O que é malha Bluetooth e como funciona

Bluetooth Mesh é uma verdadeira inovação do BLE, competindo com tecnologias Zigbee e Thread com capacidade de malha. Isto é essencialmente possível graças a nós interconectados. Esses nós atuam como pontos em uma rede descentralizada, compartilhando dados e ampliando o alcance e os recursos da rede. Nos primeiros dias do Bluetooth Mesh, havia antecipações sobre o tamanho da adoção dessa nova tecnologia de malha – projeções feitas logo desde que a malha BLE foi lançada em 2017. Muitos falaram sobre ” Redes de malha BLE” se tornando realidade dentro de alguns anos. Apesar do seu potencial, não experimentou o crescimento explosivo visto em outras tecnologias BLE.

O que é a tecnologia de malha Bluetooth

Bluetooth Mesh é Bluetooth combinado com rede mesh.

Malha de rede, também conhecido como “rede multi-salto”, é uma topologia de rede. Em uma rede mesh, os dados podem viajar de qualquer dispositivo para todos os outros, alcançando comunicação muitos-para-muitos. Mesmo se um dispositivo falhar, a rede continua funcionando.

Bluetooth Mesh usa Bluetooth de baixa energia, que veio com Bluetooth 4.0. No 2017, a malha Bluetooth oficial 1.0 foi liberado (ainda é o mais recente até agora). Deve ficar claro que a malha BLE não é uma nova tecnologia de comunicação sem fio, mas uma tecnologia de rede. Ele utiliza e depende de BLE, e usa sua pilha de protocolos de comunicação.

Redes mesh Bluetooth usam inundação gerenciada. Os dispositivos podem conversar um a um, um para muitos, ou muitos para muitos. Usando o protocolo BLE para comunicação entre diferentes nós da rede, forma uma rede sem zonas mortas de comunicação. Todos permitem que as mensagens viajem mais longe do que o Bluetooth tradicional.

Como funciona a malha Bluetooth

Ao contrário das conexões individuais tradicionais, A malha Bluetooth cria uma rede onde as mensagens podem pular de um dispositivo para outro até chegar ao seu destino. Podem existir uma ou mais rotas entre dois nós de dispositivo. A malha BLE funciona transmitindo mensagens para todos os nós próximos, que então os retransmite adiante. Este processo continua até que a mensagem chegue ao destino pretendido(s).

este “inundações controladas” garante que as mensagens cheguem aos seus alvos mesmo que alguns dispositivos estejam fora do alcance direto ou desligados. Os dispositivos podem publicar mensagens para endereços específicos, e outros podem se inscrever para recebê-los. Este padrão de publicação-assinatura permite uma comunicação de grupo eficiente.

O básico de Malha Bluetooth networking

Depois de entender como funciona a malha Bluetooth, é importante compreender alguns termos e conceitos técnicos importantes desta tecnologia. Vamos analisar alguns deles:

• Nós: Quando um dispositivo Bluetooth ingressa em uma rede Bluetooth Mesh, torna-se um “nó.” O nó é um participante da rede mesh BLE.
• Elementos: Cada nó é composto por um ou mais “elementos.” Um elemento é como uma unidade funcional dentro do nó. Cada nó possui pelo menos um elemento, mas pode ter vários elementos se executar várias funções.
• modelos: Os elementos contêm “modelos,” que definem comportamentos ou serviços específicos do nó. Os modelos têm números de identificação exclusivos e determinam o que um nó pode fazer. Existem modelos padrão definidos pelo Bluetooth SIG que cobrem muitos cenários comuns.
• mensagem: Quando mensagens são enviadas entre nós, eles são filtrados com base em elementos e modelos correspondentes.
• Endereços: Os endereços são usados ​​para identificar a origem e o destino das mensagens.

Tipos de nós:

Em uma rede mesh Bluetooth, existem vários tipos de nós, cada um com funções específicas:

• Nós de relé: As mensagens são enviadas para nós no alcance de rádio direto do nó de publicação. Existem alguns nós que funcionam como “relés”. Os relés retransmitem mensagens para que possam viajar mais longe, em uma série de “lúpulo”.
• Nós amigos e nós de baixo consumo de energia: LPNs são altamente limitados em energia. Para evitar manter um ciclo de trabalho mais alto para receber mensagens, um LPN faz parceria com um amigo. Os nós amigos armazenam mensagens para seus LPNs e as encaminham quando o LPN pesquisa ocasionalmente.
• Nós proxy: Dispositivos Bluetooth de baixa energia, como smartphones, pode se conectar a uma rede mesh através de um nó proxy.

Para conhecer conceitos mais fundamentais, você pode consultar o Glossário de malha Bluetooth.

A arquitetura do sistema mesh BLE

A arquitetura do protocolo BLE Mesh consiste em sete camadas, construído com base na especificação principal BLE com a qual você já está familiarizado. Contudo, adiciona funcionalidade sofisticada de camada superior para criar uma rede de dispositivos interconectados. A malha BLE depende da disponibilidade da pilha de protocolos BLE.

De baixo para cima, as camadas são as seguintes:

1. Camada portadora
2. Camada de rede
3. Camada de Transporte Inferior
4. Camada Superior de Transporte
5. Camada de Acesso
6. Camada de modelo
7. Camada de aplicação

A camada portadora define como as mensagens são enviadas e recebidas usando a pilha de protocolo BLE subjacente. Suporta dois métodos: Portador de Publicidade (PB-ADV) e portador do GATT (PB-GATT). Várias camadas intermediárias lidam com tarefas críticas. Isso inclui criptografar e descriptografar dados, gerenciamento de configuração de rede, e segmentação e remontagem de mensagens, etc. Essas camadas garantem que as mensagens cheguem aos destinos pretendidos, mesmo que precisem passar por vários dispositivos.

A camada de modelo define cenários de usuário típicos padronizados, como controlar a iluminação ou ler sensores. A camada de aplicação, posicionado bem no topo, organiza esses modelos em aplicações úteis com as quais os usuários finais podem interagir.

Benefícios e limitações da rede mesh BLE

A malha BLE satisfaz as demandas de conectividade inteligente – em grande escala, baixo consumo de energia, flexível, e seguro. Contudo, não é uma solução única para todos e, como qualquer tecnologia, tem seus pontos fortes e fracos.

Vantagens da rede mesh BLE

• Baixo consumo de energia: Malha BLE, como outros sistemas BLE, apresenta baixo consumo de energia. Portanto, uma rede mesh funciona bem ao cobrir grandes áreas enquanto conserva energia.
• Resiliência de rede: Em uma rede mesh Bluetooth, nós do dispositivo podem se desconectar sem grande impacto. Se um dispositivo cair, o nó inicial continuará transmitindo os dados. O destinatário receberá o pacote com um breve atraso.
• Flexibilidade e Auto-Reconfiguração: A rede mesh se reconfigura. Esta flexibilidade é por vezes mais importante do que a velocidade garantida e atrasos mais curtos.
• Mobilidade de nós: Em uma rede mesh BLE, os nós podem mudar sua posição sem interromper a estrutura ou perder dados em trânsito. Os dados só não conseguirão chegar ao seu destino se os nós saírem do alcance do receptor.
• Compatibilidade: Os nós mesh BLE podem se comunicar com dispositivos Bluetooth 4.xe 5.x. Dispositivos Bluetooth 4.x podem receber mensagens, mas não podem se tornar nós completos da rede.
• Integração de farol: A malha BLE funciona em estreita colaboração com beacons Bluetooth. Beacons podem ser usados ​​em posicionamento interno e externo, redes de sensores, e outras aplicações.

Limitações de rede mesh BLE

• Baixa taxa de transferência de dados: A malha Bluetooth tem taxas de transferência de dados limitadas. Está limitado a cerca de 1 megabit por segundo, ou até menos. Isso significa que não é adequado para aplicações que precisam de transferência de dados mais rápida..
• Alta latência: Malha Bluetooth usa “inundações controladas”, então as mensagens são enviadas para todos os dispositivos da rede. Pode levar muito tempo para que as mensagens cheguem a todos e recebam respostas. Quanto mais nós, maior será o tempo de resposta que poderá demorar.
• Consumo de energia: Embora muitas vezes se pense que o Bluetooth consome menos energia do que outras tecnologias, isso nem sempre é verdade em uma rede mesh. Em uma malha, existem muitos dispositivos. Os dispositivos que realizam mais tarefas consomem mais energia da bateria. Isso ocorre porque eles precisam estar sempre ouvindo mensagens e enviando-as para outros dispositivos.
• Gerenciamento de rede complexo: Configurar e gerenciar uma rede mesh Bluetooth é complicado e requer amplo conhecimento especializado.

Bluetooth mesh vs olá ttecnologias

Além da malha BLE, outras tecnologias populares de rede mesh incluem Zigbee e Thread. Essas tecnologias compartilham muitas semelhanças com a rede mesh BLE.

Fio, introduzido em 2014, é um protocolo de rede mesh baseado em IPv6 para IoT. Ele suporta até 32 roteadores por rede e 511 dispositivos por roteador, adequado para redes de malha de alta densidade. Como uma solução endereçável por IP, Thread integra-se facilmente com aplicativos baseados em IPv6 e oferece altas taxas de dados para sistemas IoT locais.

Zigbee apareceu muito antes em 1998 e então padronizado em 2003. É um baixo consumo de energia, rede sem fio de baixa largura de banda. Aplicações populares incluem automação residencial, dispositivos médicos, e aplicações industriais. Tem um 250 Taxa máxima de Kbps e suporta várias frequências e faixas de potência. Zigbee geralmente requer um gateway, por isso raramente é integrado à integração de eletrônicos de consumo.

Principais diferenças entre Thread, Zigbee, e malha Bluetooth:

• Base de Protocolo: A malha BLE usa Bluetooth em vez do protocolo da Internet, enquanto Thread e Zigbee são baseados em IP.
• Bandas de frequência: A malha BLE opera no 2.4 Esse beacon envia um identificador exclusivo. Zigbee pode usar 2.4 GHz, 915 MHz, ou 868 Bandas de MHz dependendo da região. Thread também atua no 2.4 Esse beacon envia um identificador exclusivo.
• Abordagem de mensagens: Malha BLE usa mensagens de inundação gerenciadas, enquanto Zigbee e Thread usam mecanismos de roteamento.
• Uso de RAM: Dispositivos Zigbee e Thread requerem mais RAM para armazenar tabelas de roteamento.
• Densidade da rede: A malha BLE funciona melhor para redes de malha de baixa densidade devido à sua abordagem de inundação. Zigbee e Thread são mais adequados para redes de alta densidade.
• Suporte máximo ao dispositivo: Thread pode suportar até 511 dispositivos por roteador, com um máximo de 32 roteadores por rede. Zigbee pode teoricamente suportar até 65,000 nós em uma única rede. A malha BLE pode suportar mais 32,000 nós.

Por que usar nossos dispositivos mesh Bluetooth

Adotar novas tecnologias pode ser um desafio. Espero que este guia de malha Bluetooth possa lhe dar algumas idéias. Na MOKO SMART, não somos apenas fornecedores; somos pioneiros na tecnologia Bluetooth. Nossa linha de dispositivos Bluetooth IoT inclui beacons Bluetooth, âncoras, entradas, e sensores.

Como fabricante original de dispositivos IoT, fornecemos dispositivos confiáveis ​​e de alta qualidade para todas as suas necessidades de malha Bluetooth. Se você está pensando em implantar uma solução de malha BLE ou buscando produtos de malha BLE, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco.

Perguntas frequentes sobre malha Bluetooth

Quantos dispositivos uma rede Bluetooth Mesh pode suportar?

Uma única rede Bluetooth Mesh pode suportar até 32,767 dispositivos.

As redes Bluetooth Mesh podem interagir com dispositivos Bluetooth não mesh??

sim, através de nós proxy, As redes Bluetooth Mesh podem interagir com dispositivos Bluetooth Low Energy normais.