز. تعمل شبكة BLE عن طريق بث الرسائل إلى جميع العقد القريبة, والتي ثم ترحيلهم فصاعدا. تستمر هذه العملية حتى تصل الرسالة إلى وجهتها المقصودة(س).
هذه “الفيضانات المدارة” يضمن وصول الرسائل إلى أهدافها حتى لو كانت بعض الأجهزة خارج النطاق المباشر أو متوقفة عن التشغيل. يمكن للأجهزة نشر الرسائل إلى عناوين محددة, ويمكن للآخرين الاشتراك لتلقيهم. يتيح نمط النشر والاشتراك هذا التواصل الجماعي الفعال.
أساسيات شبكة بلوتوث الشبكات
بعد فهم كيفية عمل شبكة البلوتوث, ومن المهم فهم بعض المصطلحات والمفاهيم التقنية الأساسية لهذه التكنولوجيا. دعونا كسر بعض منهم:
- العقد: عندما ينضم جهاز Bluetooth إلى شبكة Bluetooth Mesh, يصبح “العقدة.” العقدة هي أحد المشاركين في شبكة بليه المتداخلة.
- عناصر: وتتكون كل عقدة من واحدة أو أكثر “عناصر.” العنصر يشبه الوحدة الوظيفية داخل العقدة. تحتوي كل عقدة على عنصر واحد على الأقل, ولكن يمكن أن تحتوي على عناصر متعددة إذا كانت تؤدي وظائف مختلفة.
- عارضات ازياء: تحتوي العناصر “وتقنيات Smart IoT,” التي تحدد سلوكيات أو خدمات محددة للعقدة. تحتوي النماذج على أرقام معرفات فريدة وتحدد ما يمكن أن تفعله العقدة. هناك نماذج قياسية محددة بواسطة Bluetooth SIG والتي تغطي العديد من السيناريوهات الشائعة.
- رسالة: عندما يتم إرسال الرسائل بين العقد, يتم تصفيتها بناءً على العناصر والنماذج المطابقة.
- العناوين: يتم استخدام العناوين لتحديد مصدر ووجهة الرسائل.
أنواع العقد:
في شبكة شبكة بلوتوث, هناك عدة أنواع من العقد, ولكل منها أدوار محددة:
- عقد التتابع: يتم إرسال الرسائل إلى العقد الموجودة في نطاق الراديو المباشر لعقدة النشر. هناك بعض العقد تعمل ك “المرحلات”. يقوم Relays بإعادة إرسال الرسائل حتى يتمكنوا من السفر لمسافات أبعد, في عدد من “القفزات”.
- عقد الأصدقاء والعقد منخفضة الطاقة: شبكات LPN مقيدة للغاية بالطاقة. لتجنب الحفاظ على دورة عمل أعلى لتلقي الرسائل, شركاء LPN مع صديق. تقوم عقد الأصدقاء بتخزين الرسائل الخاصة بشبكات LPN الخاصة بها وإعادة توجيهها عندما تقوم LPN بالاستقصاء من حين لآخر.
- العقد الوكيل: أجهزة بلوتوث منخفضة الطاقة, مثل الهواتف الذكية, يمكن الاتصال بشبكة متداخلة من خلال عقدة وكيل.
لمعرفة المزيد من المفاهيم الأساسية, يمكنك الرجوع إلى معجم شبكة البلوتوث.
بنية نظام شبكة بليه
تتكون بنية بروتوكول BLE Mesh من سبع طبقات, مبني على مواصفات BLE الأساسية التي تعرفها بالفعل. ومع ذلك, فهو يضيف وظائف الطبقة العليا المتطورة لإنشاء شبكة من الأجهزة المترابطة. تعتمد شبكة BLE على توفر مكدس بروتوكول BLE.
من الأسفل إلى الأعلى, الطبقات هي كما يلي:
- الطبقة الحاملة
- طبقة الشبكة
- طبقة النقل السفلى
- طبقة النقل العليا
- طبقة الوصول
- طبقة النموذج
- طبقة التطبيقات
تحدد طبقة الحامل كيفية إرسال الرسائل واستلامها باستخدام مكدس بروتوكول BLE الأساسي. وهو يدعم طريقتين: حامل الإعلان (بي بي-ADV) وحامل الجات (PB-GATT). تتعامل عدة طبقات وسيطة مع المهام الحرجة. وتشمل هذه تشفير وفك تشفير البيانات, إدارة تكوين الشبكة, وتجزئة الرسائل وإعادة تجميعها, إلخ. تضمن هذه الطبقات وصول الرسائل إلى وجهاتها المقصودة, حتى لو كانوا بحاجة إلى اجتياز أجهزة متعددة.
تحدد طبقة النموذج سيناريوهات المستخدم النموذجية الموحدة, مثل التحكم في الإضاءة أو أجهزة استشعار القراءة. طبقة التطبيق, يتم وضعها في الأعلى, ينظم هذه النماذج في تطبيقات مفيدة يمكن للمستخدمين النهائيين التفاعل معها.
فوائد وقيود الشبكات المعشقة بليه
شبكة BLE تلبي متطلبات الاتصال الذكي – على نطاق واسع, طاقة منخفضة, مرن, وآمنة. ومع ذلك, إنه ليس حلاً واحدًا يناسب الجميع, مثل أي تقنية, له نقاط القوة والضعف.
مزايا الشبكات الشبكية بليه
- استهلاك منخفض للطاقة: شبكة بليه, مثل أنظمة بليه الأخرى, يتميز باستهلاك منخفض للطاقة. وبالتالي, تعمل الشبكة المتداخلة بشكل جيد عند تغطية مساحات كبيرة مع الحفاظ على الطاقة.
- مرونة الشبكة: في شبكة شبكة بلوتوث, يمكن قطع اتصال عقد الجهاز دون تأثير كبير. إذا انقطع جهاز واحد, ستستمر العقدة الأولية في بث البيانات. سيتلقى المرسل إليه الحزمة مع تأخير قصير.
- المرونة وإعادة التشكيل الذاتي: الشبكة المتداخلة تعيد تشكيل نفسها. تكون هذه المرونة في بعض الأحيان أكثر أهمية من السرعة المضمونة والتأخيرات الأقصر.
- التنقل العقدة: في شبكة شبكة بليه, يمكن للعقد تغيير موضعها دون تعطيل البنية أو فقدان البيانات أثناء النقل. لن تتمكن البيانات من الوصول إلى وجهتها إلا إذا تحركت العقد خارج نطاق جهاز الاستقبال.
- التوافق: يمكن لعقد شبكة BLE الاتصال بكل من أجهزة Bluetooth 4.x و5.x. يمكن لأجهزة Bluetooth 4.x تلقي الرسائل ولكن لا يمكنها أن تصبح عقدًا كاملة للشبكة.
- التكامل منارة: تعمل شبكة BLE بشكل وثيق مع إشارات البلوتوث. منارات يمكن استخدامها في تحديد المواقع في الأماكن المغلقة في الهواء الطلق, شبكات الاستشعار, والتطبيقات الأخرى.
محددات من الشبكات الشبكية بليه
- انخفاض إنتاجية البيانات: تتمتع شبكة البلوتوث بمعدلات نقل بيانات محدودة. يقتصر الأمر على حوالي 1 ميغابت في الثانية, أو حتى أقل. وهذا يعني أنه غير مناسب للتطبيقات التي تحتاج إلى نقل أسرع للبيانات.
- الكمون العالي: استخدامات شبكة البلوتوث “الفيضانات المدارة”, بحيث يتم إرسال الرسائل إلى جميع الأجهزة الموجودة في الشبكة. قد يستغرق وصول الرسائل إلى الجميع والحصول على ردود عليها وقتًا طويلاً. المزيد من العقد, وقت الاستجابة الأطول الذي قد يستغرقه.
- استهلاك الطاقة: في حين يُعتقد غالبًا أن تقنية Bluetooth تستهلك طاقة أقل من التقنيات الأخرى, هذا ليس صحيحًا دائمًا في الشبكة المتداخلة. في شبكة, هناك الكثير من الأجهزة. الأجهزة التي تتولى مهامًا أكثر تستنزف المزيد من طاقة البطارية. وذلك لأنه يجب عليهم دائمًا الاستماع إلى الرسائل وإرسالها إلى الأجهزة الأخرى.
- إدارة الشبكة المعقدة: يعد إعداد وإدارة شبكة Bluetooth المتداخلة أمرًا معقدًا ويتطلب معرفة متخصصة واسعة النطاق.
بلوتوث مإيش مقابل سهناك رالتكنولوجيات
وبصرف النظر عن شبكة بليه, تشمل تقنيات الشبكات المعشقة الأخرى Zigbee وThread. تشترك هذه التقنيات في الكثير من أوجه التشابه مع الشبكات المتداخلة BLE.
مسلك, قدم في 2014, هو بروتوكول شبكة شبكية قائم على IPv6 لإنترنت الأشياء. وهو يدعم ما يصل إلى 32 أجهزة التوجيه لكل شبكة و 511 الأجهزة لكل جهاز توجيه, مناسبة للشبكات عالية الكثافة. كحل عنونة IP, يتكامل Thread بسهولة مع التطبيقات المستندة إلى IPv6 ويوفر معدلات بيانات عالية لأنظمة إنترنت الأشياء المحلية.
ظهر Zigbee في وقت مبكر جدًا 1998 ومن ثم توحيدها في 2003. إنها طاقة منخفضة, شبكة لاسلكية ذات نطاق ترددي منخفض. تشمل التطبيقات الشائعة التشغيل الآلي للمنزل, أجهزة طبية, والتطبيقات الصناعية. لديها 250 الحد الأقصى لمعدل كيلوبت في الثانية ويدعم الترددات ونطاقات الطاقة المختلفة. غالبًا ما يتطلب Zigbee بوابة, لذلك نادرًا ما يتم تضمينه في تكامل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.
الاختلافات الرئيسية بين الموضوع, زيجبي, وشبكة بلوتوث:
- قاعدة البروتوكول: تستخدم شبكة BLE تقنية Bluetooth بدلاً من بروتوكول الإنترنت, بينما يعتمد Thread وZigbee على IP.
- نطاقات التردد: تعمل شبكة بليه في 2.4 نطاق جيجاهرتز. يمكن استخدام زيجبي 2.4 غيغاهرتز, 915 ميغاهيرتز, أو 868 نطاقات ميغاهيرتز حسب المنطقة. يعمل الخيط أيضًا في 2.4 نطاق جيجاهرتز.
- نهج الرسائل: تستخدم شبكة BLE رسائل الفيضانات المُدارة, بينما يستخدم Zigbee وThread آليات التوجيه.
- استخدام ذاكرة الوصول العشوائي: تتطلب أجهزة Zigbee وThread المزيد من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين جداول التوجيه.
- كثافة الشبكة: تعمل شبكة BLE بشكل أفضل مع الشبكات منخفضة الكثافة نظرًا لأسلوبها في الفيضان. يعد Zigbee و Thread أكثر ملاءمة للشبكات عالية الكثافة.
- الحد الأقصى لدعم الجهاز: يمكن أن يدعم الخيط ما يصل إلى 511 الأجهزة لكل جهاز توجيه, بحد أقصى 32 أجهزة التوجيه لكل شبكة. يمكن لـ Zigbee دعم ما يصل إلى 65,000 العقد في شبكة واحدة. شبكة بليه يمكن أن تدعم أكثر من ذلك 32,000 العقد.
لماذا نستخدم أجهزة شبكة البلوتوث الخاصة بنا
قد يكون اعتماد التكنولوجيا الجديدة أمرًا صعبًا. آمل أن يمنحك دليل شبكة البلوتوث هذا بعض الأفكار. في موكو سمارت, نحن لسنا مجرد موردين; نحن رواد في تقنية البلوتوث. تشتمل مجموعة أجهزة Bluetooth IoT الخاصة بنا على إشارات Bluetooth, المراسي, بوابات, وأجهزة الاستشعار.
كشركة مصنعة أصلية لأجهزة إنترنت الأشياء, نحن نقدم أجهزة عالية الجودة وموثوقة لجميع احتياجات شبكة البلوتوث الخاصة بك. إذا كنت تفكر في نشر حل شبكة BLE أو البحث عن منتجات شبكية BLE, لا تتردد في الاتصال بنا.
الأسئلة الشائعة حول شبكة البلوتوث
كم عدد الأجهزة التي يمكن أن تدعمها شبكة Bluetooth Mesh?
يمكن لشبكة Bluetooth Mesh واحدة أن تدعم ما يصل إلى 32,767 الأجهزة.
هل يمكن لشبكات Bluetooth Mesh التفاعل مع أجهزة Bluetooth غير الشبكية?
نعم, من خلال العقد الوكيل, يمكن لشبكات Bluetooth Mesh التفاعل مع أجهزة Bluetooth منخفضة الطاقة العادية.