Was ist Bluetooth Mesh und wie funktioniert es?

Bluetooth Mesh ist eine wahre Innovation von BLE, im Wettbewerb mit Mesh-fähigen Zigbee- und Thread-Technologien. Dies wird im Wesentlichen durch miteinander verbundene Knoten ermöglicht. Diese Knoten fungieren als Punkte in einem dezentralen Netzwerk, Daten austauschen und die Reichweite und Fähigkeiten des Netzwerks erweitern. In den Anfängen von Bluetooth Mesh, Es gab Erwartungen darüber, wie groß die Einführung dieser neuen Mesh-Technologie sein würde – Prognosen, die erst seit der Einführung von BLE Mesh erstellt wurden 2017. Viele haben darüber gesprochen ” BLE-Mesh-Netzwerke” innerhalb weniger Jahre Wirklichkeit werden. Trotz seines Potenzials, Es hat nicht das explosive Wachstum anderer BLE-Technologien erlebt.

Was ist Bluetooth-Mesh-Technologie?

Bluetooth Mesh ist Bluetooth kombiniert mit Mesh-Netzwerken.

Mesh-Netzwerk, auch bekannt als “Multi-Hop-Netzwerk”, ist eine Netzwerktopologie. In einem Mesh-Netzwerk, Daten können von jedem Gerät zu allen anderen übertragen werden, Erreichen einer Viele-zu-Viele-Kommunikation. Auch wenn ein Gerät ausfällt, Das Netzwerk funktioniert weiterhin.

Bluetooth Mesh nutzt Bluetooth Low Energy, welches mit Bluetooth geliefert wurde 4.0. Im 2017, das offizielle Bluetooth Mesh 1.0 wurde veröffentlicht (immer noch das Neueste bis jetzt). Es sollte klar sein, dass BLE Mesh keine neue drahtlose Kommunikationstechnologie ist, sondern eine Netzwerktechnologie. Es nutzt und verlässt sich auf BLE, und nutzt seinen Kommunikationsprotokoll-Stack.

Bluetooth-Mesh-Netzwerke nutzen Managed Flooding. Geräte können eins zu eins kommunizieren, eins-zu-viele, oder viele-zu-viele. Durch die Nutzung des BLE-Protokolls zur Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerkknoten, Es bildet ein Netzwerk ohne Kommunikationstotzonen. Alle ermöglichen die Weiterverbreitung von Nachrichten über die herkömmliche Bluetooth-Verbindung hinaus.

Wie funktioniert Bluetooth Mesh?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Eins-zu-Eins-Verbindungen, Bluetooth Mesh schafft ein Netzwerk, in dem Nachrichten von Gerät zu Gerät springen können, bis sie ihr Ziel erreichen. Zwischen zwei Geräteknoten können eine oder mehrere Routen vorhanden sein. BLE-Mesh funktioniert durch die Übertragung von Nachrichten an alle Knoten in der Nähe, die sie dann weiterleiten. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Nachricht ihr beabsichtigtes Ziel erreicht(s).

Dies “bewältigte Überschwemmungen” stellt sicher, dass Nachrichten ihre Ziele auch dann erreichen, wenn sich einige Geräte außerhalb der direkten Reichweite befinden oder ausgeschaltet sind. Geräte können Nachrichten an bestimmte Adressen veröffentlichen, und andere können sich anmelden, um sie zu erhalten. Dieses Publish-Subscribe-Muster ermöglicht eine effiziente Gruppenkommunikation.

Die Grundlagen von Bluetooth-Netz Vernetzung

Nachdem Sie verstanden haben, wie Bluetooth Mesh funktioniert, Es ist wichtig, einige wichtige technische Begriffe und Konzepte dieser Technologie zu verstehen. Lassen Sie uns einige davon aufschlüsseln:

• Knoten: Wenn ein Bluetooth-Gerät einem Bluetooth Mesh-Netzwerk beitritt, es wird ein “Knoten.” Der Knoten ist Teilnehmer am BLE-Mesh-Netzwerk.
• Elemente: Jeder Knoten besteht aus einem oder mehreren “Elemente.” Ein Element ist wie eine funktionale Einheit innerhalb des Knotens. Jeder Knoten hat mindestens ein Element, Es kann jedoch aus mehreren Elementen bestehen, wenn es verschiedene Funktionen ausführt.
• Modelle: Elemente enthalten “Modelle,” die bestimmte Verhaltensweisen oder Dienste des Knotens definieren. Modelle haben eindeutige ID-Nummern und bestimmen, was ein Knoten tun kann. Es gibt von der Bluetooth SIG definierte Standardmodelle, die viele gängige Szenarien abdecken.
• Botschaft: Wenn Nachrichten zwischen Knoten gesendet werden, Sie werden nach passenden Elementen und Modellen gefiltert.
• Adressen: Adressen werden verwendet, um die Quelle und das Ziel von Nachrichten zu identifizieren.

Arten von Knoten:

In einem Bluetooth-Mesh-Netzwerk, Es gibt verschiedene Arten von Knoten, jeder mit spezifischen Rollen:

• Relaisknoten: Nachrichten werden an Knoten in direkter Funkreichweite des veröffentlichenden Knotens gesendet. Es gibt einige Knoten, die als funktionieren “Relais”. Relais übertragen Nachrichten erneut, damit sie weitergegeben werden können, in einer Reihe von “Hopfen”.
• Friend-Knoten und Low-Power-Knoten: LPNs sind stark leistungsbeschränkt. Um die Aufrechterhaltung eines höheren Arbeitszyklus für den Empfang von Nachrichten zu vermeiden, Ein LPN arbeitet mit einem Freund zusammen. Freundknoten speichern Nachrichten für ihre LPNs und leiten sie weiter, wenn der LPN gelegentlich Abfragen durchführt.
• Proxy-Knoten: KB RAM und 1 MB Flash wurden von Grund auf neu erstellt, wobei der Fokus auf einem geringen Energieverbrauch lag, wie Smartphones, kann über einen Proxy-Knoten eine Verbindung zu einem Mesh-Netzwerk herstellen.

Um grundlegendere Konzepte zu kennen, Sie können sich auf die beziehen Bluetooth-Mesh-Glossar.

Die BLE-Mesh-Systemarchitektur

Die BLE Mesh-Protokollarchitektur besteht aus sieben Schichten, Basierend auf der BLE-Kernspezifikation, mit der Sie bereits vertraut sind. jedoch, Es fügt hochentwickelte Funktionen der oberen Schicht hinzu, um ein Netzwerk miteinander verbundener Geräte zu erstellen. BLE-Mesh ist auf die Verfügbarkeit des BLE-Protokollstapels angewiesen.

Von unten nach oben, Die Schichten sind wie folgt:

1. Trägerschicht
2. Netzwerkschicht
3. Untere Transportschicht
4. Obere Transportschicht
5. Zugriffsebene
6. Modellebene
7. Anwendungsschicht

Die Bearer-Schicht definiert, wie Nachrichten mithilfe des zugrunde liegenden BLE-Protokollstapels gesendet und empfangen werden. Es unterstützt zwei Methoden: Werbeträger (PB-ADV) und GATT-Träger (PB-GATT). Kritische Aufgaben übernehmen mehrere Zwischenschichten. Dazu gehört das Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten, Verwalten der Netzwerkkonfiguration, und Nachrichtensegmentierung und -zusammenfügung, etc. Diese Schichten stellen sicher, dass Nachrichten ihre beabsichtigten Ziele erreichen, selbst wenn sie mehrere Geräte durchlaufen müssen.

Die Modellschicht definiert standardisierte typische Benutzerszenarien, wie zum Beispiel die Steuerung der Beleuchtung oder das Auslesen von Sensoren. Die Anwendungsschicht, ganz oben positioniert, organisiert diese Modelle in nützliche Anwendungen, mit denen Endbenutzer interagieren können.

Vorteile und Grenzen des BLE-Mesh-Netzwerks

BLE-Mesh erfüllt die Anforderungen intelligenter Konnektivität – großräumig, geringer Strom, flexibel, und sicher. jedoch, Es handelt sich nicht um eine Einheitslösung, wie jede Technologie, hat seine Stärken und Schwächen.

Vorteile der BLE-Mesh-Vernetzung

• Energieeffizient: BLE-Netz, wie andere BLE-Systeme, zeichnet sich durch einen geringen Stromverbrauch aus. Deshalb, Ein Mesh-Netzwerk eignet sich gut für die Abdeckung großer Flächen und spart gleichzeitig Energie.
• Netzwerkresilienz: In einem Bluetooth-Mesh-Netzwerk, Geräteknoten können ohne größere Auswirkungen getrennt werden. Wenn ein Gerät ausfällt, Der ursprüngliche Knoten sendet die Daten weiterhin. Der Empfänger erhält das Paket mit einer kurzen Verzögerung.
• Flexibilität und Selbstrekonfiguration: Das Mesh-Netzwerk konfiguriert sich neu. Diese Flexibilität ist manchmal wichtiger als garantierte Geschwindigkeit und kürzere Verzögerungen.
• Knotenmobilität: In einem BLE-Mesh-Netzwerk, Knoten können ihre Position ändern, ohne die Struktur zu zerstören oder Daten während der Übertragung zu verlieren. Daten erreichen ihr Ziel nur dann nicht, wenn sich Knoten außerhalb der Reichweite des Empfängers bewegen.
• Kompatibilität: BLE-Mesh-Knoten können sowohl mit Bluetooth 4.x- als auch 5.x-Geräten kommunizieren. Bluetooth 4.x-Geräte können Nachrichten empfangen, aber nicht zu vollwertigen Knoten des Netzwerks werden.
• Beacon-Integration: BLE-Mesh arbeitet eng mit Bluetooth-Beacons zusammen. Beacons können zur Positionierung im Innen- und Außenbereich verwendet werden, Sensornetzwerke, und andere Anwendungen.

Einschränkungen der BLE-Mesh-Vernetzung

• Geringer Datendurchsatz: Bluetooth Mesh hat begrenzte Datenübertragungsraten. Es ist auf ca. begrenzt 1 Megabit pro Sekunde, oder noch weniger. Dies bedeutet, dass es nicht für Anwendungen geeignet ist, die eine schnellere Datenübertragung benötigen.
• Hohe Latenz: Bluetooth Mesh verwendet “bewältigte Überschwemmungen”, so werden Nachrichten an alle Geräte im Netzwerk gesendet. Es kann lange dauern, bis Nachrichten alle erreichen und eine Antwort erhalten. Je mehr Knoten, desto länger kann die Reaktionszeit dauern.
• Energieverbrauch: Obwohl Bluetooth oft als weniger stromverbrauchend angesehen wird als andere Technologien, Dies ist in einem Mesh-Netzwerk nicht immer der Fall. In einem Netz, Es gibt viele Geräte. Die Geräte, die mehr Aufgaben übernehmen, verbrauchen mehr Akkuleistung. Dies liegt daran, dass sie ständig auf Nachrichten warten und diese an andere Geräte senden müssen.
• Komplexes Netzwerkmanagement: Das Einrichten und Verwalten eines Bluetooth-Mesh-Netzwerks ist kompliziert und erfordert umfassende Fachkenntnisse.

Bluetooth mesh vs Dasdort TTechnologien

Abgesehen vom BLE-Mesh, Weitere beliebte Mesh-Netzwerktechnologien sind Zigbee und Thread. Diese Technologien weisen viele Ähnlichkeiten mit BLE-Mesh-Netzwerken auf.

Faden, eingeführt 2014, ist ein IPv6-basiertes Mesh-Netzwerkprotokoll für IoT. Es unterstützt bis zu 32 Router pro Netzwerk und 511 Geräte pro Router, Geeignet für Netze mit hoher Dichte. Als IP-adressierbare Lösung, Thread lässt sich problemlos in IPv6-basierte Apps integrieren und bietet hohe Datenraten für lokale IoT-Systeme.

Zigbee erschien viel früher 1998 und dann standardisiert in 2003. Es ist ein Low-Power-Gerät, drahtloses Netzwerk mit geringer Bandbreite. Zu den beliebten Anwendungen gehört die Hausautomation, medizinische Geräte, und industrielle Anwendungen. Es hat eine 250 Maximale Kbit/s-Rate und unterstützt verschiedene Frequenzen und Leistungsbereiche. Zigbee erfordert oft ein Gateway, Daher wird es selten in die Integration von Unterhaltungselektronik integriert.

Hauptunterschiede zwischen Thread, Zigbee, und Bluetooth-Mesh:

• Protokollbasis: BLE-Mesh verwendet Bluetooth anstelle des Internetprotokolls, während Thread und Zigbee IP-basiert sind.
• Frequenzbänder: BLE-Mesh arbeitet in der 2.4 GHz-Band. Zigbee kann verwendet werden 2.4 GHz, 915 MHz, oder 868 MHz-Bänder je nach Region. Thread ist auch in der tätig 2.4 GHz-Band.
• Messaging-Ansatz: BLE-Mesh verwendet verwaltetes Flood-Messaging, wohingegen Zigbee und Thread Routing-Mechanismen verwenden.
• RAM-Nutzung: Zigbee- und Thread-Geräte benötigen mehr RAM zum Speichern von Routing-Tabellen.
• Netzwerkdichte: BLE-Mesh eignet sich aufgrund seines Flutungsansatzes besser für Meshnets mit geringer Dichte. Zigbee und Thread eignen sich besser für Netzwerke mit hoher Dichte.
• Maximale Geräteunterstützung: Thread kann bis zu unterstützen 511 Geräte pro Router, mit maximal 32 Router pro Netzwerk. Zigbee kann theoretisch bis zu unterstützen 65,000 Knoten in einem einzigen Netzwerk. BLE-Netz kann mehr als unterstützen 32,000 Knoten.

Warum unsere Bluetooth-Mesh-Geräte verwenden?

Die Einführung neuer Technologien kann eine Herausforderung sein. Ich hoffe, dass dieser Bluetooth-Mesh-Leitfaden Ihnen einige Anregungen geben kann. Bei MOKO SMART, Wir sind nicht nur Lieferanten; Wir sind Pioniere in der Bluetooth-Technologie. Unser Sortiment an Bluetooth-IoT-Geräten umfasst Bluetooth-Beacons, Anker, Gateways, und Sensoren.

Als Originalhersteller von IoT-Geräten, Wir bieten hochwertige und zuverlässige Geräte für alle Ihre Bluetooth-Mesh-Anforderungen. Wenn Sie die Bereitstellung einer BLE-Mesh-Lösung in Betracht ziehen oder nach BLE-Mesh-Produkten suchen, Nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf.

FAQs zu Bluetooth Mesh

Wie viele Geräte kann ein Bluetooth Mesh-Netzwerk unterstützen??

Ein einzelnes Bluetooth Mesh-Netzwerk kann bis zu unterstützen 32,767 Geräte.

Können Bluetooth Mesh-Netzwerke mit Nicht-Mesh-Bluetooth-Geräten interagieren??

Ja, über Proxy-Knoten, Bluetooth Mesh-Netzwerke können mit normalen Bluetooth Low Energy-Geräten interagieren.