Bluetooth Mesh è una vera innovazione di BLE, competere con le tecnologie Zigbee e Thread con funzionalità mesh. Ciò è reso possibile essenzialmente dai nodi interconnessi. Questi nodi agiscono come punti in una rete decentralizzata, condividere i dati ed estendere la portata e le capacità della rete. Agli albori di Bluetooth Mesh, c'erano anticipazioni su quanto sarebbe stata adottata questa nuova tecnologia mesh – proiezioni effettuate subito dopo il lancio della rete BLE 2017. Molti ne hanno parlato ” Reti mesh BLE” diventare realtà nel giro di pochi anni. Nonostante il suo potenziale, non ha sperimentato la crescita esplosiva osservata in altre tecnologie BLE.
Cos'è la tecnologia mesh Bluetooth
Bluetooth Mesh è il Bluetooth combinato con la rete mesh.
Rete a maglie, conosciuto anche come “rete multi-hop”, è una topologia di rete. In una rete mesh, i dati possono viaggiare da qualsiasi dispositivo a tutti gli altri, realizzare una comunicazione molti-a-molti. Anche se un dispositivo si guasta, la rete continua a funzionare.
Bluetooth Mesh utilizza Bluetooth Low Energy, fornito con Bluetooth 4.0. Nel 2017, la rete Bluetooth ufficiale 1.0 è stato rilasciato (ancora l'ultimo fino ad ora). Dovrebbe essere chiaro che la mesh BLE non è una nuova tecnologia di comunicazione wireless, ma una tecnologia di rete. Utilizza e si basa su BLE, e utilizza il proprio stack di protocolli di comunicazione.
Le reti mesh Bluetooth utilizzano il Flooding gestito. I dispositivi possono parlare uno a uno, uno a molti, o molti-a-molti. Utilizzando il protocollo BLE per la comunicazione tra diversi nodi di rete, forma una rete senza zone morte di comunicazione. Tutti consentono ai messaggi di viaggiare più lontano del tradizionale Bluetooth.
Come funziona la rete Bluetooth
A differenza delle tradizionali connessioni uno a uno, La rete Bluetooth crea una rete in cui i messaggi possono passare da un dispositivo all'altro fino a raggiungere la loro destinazione. Possono esistere uno o più percorsi tra due nodi del dispositivo. La mesh BLE funziona trasmettendo messaggi a tutti i nodi vicini, che poi li trasmette. Questo processo continua finché il messaggio non raggiunge la destinazione prevista(S).
Questo “inondazioni gestite” garantisce che i messaggi raggiungano i loro obiettivi anche se alcuni dispositivi sono fuori dal raggio d'azione diretto o sono spenti. I dispositivi possono pubblicare messaggi su indirizzi specifici, e altri possono iscriversi per riceverli. Questo modello di pubblicazione-sottoscrizione consente una comunicazione di gruppo efficiente.
Le basi di Rete Bluetooth rete
Dopo aver compreso come funziona la rete Bluetooth, è importante comprendere alcuni termini e concetti tecnici chiave di questa tecnologia. Analizziamone alcuni:
- Nodi: Quando un dispositivo Bluetooth si unisce a una rete Bluetooth Mesh, diventa a “nodo.” Il nodo è un partecipante alla rete mesh BLE.
- Elementi: Ogni nodo è composto da uno o più “elementi.” Un elemento è come un'unità funzionale all'interno del nodo. Ogni nodo ha almeno un elemento, ma può avere più elementi se svolge varie funzioni.
- Modelli: Gli elementi contengono “Modelli,” che definiscono comportamenti o servizi specifici del nodo. I modelli hanno numeri ID univoci e determinano cosa può fare un nodo. Esistono modelli standard definiti da Bluetooth SIG che coprono molti scenari comuni.
- Messaggio: Quando i messaggi vengono inviati tra i nodi, vengono filtrati in base agli elementi e ai modelli corrispondenti.
- Indirizzi: Gli indirizzi vengono utilizzati per identificare l'origine e la destinazione dei messaggi.
Tipi di nodi:
In una rete mesh Bluetooth, esistono diversi tipi di nodi, ciascuno con ruoli specifici:
- Nodi relè: I messaggi vengono inviati ai nodi nel raggio radio diretto del nodo di pubblicazione. Ci sono alcuni nodi che funzionano come “relè”. I relè ritrasmettono i messaggi in modo che possano viaggiare più lontano, in un certo numero di “luppolo”.
- Nodi amici e nodi a basso consumo: Gli LPN sono fortemente vincolati in termini di potenza. Per evitare di mantenere un ciclo di lavoro più elevato per la ricezione dei messaggi, una LPN collabora con un amico. I nodi amici memorizzano i messaggi per i loro LPN e li inoltrano quando la LPN esegue occasionalmente il polling.
- Nodi proxy: Dispositivi Bluetooth a basso consumo, come gli smartphone, può connettersi a una rete mesh tramite un nodo proxy.
Conoscere concetti più fondamentali, puoi fare riferimento a Glossario della rete Bluetooth.
L'architettura del sistema mesh BLE
L'architettura del protocollo BLE Mesh è composta da sette livelli, costruito sulla specifica di base BLE con cui hai già familiarità. però, aggiunge sofisticate funzionalità di livello superiore per creare una rete di dispositivi interconnessi. La mesh BLE si basa sulla disponibilità dello stack di protocolli BLE.
Dal basso verso l'alto, gli strati sono i seguenti:
- Strato portatore
- Livello di rete
- Livello di trasporto inferiore
- Strato di trasporto superiore
- Livello di accesso
- Livello del modello
- Livello di applicazione
Il Bearer Layer definisce il modo in cui i messaggi vengono inviati e ricevuti utilizzando lo stack di protocolli BLE sottostante. Supporta due metodi: Portatore di pubblicità (PB-AVV) e portatore del GATT (PB-GATT). Diversi livelli intermedi gestiscono compiti critici. Questi includono la crittografia e la decrittografia dei dati, gestire la configurazione di rete, e segmentazione e riassemblaggio dei messaggi, eccetera. Questi livelli garantiscono che i messaggi raggiungano le destinazioni previste, anche se devono attraversare più dispositivi.
Il livello del modello definisce scenari utente tipici standardizzati, come il controllo dell'illuminazione o la lettura dei sensori. Il livello dell'applicazione, posizionato proprio in alto, organizza questi modelli in applicazioni utili con cui gli utenti finali possono interagire.
Vantaggi e limiti della rete mesh BLE
La rete BLE soddisfa le esigenze di connettività intelligente – su larga scala, a bassa potenza, flessibile, e sicuro. però, non è una soluzione valida per tutti e, come qualsiasi tecnologia, ha i suoi punti di forza e di debolezza.
Vantaggi della rete mesh BLE
- Basso consumo energetico: Maglia BLE, come altri sistemi BLE, presenta un basso consumo energetico. Perciò, una rete mesh funziona bene quando copre vaste aree risparmiando energia.
- Resilienza della rete: In una rete mesh Bluetooth, i nodi del dispositivo possono disconnettersi senza grossi impatti. Se un dispositivo si interrompe, il nodo iniziale continuerà a trasmettere i dati. Il destinatario riceverà il pacchetto con un breve ritardo.
- Flessibilità e auto-riconfigurazione: La rete mesh si riconfigura da sola. Questa flessibilità a volte è più importante della velocità garantita e dei ritardi più brevi.
- Mobilità dei nodi: In una rete mesh BLE, i nodi possono cambiare la loro posizione senza interrompere la struttura o perdere dati durante il trasporto. I dati non riusciranno a raggiungere la loro destinazione solo se i nodi si spostano fuori dalla portata del ricevitore.
- Compatibilità: I nodi mesh BLE possono comunicare con dispositivi Bluetooth 4.x e 5.x. I dispositivi Bluetooth 4.x possono ricevere messaggi ma non possono diventare nodi a pieno titolo della rete.
- Integrazione dei fari: La mesh BLE funziona a stretto contatto con i beacon Bluetooth. I beacon possono essere utilizzati nel posizionamento interno ed esterno, reti di sensori, e altre applicazioni.
limitazioni della rete mesh BLE
- Velocità di trasmissione dati ridotta: La rete Bluetooth ha velocità di trasferimento dati limitate. È limitato a circa 1 megabit al secondo, o anche meno. Ciò significa che non è adatto per applicazioni che necessitano di un trasferimento dati più veloce.
- Elevata latenza: Usi della rete Bluetooth “inondazioni gestite”, quindi i messaggi vengono inviati a tutti i dispositivi nella rete. Potrebbe volerci molto tempo prima che i messaggi raggiungano tutti e ricevano risposte. Più nodi, il tempo di risposta più lungo potrebbe richiedere.
- Consumo di energia: Mentre si pensa spesso che il Bluetooth consumi meno energia rispetto ad altre tecnologie, questo non è sempre vero in una rete mesh. In una maglia, ci sono molti dispositivi. I dispositivi che richiedono più attività consumano più energia della batteria. Questo perché devono essere sempre in ascolto dei messaggi e inviarli ad altri dispositivi.
- Gestione complessa della rete: Configurare e gestire una rete mesh Bluetooth è complicato e richiede ampie conoscenze specialistiche.
Bluetooth mesh vs Olì Ttecnologie
A parte la mesh BLE, altre popolari tecnologie di rete mesh includono Zigbee e Thread. Queste tecnologie condividono molte somiglianze con la rete mesh BLE.
Filo, introdotto in 2014, è un protocollo di rete mesh basato su IPv6 per l'IoT. Supporta fino a 32 router per rete e 511 dispositivi per router, adatto per reti ad alta densità. Come soluzione indirizzabile IP, Thread si integra facilmente con le app basate su IPv6 e offre velocità dati elevate per i sistemi IoT locali.
Zigbee è apparso molto prima in 1998 e poi standardizzato 2003. È a basso consumo, rete wireless a bassa larghezza di banda. Le applicazioni più diffuse includono la domotica, dispositivi medici, e applicazioni industriali. Ha un 250 Velocità massima Kbps e supporta varie frequenze e gamme di potenza. Zigbee spesso richiede un gateway, quindi raramente è integrato nell'integrazione dell'elettronica di consumo.
Principali differenze tra Thread, Zigbee, e rete Bluetooth:
- Base del protocollo: La mesh BLE utilizza il Bluetooth anziché il protocollo Internet, mentre Thread e Zigbee sono basati su IP.
- Bande di frequenza: La mesh BLE opera nel 2.4 Banda GHz. Zigbee può usare 2.4 GHz, 915 MHz, o 868 Bande MHz a seconda della regione. Thread opera anche nel 2.4 Banda GHz.
- Approccio alla messaggistica: La mesh BLE utilizza la messaggistica di inondazione gestita, mentre Zigbee e Thread utilizzano meccanismi di routing.
- Utilizzo della RAM: I dispositivi Zigbee e Thread richiedono più RAM per memorizzare le tabelle di routing.
- Densità di rete: La mesh BLE funziona meglio per le reti mesh a bassa densità grazie al suo approccio allagamento. Zigbee e Thread sono più adatti per reti ad alta densità.
- Massimo supporto per i dispositivi: Il thread può supportare fino a 511 dispositivi per router, con un massimo di 32 router per rete. Zigbee può teoricamente supportare fino a 65,000 nodi in un'unica rete. La mesh BLE può supportare oltre 32,000 nodi.
Perché utilizzare i nostri dispositivi mesh Bluetooth
L’adozione di nuove tecnologie può essere impegnativa. Spero che questa guida alla rete Bluetooth possa darti qualche idea. A MOKO SMART, non siamo solo fornitori; siamo pionieri nella tecnologia Bluetooth. La nostra gamma di dispositivi Bluetooth IoT include beacon Bluetooth, ancore, gateway, e sensori.
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Domande frequenti sulla rete Bluetooth
Quanti dispositivi può supportare una rete Bluetooth Mesh?
Una singola rete Bluetooth Mesh può supportare fino a 32,767 dispositivi.
Le reti Bluetooth Mesh possono interagire con dispositivi Bluetooth non mesh?
sì, tramite nodi proxy, Le reti Bluetooth Mesh possono interagire con i normali dispositivi Bluetooth Low Energy.
