藍牙物聯網產品與應用可能很多人還不是很了解，但是做一項通訊技術，相信大多數人都有接觸藍牙產品，比如說智能手機與電腦上面都之處藍牙連接，還有汽車的揚聲器、無線鼠標等等。而藍牙在物聯網領域中的應用則更多的是在城市與工業場景中進行大規模的Mesh網絡進行設備的鏈接。

從點對點到mesh，藍牙的進化之路

自1994年電子工程師Jaap Haartsen在瑞典為愛立信工作時發明藍牙技術以來，藍牙技術已經取得了長足的進步。他認為，這種技術可以替代RS-232數據線。自上世紀60年代以來，RS-232數據線一直是連接電腦和外圍設備的標準。

Haartsen使用了ISM頻段使 (從2.4 GHz到2.485 GHz)，在幾米的短距離內發送小而簡單的數據包，從而打破了數據線這一標準。

1998年，Haartsen在創建藍牙特別興趣小組(SIG)方面發揮了關鍵作用，該小組類似于3GPP和LoRa Alliance這樣的標準制定機構，將藍牙技術逐漸推廣至世界。

使用藍牙物聯網應用實現業務目標

目前市面上有各種各樣的連接技術，包括NB-IoT、eMTC、LoRa等等，因此企業在選擇使用何種連接技術的時候需要考慮以下幾個問題：

首先要明確公司發展IoT的業務目標是什么，只有目標明確，才能進行更好的技術選擇。

其次，要考慮公司所處的行業以及用戶的物理環境如何，因為連接技術需要因物理環境不同而變動。

然后，就是公司的業務是否有涉及在室內室外都有覆蓋。

接著，就是要考慮公司的應用環境是否有現成的電源，或者這些設備需要電池驅動?

最后，就是確定在項目中發送的數據數小數據包還是視頻/音頻等大數據包。

藍牙的優勢與缺點

藍牙的技術特點就是低功耗，理論上無限的可擴展性和新興藍牙Mesh網絡的自組網可靠性，這種特性使得它能夠在室內資產跟蹤場景非常的合適。

當然，藍牙也不是萬能靈丹妙藥，它也有著自身的缺陷，比如說，傳輸距離短便是一個明顯問題，這也限制了它的應用，例如，它不能很好地跟蹤港口或石油鉆井平臺上的水下資產。藍牙2.4 GHz的信號不能穿透水井。對于需要通過網絡發布視頻、音頻或生物特征信息的安全解決方案來說，藍牙也是一個糟糕的選擇。

藍牙物聯網應用的體系結構

要理解為什么最近藍牙標準的變化對物聯網應用來說意義重大，我們必須首先深入研究藍牙“堆?！保岸褩！北举|上意味著協議、流程和應用程序的自底向上分層，其中每個較高的層依賴于下面的層，并以此為基礎構建。最新的藍牙規范IoT-Bluetooth mesh必須在BLE 4.0或者5.0上進行設計。因此，新興的藍牙網格堆棧由三個堆棧層組成:核心層、BLE層和頂部的網格層。

藍牙網格堆棧圖

藍牙拓撲:點對點、廣播、Mesh

在過去的24年里，藍牙的拓撲也在不停的經歷著變化，以適應市場的需求，從最初的點對點演化至點對多的廣播式再到最新的多對多的Mesh網絡。

點對點：就是藍牙作為兩種設備配對的一種方式，比如我們使用的無線鼠標之于電腦就是這種連接。

一對多:藍牙是一種讓一臺設備向多臺設備廣播信息的方式，反之亦然。例如使用一臺手機可以在智能揚聲器上播放音樂，同時向投影儀投射照片。

多對多:藍牙是將許多設備連接到其他設備的一種方式，就像在蜘蛛網中一樣，示例:將倉庫中數百上千個頭頂燈相互連接，根據活動和個人喜好自動調暗和點亮燈。

藍牙拓撲圖

從點對點到mesh，藍牙的進化之路

藍牙低功耗技術(BLE)，藍牙的重要演進

2009年推出的藍牙低功耗(Bluetooth Low-Energy 簡稱BLE)技術為物聯網領域的未來應用奠定了基礎。BLE是一種主要針對小型物聯網應用(如可穿戴設備和廣播信標)的規范，這些應用需要設備以最小的功耗發送少量數據。Bluetooth SIG對Bluetooth Classic技術進行了幾項更改，以使其在不影響通信范圍的情況下減少耗電量，功耗降低了95%到99%(取決于用例)。將消息加密升級到128位AES-CCM(政府級別)。

在上表中，我們可以看到活動節點的數量從7個增加到“無限制”。在這項技術使得藍牙成為從小型個人應用向大規?？蓴U展物聯網解決方案的轉變關鍵。

藍牙Mesh:專注于物聯網的連接

藍牙SIG在2017年宣布了“mesh標準”，規范了理論上無限多對多的BLE特性。以前的藍牙拓撲主要是關于人和事物之間的接口。雖然最終目標仍然是放大人類的潛力，但Mesh拓撲結構基本上是關于事物如何大規模的相互通信。

全方位的連接以及跟可靠的通信

在Mesh網絡中，所有節點都充當發射機、中繼器和接收機的角色。從它的起源，一個給定的消息從一個節點跳到另一個節點是全方位的，而不是線性的。想象一個蜘蛛網而不是一條高速公路。因此，該拓撲消除了網關故障的問題，因為網格通過在死節點周圍推送消息自動“自修復”。網格網絡的區域也可以添加或刪除，除了配置和狀態配置之外沒有什么麻煩。因此，拓撲不僅是健壯的，而且是模塊化的。

對大量信息進行更高效的管理

使藍牙網格具有健壯拓撲的許多特性都源于藍牙SIG對“flooding”技術的改進。flooding類似于互聯網的工作方式。當一個給定的mesh節點發布數據時，它通過“flooding”所有直接范圍內的節點來完成。這些節點依次淹沒了它們所能到達的所有節點，以此類推。而且，由于只有顯式地處理或“訂閱”節點才能對通過它們的數據進行操作，所以企業可以將每個設備作為中繼，而不是依賴網關。

雖然“flooding”聽起來效率很低，但是它支持光滑的硬件設計、簡單的命令執行和節點之間的短距離跳躍——效率直接轉化為低功耗、低單位成本和可伸縮性?！癕anaged flooding”是BLE網格中使用的flooding的一種改進。它使標準化的Mesh網絡在可伸縮的藍牙物聯網應用中更有效地運行。

Managed flooding在Mesh拓撲的具有以下幾個技術特性：

每個網格節點定期發出“心跳”，以提醒附近的節點它是活動的，并準備好傳遞消息。

接收到給定心跳的節點可以計算到心跳原點的距離。當你限制了Mesh網絡的“跳數”時，允許網絡通過選擇消息的最佳生存時間(TTL)值來節省能量。

Mesh可以劃分為“子網”，這些子網將大量的消息解析為不同的網絡區域，從而在為拓撲增加最小維度復雜性的同時節約能源。

每個節點緩存通過它的每個消息，因此當消息淹沒節點時，它知道丟棄而不是中繼其緩存包含的任何消息。緩存使節點能夠管理信息流，同時保持電路簡單和節約能源。

友誼和代理

“友誼”是新的Mesh拓撲結構的一個整潔的特性，它允許它進一步管理大量的消息，同時也節約能源。

即你可以提供一些設備作為低功耗節點(LPNs)，另一些設備作為它們的“朋友”。他的朋友通常不受電力限制(也就是說，他們連接的是電網而不是電池)。在沒有電源限制的情況下，朋友節點貪婪地監聽LPN，并將發送到LPN的消息排成隊列，就像語音信箱一樣，而LPN則關閉接收器以節省電源。當LPN周期性地醒來時，它可以詢問朋友是否有消息存儲，在接收器上翻轉，并讓朋友節點在LPN返回睡眠之前以突發方式發送整個隊列。

這允許解決方案提供者利用廣播藍牙拓撲的優點，但在一個靈活的mesh框架內，根據用例的特定數據和電源需求裁剪最終結果。

Mesh拓撲的最后一個令人興奮的特性是，它可以在沒有網格堆棧的情況下與藍牙設備進行接口和包含。較老的可兼容BLE的設備包括BLE自2009年推出以來售出的數十億部智能手機。能夠使用舊技術與Mesh網絡交互的好處是顯而易見的。

回想一下，網格堆棧是層在BLE堆棧之上。考慮到所有BLE設備都有一個通用屬性(GATT)配置文件。如果你提供一個網格節點作為代理，它將公開一個GATT接口，任何BLE設備都可以通過該接口“連接”Mesh網絡并與其節點交互。總之，mesh的代理協議使其向后兼容。

未來將是一個混合的網絡

雖然，mesh對于藍牙來說是一個重要的進步，但是我們還是需要理性看待技術的進步，從目前看來，混合連接也越來越受到重視，愛立信認為，Mesh網絡的真正力量可能在于代理協議。

更具體地說，這種能力可能來自于多模技術的、支持ble的設備，這些設備作為“毛細管通道”作用于其他連接模式，例如蜂窩網絡。最終結果將是一個混合核心網絡。這種混合網絡將更具有適應性、模塊化和可伸縮性，而不是Mesh網絡保持離散和隔離。

當用例需要的時候，為什么未來不應該是混合的呢?

當然，技術的使用還是由應用決定。一些應用將通過單一的連接模式得到最好的服務，但另一些應用可能從混合連接模式中獲益，以提高可靠性、擴展性和實用性。未來，物聯網的應用也將是多元與混合的，應用場景將會跨越室內室外、山川海洋、城市與農村，所以我們也需要更加集成的物聯網方案。