藍牙Mesh組網的原理、優勢與應用場景
發布時間：2022-9-28 10:54
發布者：郭13824368625
|
藍⽛Mesh⽹絡使⽤，依賴于低功耗藍⽛(BLE)。低功耗藍⽛技術是藍⽛Mesh使用的無線通信協議棧，藍牙BR/EDR能夠與實現一臺設備到另一臺設備的連接和通信，建立“一對一”的關系，大多數人所熟悉的“配對”一詞就是這個意思。 藍牙Mesh能夠讓我們建立無線設備之間的“多對多”（m：m）關系。此外，設備能夠將數據中繼到不在初始設備直接無線電覆蓋范圍內的設備，這樣，Mesh網絡就能夠跨越非常大的物理區域，并包含大量設備。 藍牙Mesh原理 消息發布和傳遞：使用 Wi-Fi 的網絡圍繞一個稱為路由器的中心網絡節點為基礎，所有網絡流量都通過該節點。如果路由器不可用，則整個網絡將不可用。相比之下，藍牙 Mesh 網絡使用一種稱為管理泛洪的技術來傳遞消息。由節點發布的消息將被廣播，而不是直接路由到一個或多個特定節點。所有節點都接收來自自身無線電范圍內的節點的所有消息，如果配置為這樣做，則將中繼接收到的消息。中繼涉及再次廣播接收到的消息，以便距離原始節點較遠的其他節點能接收到廣播的消息。 多路徑交付：藍牙技術使用管理泛洪的一個重要后果是，消息會通過網絡中的多條路徑到達目的地。這形成了高度可靠的網絡，這是在藍牙 Mesh 網絡設計中選擇使用泛洪方法而非路由的主要原因。 泛洪方法：藍牙 Mesh 網絡利用了泛洪方法的優勢，并優化了其操作，使其既可靠又高效。在藍牙 Mesh 網絡中優化泛洪工作方式的措施是使用術語“管理泛洪”的背后。這些措施如下： 1、Heartbeats 心跳消息由節點定期發送。心跳消息向網絡中的其他節點指示發送心跳的節點仍處于活動狀態。此外，心跳消息還包含數據，這些數據使接收節點可以根據到達發送方所需的跳數確定發送方的距離�？梢酝ㄟ^ TTL 字段利用此數據。 2、TTL TTL（生存時間）是所有藍牙 Mesh PDU 都包含的字段。它控制中繼的最大跳數。設置 TTL 可以確保節點不會中繼太多，從而使節點可以控制中繼并節省能量。 心跳消息使節點可以確定每個發布的消息的最佳 TTL 值。 3、 Message Cache 消息緩存必須由所有節點實現。消息緩存包含所有最近收到的消息，如果發現一條消息存在于消息緩存中，表明該節點之前已經收到和處理過該消息，則立即將其丟棄。 4、 Friendship 藍牙 Mesh 網絡中最重要的優化機制可能是 Friend 節點和 Low Power 節點的組合。如所述，Friend 節點提供消息存儲并將服務轉發到關聯的 Low Power 節點。這允許低功耗節點以高效節能的方式運行。 遍歷堆棧 接收到消息的節點將其從底層低功耗藍牙協議棧通過承載層傳遞到 Mesh 協議棧，到達網絡層。 網絡層應用各種檢查來決定是否將消息傳遞到更高的協議棧�；驅⑵鋪G棄。 此外，PDU 具有網絡 ID 字段，該字段提供了一種快速的方法來確定使用哪個 NetKey 對消息加密。如果接收節點上的網絡層無法識別 NetKey，則表明它不具有相應的 NetKey，不是該子網的成員，因此 PDU 被丟棄。還有一個網絡消息完整性檢查（MIC）字段。如果 MIC 檢查失敗，則使用與 PDU 網絡 ID 對應的 NetKey，則將消息丟棄。 消息被發送消息的節點范圍內的所有節點接收，但是當這些節點所屬的網絡或子網而明顯與它們無關時，許多消息將被迅速丟棄。 在上層傳輸層中，沿協議棧向上應用相同的原理。但是，此處的檢查是針對與消息關聯的 AppKey，并由 PDU 中的應用程序標識符（AID）字段標識。如果此節點無法識別 AID，則 PDU 被上層傳輸層丟棄。如果傳輸消息完整性檢查（TransMIC）失敗，則該消息將被丟棄。 組網優勢 手機直連：大量的消費電子產品尤其是手機中集成了藍牙的功能，如耳機、音箱、手環、智能手表、藍牙血糖儀、藍牙燈泡等都具備藍牙功能，因此藍牙能夠提供多品牌更廣泛的互通性。這是藍牙獨特的地方所在，是ZigBee等所望塵莫及的優勢。在配網的過程中，手機作為管理者的角色，授權設備即可連入Mesh網絡，非常簡便靈活，同時又確保了藍牙Mesh網絡的安全性，并且用手機app對各種設備的控制更加的靈活、直接，大大滿足了用戶體驗感，而ZigBee必須要連上網關或類似于網關的設備才能接入手機。 低功耗：在藍牙Mesh當中有兩種設備的特性：一個是Friend，一個是Low power node�？梢员ＷC節點的低功耗性能。比ZigBee等協議的功耗都要低。 廣播技術用于定位和導航：藍牙廣播技術在Mesh中也進行了應用，基于低功耗藍牙廣播技術的資產定位，運動軌跡描述和導航等，都是ZigBee所不具備的特點。從實際應用場景來看，定位和導航服務在物聯網的應用中迅猛發展，必然能催生更廣泛的應用。 應用場景 資產追蹤：低功耗藍牙的廣告模式已成為主動RFID資產跟蹤的一種有吸引力的替代方法。藍牙網格網絡的出現增加了以前低功耗藍牙廣播范圍的局限性，并為建立藍牙網格資產跟蹤解決方案的應用提供了可能性。 樓宇自動化：新的控制和自動化系統，無論它們涉及照明，加熱/冷卻還是安全保護等相關系統，未來的發展趨勢將更加智能。在智能建筑物中部署BluetoothMesh網絡后，建筑物中的數十，數百或數千個無線設備可以可靠，安全地相互通信并傳輸信息。 無線傳感器網絡：無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork，WSN)市場正在迅速增長，特別是在工業領域。藍牙Mesh網絡旨在滿足工業領域的嚴格可靠性，可擴展性和安全性要求。 智能家居：藍牙控制在智能家居系統中擁有得天獨厚的優勢。而其低功耗、傳輸快、距離遠等特點更為藍牙技術在智能家居上的應用增分加彩。隨著無線藍牙技術的進一步發展，產品規模的不斷擴大、技術的日益成熟和價格的下降，藍牙技術逐漸應用到工業領域和家庭中。 |
網友評論