在物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 無線連接的背景下，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能已成為藍牙標(biāo)準(zhǔn)中備受期待的補充。主要是因為此功能可以擴展藍牙網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍以及使用案例。

藍牙特別興趣小組 （SIG）于 2017年推出了藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在有了網(wǎng)狀網(wǎng)選項，藍牙看起來將能夠與其他支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)競爭，例如 ZigBee 和 Thread。

BLE網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

在之前的文章中，我們討論了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以為數(shù)據(jù)包提供多條路徑，并使網(wǎng)絡(luò)與星形拓撲相比更具彈性。

由于網(wǎng)格中的節(jié)點可以充當(dāng)中繼器，因此網(wǎng)絡(luò)的范圍可以擴展到單個無線電的范圍之外。由于這些優(yōu)勢，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的無線通信協(xié)議在其標(biāo)準(zhǔn)中包含了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，以通過多跳操作在地理上擴展網(wǎng)絡(luò)。

例如，Zigbee的網(wǎng)絡(luò)層從一開始就著眼于網(wǎng)狀拓撲要求，盡管 Zigbee 也支持星型配置。

BLE（低功耗藍牙）現(xiàn)在是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的常見選項，于 2017 年開始支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。圖 1 中可以看到一個高級示例。

圖 1. BLE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)示例

與 Zigbee 和 Thread 不同，BLE 是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)競爭的后來者。這應(yīng)該不足為奇，因為藍牙的原始版本被設(shè)計為短距離通信的電纜替代品，而不是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的傳感器密集環(huán)境的連接解決方案。

事實上，藍牙的原始版本，現(xiàn)在通常被稱為經(jīng)典藍牙，以區(qū)別于 BLE，旨在取代 RS-232 電纜。后來，由于使用耳機的免提電話和音樂流應(yīng)用程序等用例，它引起了越來越多的關(guān)注。

網(wǎng)狀選項擴展了覆蓋范圍，并支持在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中部署 BLE，例如家庭自動化，在這些應(yīng)用中，通常需要在由幾堵墻隔開的設(shè)備之間進行通信。

擴展 BLE 應(yīng)用范圍

除了擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍外，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能還通過啟用多對多通信來促進某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實施。BLE 的非網(wǎng)格版本僅支持一對一和一對多通信，如圖 2 所示。

圖 2. 一對一和一對多通信的高級表示

一對一通信的一個熟悉示例是無線音頻流，其中兩個設(shè)備相互連接。BLE 信標(biāo)在一對多拓撲中運行（如圖 3 所示），我們將在后面的文章中深入探討如何建立通信。

圖 3.多對多通信促進了許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

一般來說，信標(biāo)是小型無線設(shè)備，可以重復(fù)傳輸附近的 BLE 接收器可以接收到的恒定信號。信標(biāo)可用于為客戶提供有關(guān)零售中不同產(chǎn)品的有用信息。例如，可以在購物中心部署 BLE 信標(biāo)，向客戶宣傳折扣。可以在大型建筑物內(nèi)定位用戶的室內(nèi)定位系統(tǒng)是信標(biāo)的另一個常見應(yīng)用。

除了一對一和一對多通信外，許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還需要多對多通信。例如，考慮需要使用多部手機控制多個燈泡的家庭自動化用例。燈泡還應(yīng)響應(yīng)來自調(diào)光器和/或占用傳感器的命令。這需要多對多通信，這些通信本質(zhì)上是由網(wǎng)狀拓撲提供的。

Mesh 能力擴展了 BLE 的用例，并允許將其用于具有完全不同形式的應(yīng)用程序中。智能家居/辦公室和工業(yè)控制是一些需要多對多通信的常見應(yīng)用。

我們需要新的 Mesh 協(xié)議嗎？

有人可能會問：如果 Zigbee 和 Thread 等協(xié)議已經(jīng)支持網(wǎng)狀拓撲，為什么我們需要一種新的支持網(wǎng)狀連接的解決方案？

所有這三種協(xié)議都支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的許多基本特性。例如，它們都包括自我修復(fù)的能力，這意味著如果一個節(jié)點被禁用或刪除，網(wǎng)絡(luò)會自動重新配置以進行自我修復(fù)。

但是，這些協(xié)議之間存在重大差異。例如，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使用一種稱為管理泛洪的技術(shù)來通過網(wǎng)絡(luò)路由數(shù)據(jù)包，其中消息簡單地廣播到所有附近的節(jié)點，而 Zigbee 和 Thread 使用其中的完整路由技術(shù)。為從節(jié)點 A 到節(jié)點 B 的消息選擇特定路徑。

根據(jù)應(yīng)用要求和條件，此類差異可能會對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生重大影響。在某些情況下，評估藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的某些方面，例如網(wǎng)絡(luò)延遲、可靠性、可擴展性等，可能并不簡單。有一些研究論文檢查了這些特征并描繪了協(xié)議性能的混合圖景。

我們將在下一篇文章中討論其中的一些細節(jié)。下面將討論藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一些獨特優(yōu)勢。

注意：物聯(lián)網(wǎng)的概念適用于各種各樣的應(yīng)用場景。沒有一種連接解決方案可以很好地服務(wù)于所有應(yīng)用程序。根據(jù)要求，特定協(xié)議可能比其他協(xié)議更適合。

藍牙Mesh的一些獨特優(yōu)勢

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在 BLE 堆棧之上（下圖 4），并使用相同的物理層和鏈路層。

圖 4.藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

大多數(shù)智能手機、平板電腦和筆記本電腦都內(nèi)置了 BLE 芯片，只需要更新軟件即可支持藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。搭載 BLE 芯片的智能手機可以使用Cypress Semiconductor和Silicon Labs等公司提供的移動應(yīng)用程序來建立藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

任何具有藍牙 4.0 或更高版本的智能手機都可以監(jiān)視和控制網(wǎng)狀連接節(jié)點。由于這種普遍性，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的部署可能比其他類似技術(shù)更方便。例如，大多數(shù)手機和平板電腦沒有 ZigBee 芯片，因此，您需要在控制設(shè)備和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)之間增加一個加密狗或網(wǎng)關(guān)。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的另一個獨特功能是它支持信標(biāo)。因此，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可用于多種用途。例如，使用藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的照明系統(tǒng)還可以支持資產(chǎn)跟蹤和室內(nèi)定位以及導(dǎo)航等應(yīng)用。