什么是蓝牙 Mesh 及其工作原理

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蓝牙 Mesh 是 BLE 名副其实的创新, 与具有网状功能的 Zigbee 和 Thread 技术竞争. 这本质上是通过互连节点实现的. 这些节点充当去中心化网络中的点, 共享数据并扩展网络的覆盖范围和功能. 蓝牙 Mesh 的早期, 人们预计这种新的网格技术将被采用到多大 – 自从 BLE Mesh 推出以来所做的预测 2017. 很多人谈到 ” BLE 网状网络” 几年内成为现实. 尽管有潜力, 它没有经历其他 BLE 技术中出现的爆炸性增长.

什么是蓝牙网状网络技术

蓝牙 Mesh 是蓝牙与网状网络的结合.

网状网络, 也称为 “多跳网络”, 是一个网络拓扑. 在网状网络中, 数据可以从任何设备传输到所有其他设备, 实现多对多通信. 即使一台设备出现故障, 网络继续工作.

蓝牙网状网络使用蓝牙低功耗, 带有蓝牙功能的 4.0. 在 2017, 官方蓝牙网状网络 1.0 被释放 (到现在为止还是最新的). 需要明确的是,BLE mesh并不是一种新的无线通信技术, 而是一种网络技术. 它利用并依赖 BLE, 并使用其通信协议栈.

蓝牙网状网络使用受管理的洪泛. 设备可以一对一交谈, 一对多, 或多对多. 通过使用BLE协议进行不同网络节点之间的通信, 形成无通讯盲区的网络. 所有这些都使消息能够比传统蓝牙传输得更远.

蓝牙网状网络如何工作

与传统的一对一连接不同, 蓝牙网状网络创建了一个网络,消息可以在该网络中从一个设备跳到另一个设备,直到到达目的地. 两个设备节点之间可能存在一条或多条路由. BLE 网格通过向所有附近节点广播消息来工作, 然后将它们转发. 此过程将持续进行,直到消息到达其预期目的地(s).

这个 “控制洪水” 即使某些设备超出直接范围或已关闭,也能确保消息到达目标. 设备可以向特定地址发布消息, 其他人可以订阅以接收它们. 这种发布-订阅模式可实现高效的群组通信.

基础知识 蓝牙网状 联网

了解蓝牙网状网络的工作原理后, 掌握该技术的一些关键技术术语和概念很重要. 让我们来分解其中一些:

  • 节点: 当蓝牙设备加入蓝牙 Mesh 网络时, 它变成了 “节点。” 该节点是 BLE 网状网络的参与者.
  • 元素: 每个节点由一个或多个节点组成 “元素。” 元素就像节点内的功能单元. 每个节点至少有一个元素, 但如果它执行不同的功能,它可以有多个元素.
  • 楷模: 元素包含 “智能物联网技术,” 定义节点的特定行为或服务. 模型具有唯一的 ID 号并确定节点可以执行的操作. 蓝牙 SIG 定义的标准模型涵盖了许多常见场景.
  • 信息: 当消息在节点之间发送时, 它们是根据匹配的元素和模型进行过滤的.
  • 地址: 地址用于识别消息的源和目的地.

节点类型:

在蓝牙网状网络中, 有几种类型的节点, 每个人都有特定的角色:

  • 中继节点: 消息发送到发布节点直接无线电范围内的节点. 有一些节点的功能为 “继电器”. 中继器重新传输消息,以便它们可以传播得更远, 在一些 “酒花”.
  • 朋友节点和低功耗节点: LPN 的功耗高度受限. 避免维持较高的接收消息占空比, LPN 与朋友合作. 朋友节点为其 LPN 存储消息,并在 LPN 偶尔轮询时转发它们.
  • 代理节点: 低功耗蓝牙设备, 例如智能手机, 可以通过代理节点连接到网状网络.

了解更多基本概念, 你可以参考 蓝牙网状网络术语表.

BLE 网状系统架构

BLE Mesh协议架构由七层组成, 基于您已经熟悉的 BLE 核心规范构建. 然而, 它添加了复杂的上层功能来创建互连设备的网络. BLE 网格依赖于 BLE 协议栈的可用性.

从下到上, 各层如下:

  1. 承载层
  2. 网络层
  3. 较低的传输层
  4. 上层传输层
  5. 接入层
  6. 模型层
  7. 应用层

承载层定义如何使用底层 BLE 协议栈发送和接收消息. 它支持两种方法: 广告承载 (PB-ADV) 和关贸总协定持有者 (关贸总协定). 多个中间层处理关键任务. 其中包括加密和解密数据, 管理网络配置, 以及消息分段和重组, 等等. 这些层确保消息到达预期目的地, 即使他们需要遍历多个设备.

模型层定义了标准化的典型用户场景, 例如控制照明或读取传感器. 应用层, 位于最顶部, 将这些模型组织成最终用户可以与之交互的有用应用程序.

BLE 网状网络的优点和局限性

BLE Mesh满足智能连接需求 – 大规模, 低电量, 灵活, 和安全. 然而, 它不是一个一刀切的解决方案, 像任何技术一样, 有其优点和缺点.

BLE 网状网络的优点

  • 低功耗: BLE 网状网络, 与其他 BLE 系统一样, 具有低功耗的特点. 因此, 网状网络在覆盖大面积时效果很好,同时节省能源.
  • 网络弹性: 在蓝牙网状网络中, 设备节点可以断开连接而不会产生重大影响. 如果一台设备掉线, 初始节点会持续广播数据. 收件人将在短暂延迟后收到数据包.
  • 灵活性和自我重新配置: 网状网络自行重新配置. 这种灵活性有时比保证速度和更短的延迟更重要.
  • 节点移动性: 在 BLE 网状网络中, 节点可以改变其位置,而不会破坏结构或在传输过程中丢失数据. 只有当节点移出接收器的范围时,数据才会无法到达目的地.
  • 兼容性: BLE 网格节点可以与蓝牙 4.x 和 5.x 设备通信. 蓝牙 4.x 设备可以接收消息,但无法成为成熟的网络节点.
  • 信标集成: BLE 网状网络与蓝牙信标紧密配合. 信标可用于室内室外定位, 传感器网络, 和其他应用.

局限性 BLE 网状网络

  • 数据吞吐量低: 蓝牙网状网络的数据传输速率有限. 仅限于大约 1 兆比特每秒, 甚至更少. 这意味着它不适合需要更快数据传输的应用程序.
  • 高延迟: 蓝牙网状网络用途 “控制洪水”, 因此消息会发送到网络中的所有设备. 消息可能需要很长时间才能到达每个人并得到回复. 节点越多, 可能需要的响应时间越长.
  • 能量消耗: 虽然蓝牙通常被认为比其他技术消耗更少的电量, 在网状网络中情况并非总是如此. 在网格中, 有很多设备. 承担更多任务的设备会消耗更多电池电量. 这是因为他们必须始终监听消息并将其发送到其他设备.
  • 复杂的网络管理: 设置和管理蓝牙网状网络非常复杂,需要广泛的专业知识.

蓝牙 伊什 vs 那里 技术

除了 BLE 网格之外, 其他流行的网状网络技术包括 Zigbee 和 Thread. 这些技术与 BLE 网状网络有很多相似之处.

线, 引入于 2014, 是一种基于 IPv6 的 IoT 网状网络协议. 它最多支持 32 每个网络的路由器和 511 每个路由器的设备数, 适用于高密度网状网. 作为 IP 可寻址解决方案, Thread 可轻松与基于 IPv6 的应用程序集成,并为本地物联网系统提供高数据速率.

Zigbee 的出现要早得多 1998 然后标准化为 2003. 它是一个低功耗, 低带宽无线网络. 流行的应用包括家庭自动化, 医疗设备, 和工业应用. 它有一个 250 Kbps 最大速率并支持各种频率和功率范围. Zigbee 通常需要网关, 因此很少将其内置于消费电子集成中.

线程之间的主要区别, Zigbee, 和蓝牙网状网络:

  • 协议基础: BLE 网状网络使用蓝牙而不是互联网协议, 而Thread和Zigbee是基于IP的.
  • 频段: BLE 网格运行在 2.4 GHz频段. 可以使用紫蜂 2.4 GHz的, 915 兆赫, 要么 868 MHz 频段取决于地区. 线程也运行在 2.4 GHz频段.
  • 消息传递方法: BLE 网格使用托管洪水消息传递, 而 Zigbee 和 Thread 使用路由机制.
  • 内存使用情况: Zigbee 和 Thread 设备需要更多 RAM 来存储路由表.
  • 网络密度: 由于采用洪泛方法,BLE 网格更适合低密度网格网络. Zigbee和Thread更适合高密度网络.
  • 最大设备支持: 线程最多可支持 511 每个路由器的设备数, 最多为 32 每个网络的路由器. Zigbee理论上最多可以支持 65,000 单个网络中的节点. BLE 网格可以支持超过 32,000 节点.

为什么使用我们的蓝牙网状网络设备

采用新技术可能具有挑战性. 我希望这篇蓝牙网状网络指南能给您一些想法. 在MOKO智能, 我们不仅仅是供应商; 我们是蓝牙技术的先驱. 我们的蓝牙物联网设备系列包括蓝牙信标, 锚, 网关, 和传感器.

作为物联网设备原始制造商, 我们提供优质可靠的设备,满足您所有的蓝牙网状网络需求. 如果您正在考虑部署 BLE 网格解决方案或寻求 BLE 网格产品, 请随时联系我们.

有关蓝牙网状网络的常见问题解答

蓝牙 Mesh 网络可以支持多少设备?

单个蓝牙 Mesh 网络最多可支持 32,767 设备.

蓝牙网状网络可以与非网状蓝牙设备交互吗?

是, 通过代理节点, 蓝牙 Mesh 网络可以与常规蓝牙低功耗设备交互.

作者——
黄玉坤
黄玉坤
YK 是 MOKOSMART R 的一位经验丰富的产品经理&D部门拥有十多年智能设备开发经验. 他获得了 PMP 和 NPDP 认证,增加了他在如何驾驭跨职能团队方面的知识. 利用数据驱动的洞察力成功推出了多个 40 连接产品. 具有电子背景 & 工程, YK 擅长将复杂的技术价值主张转化为面向消费者和工业应用的用户友好的物联网解决方案.
黄玉坤
黄玉坤
YK 是 MOKOSMART R 的一位经验丰富的产品经理&D部门拥有十多年智能设备开发经验. 他获得了 PMP 和 NPDP 认证,增加了他在如何驾驭跨职能团队方面的知识. 利用数据驱动的洞察力成功推出了多个 40 连接产品. 具有电子背景 & 工程, YK 擅长将复杂的技术价值主张转化为面向消费者和工业应用的用户友好的物联网解决方案.
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