什麼是藍牙網狀網路以及它如何運作

藍牙 Mesh 是 BLE 的真正創新，與支援 Mesh 的 Zigbee 和 Thread 技術競爭。這本質上是透過互連節點來實現的。這些節點充當去中心化網路中的點，共享資料並擴展網路的覆蓋範圍和功能。在藍牙 Mesh 的早期，人們對這項新 Mesh 技術的普及程度充滿期待——自 2017 年 BLE Mesh 推出以來，人們就一直在預測這項技術的應用範圍。許多人都認為「BLE Mesh 網路」將在幾年內成為現實。儘管潛力巨大，但它尚未像其他 BLE 技術那樣經歷爆炸性增長。 

什麼是藍牙網狀技術

藍牙Mesh是藍牙與網狀網路的結合。

網狀網絡，又稱“多跳網絡”，是一種網絡拓撲結構。在網狀網路中，資料可以從任意設備傳輸到所有其他設備，實現多對多通訊。即使一台設備發生故障，網路也能繼續運作。

藍牙 Mesh 採用低功耗藍牙，該技術隨藍牙 4.0 一起發布。 2017 年，官方發布了藍牙 Mesh 1.0（至今仍是最新版本）。需要明確的是，BLE Mesh 並非一項新的無線通訊技術，而是一項網路技術。它利用並依賴 BLE，並使用其通訊協定堆疊。

藍牙網狀網路採用託管泛洪技術。設備可以進行一對一、一對多或多對多通訊。透過使用 BLE 協定在不同網路節點之間進行通信，它形成了一個沒有通訊盲區的網路。所有這些都使訊息傳輸距離比傳統藍牙更遠。

藍牙網狀網路如何運作

與傳統的一對一連線不同，藍牙 Mesh 創建的網路允許訊息在裝置之間傳遞，直到到達目的地。兩個設備節點之間可能存在一條或多條路由。 BLE Mesh 的工作原理是將訊息廣播到所有附近的節點，然後由這些節點進行中繼。此程序持續進行，直到訊息到達其預定目的地。

這種「託管泛洪」機制確保即使某些裝置超出直接覆蓋範圍或處於關閉狀態，訊息也能到達目標。設備可以向特定位址發布訊息，其他設備可以訂閱接收訊息。這種發布-訂閱模式實現了高效率的群組通訊。

基礎知識 藍牙網狀網絡 聯網

在了解藍牙Mesh的工作原理後，掌握該技術的一些關鍵技術術語和概念至關重要。讓我們來分解一下其中的一些：

• 節點：當藍牙裝置加入藍牙 Mesh 網路時，它就成為一個「節點」。該節點是 BLE Mesh 網路的參與者。
• 分子：每個節點由一個或多個「元素」組成。元素就像節點內的功能單元。每個節點至少包含一個元素，但如果節點執行各種功能，則可以包含多個元素。
• 模型：元素包含“模型”，用於定義節點的特定行為或服務。模型具有唯一的 ID 號，並決定節點可以執行的操作。藍牙 SIG 定義了一些標準模型，涵蓋了許多常見場景。
• 留言：當訊息在節點之間發送時，它們會根據匹配的元素和模型進行過濾。
• 地址：地址用於識別訊息的來源和目的地。

節點類型：

在藍牙網狀網路中，有幾種類型的節點，每種都有特定的角色：

• 中繼節點：訊息會被傳送到發佈節點無線電覆蓋範圍內的節點。有些節點充當“中繼”。中繼會重新傳送訊息，以便它們能夠透過若干「跳」傳送到更遠的地方。
• 好友節點和低功耗節點：LPN 的功率非常受限。為了避免維持較高的訊息接收佔空比，LPN 會與「好友」節點合作。 「好友」節點會為其 LPN 儲存訊息，並在 LPN 偶爾輪詢時轉發訊息。
• 代理節點：低功耗藍牙設備（例如智慧型手機）可以透過代理節點連接到網狀網路。

想了解更多基本概念，可以參考 藍牙網狀網路術語表.

BLE Mesh 系統架構

BLE Mesh 協定架構由七層組成，基於您熟悉的 BLE 核心規格建構。此外，它還添加了複雜的上層功能，以建立互連設備的網路。 BLE Mesh 依賴 BLE 協定堆疊的可用性。

由下到上，各層如下：

1. 承載層
2. 網絡層
3. 下層傳輸層
4. 上層傳輸層
5. 接取層
6. 模型層
7. 應用層

承載層定義如何使用底層 BLE 協定堆疊傳送和接收訊息。它支援兩種方式：廣播承載層 (PB-ADV) 和 GATT 承載層 (PB-GATT)。多個中間層負責處理關鍵任務，包括加密和解密資料、管理網路配置以及訊息分段和重組等。這些層確保訊息即使需要跨越多個裝置也能到達預定目的地。

模型層定義了標準化的典型使用者場景，例如控制照明或讀取感測器。應用層位於最頂層，負責將這些模型組織成最終用戶可以互動的實用應用程式。

BLE 網狀網路的優點與局限性

BLE Mesh 滿足了智慧連接的需求——大規模、低功耗、靈活和安全。然而，它並非萬能的解決方案，如同任何技術一樣，也有其優缺點。

BLE網狀網路的優勢

• 低功耗：與其他 BLE 系統一樣，BLE Mesh 也具有低功耗的特性。因此，Mesh 網路在覆蓋大面積區域的同時，還能有效節省能源。
• 網路彈性：在藍牙 Mesh 網路中，裝置節點可以斷開連接，而不會造成重大影響。如果一個設備掉線，初始節點將繼續廣播資料。收件人將在短暫延遲後收到資料包。
• 靈活性和自我重構：網狀網路可以自行重新設定。這種靈活性有時比保證速度和縮短延遲更重要。
• 節點移動性：在 BLE 網狀網路中，節點可以改變位置，而不會破壞結構或遺失傳輸中的資料。只有當節點超出接收器範圍時，資料才會無法到達目的地。
• 相容性：BLE Mesh 節點可以與藍牙 4.x 和 5.x 裝置通訊。藍牙 4.x 裝置可以接收訊息，但無法成為網路的正式節點。
• 信標集成：BLE Mesh 與藍牙 Beacon 緊密配合。 Beacon 可用於室內外定位、感測器網路等應用。

限制 BLE 網狀網絡

• 數據吞吐量低：藍牙 Mesh 的資料傳輸速率有限，大約是每秒 1 兆位元，甚至更低。這意味著它不適合需要更快資料傳輸的應用。
• 高延遲：藍牙 Mesh 採用「託管泛洪」技術，因此訊息會傳送到網路中的所有裝置。訊息到達所有設備並獲得回應可能需要很長時間。節點越多，回應時間可能越長。
• 能量消耗：雖然人們通常認為藍牙比其他技術更省電，但這在網狀網路中並非總是如此。網狀網路中有很多設備。任務較多的設備會消耗更多電力。這是因為它們必須始終監聽訊息並將其發送給其他設備。
• 複雜的網路管理：設定和管理藍牙網狀網路非常複雜，需要大量的專業知識。

藍牙 mesh vs o療法 t技術

除了 BLE Mesh，其他流行的 Mesh 網路技術還包括 Zigbee 和 Thread。這些技術與 BLE Mesh 網路有許多相似之處。

Thread 於 2014 年推出，是一種基於 IPv6 的物聯網網狀網路協定。它支援每個網路最多 32 個路由器，每個路由器最多 511 個設備，適用於高密度網狀網路。作為 IP 可尋址解決方案，Thread 可輕鬆與基於 IPv6 的應用程式集成，並為本地物聯網系統提供高資料速率。

Zigbee 出現得更早，早在 1998 年就已出現，並於 2003 年標準化。它是一種低功耗、低頻寬的無線網路。其熱門應用包括家庭自動化、醫療設備和工業應用。它的最大速率為 250 Kbps，並支援各種頻率和功率範圍。 Zigbee 通常需要網關，因此很少被整合到消費性電子產品中。

Thread、Zigbee 和藍牙網狀網路之間的主要區別：

• 協議基礎：BLE 網狀網路使用藍牙而不是互聯網協議，而 Thread 和 Zigbee 是基於 IP 的。
• 頻段：BLE Mesh 在 2.4 GHz 頻段運作。 Zigbee 可使用 2.4 GHz、915 MHz 或 868 MHz 頻段，視所在地區而定。 Thread 也運作在 2.4 GHz 頻段。
• 訊息傳遞方法：BLE 網狀網路使用託管洪水訊息傳遞，而 Zigbee 和 Thread 使用路由機制。
• RAM 使用情況：Zigbee 和 Thread 設備需要更多 RAM 來儲存路由表。
• 網路密度：BLE Mesh 由於其泛洪方法，更適合低密度 Mesh 網路。 Zigbee 和 Thread 更適合高密度網路。
• 最大設備支援：Thread 每個路由器最多可支援 511 個設備，每個網路最多可支援 32 個路由器。 Zigbee 理論上單一網路最多可支援 65,000 個節點。 BLE Mesh 可支援超過 32,000 個節點。

為什麼要使用我們的藍牙網狀設備

採用新技術可能充滿挑戰。希望這份藍牙網格指南能為您提供一些想法。在 MOKO SMART，我們不僅是供應商，更是藍牙技術的先驅。我們的藍牙物聯網設備系列包括藍牙信標、錨點、閘道器和感測器。

作為物聯網設備原始製造商，我們提供優質可靠的設備，滿足您所有的藍牙 Mesh 需求。如果您正在考慮部署 BLE Mesh 解決方案或尋求 BLE Mesh 產品，歡迎隨時與我們聯繫。

關於藍牙網狀網路的常見問題解答

藍牙Mesh網路可以支援多少個裝置？

單一藍牙Mesh網路最多可支援32,767個裝置。

藍牙 Mesh 網路可以與非 Mesh 藍牙裝置互動嗎？

是的，透過代理節點，藍牙 Mesh 網路可以與常規低功耗藍牙裝置互動。