蓝牙智能网络——为什么对物联网意义重大?

2021-12-06 15:25:48 admin 129

物联网正在加速进入到我们的日常生活与各行各业之中,人与物、物与物之间的连接互动越来越智能便捷,无线通信成为物联网连接中的无形桥梁,而蓝牙作为主流无线通信技术,在物联网应用中起到了至关重要的作用。蓝牙智能网络是一种有趣的短距离无线电技术,可将微型设备连接到物联网。


目前物联网应用的无线通信技术众多,WiFi、ZigBee以及NB-Iot技术都是物联网发展的强力支撑,且都在物联网各领域有着广泛的应用场景。那么,为什么我们需要选择蓝牙呢?


对此,SIG高级战略规划总监Chuck Sabin 表示,物联网的连接根据应用场景的不同具有多种模式,蓝牙可以实现多层次的连接,如音频、定位以及物联网领域的应用连接,可以使得应用厂商更好的满足客户需求。此外,蓝牙是一种非常成熟的技术,在手机、平板电脑和其它PC设备及智能穿戴中都已经很普遍的应用了蓝牙技术。同时,蓝牙的全球互联互通性好,这对于想要开发普及性产品的人来说,蓝牙是一种非常好的选择。而且,随着蓝牙Mesh技术的不断完善,蓝牙对于物联网的适用性将会更强大。

在这篇文章中,我们将介绍一个候选者:蓝牙低功耗 (BLE)。


蓝牙技术已经被广泛部署。 ABI Research 预测,到 2018 年,市场上将有超过 100 亿台支持蓝牙的设备。 BLE 提供超低功耗无线通信——如果我们想连接由微型电池供电的设备,这是必不可少的。

为什么是 BLE 网格?


蓝牙智能在网络覆盖范围、传输范围和点对点通信方面存在一些限制,这些都限制了 BLE 适用的用例。


多跳网状网络技术可以使蓝牙智能应用在更广泛的用例中。 Zigbee、ANT 和 WirelessHART 等典型的竞争性短距离无线技术支持网状网络。蓝牙智能的本质特性决定了其网状网络将不同于其他短距离技术。


什么是 BLE 网格?


通常,无线网状网络是建立在许多固定和移动节点上的网络,这些节点为对等传输提供强大的多跳通信。将单跳 BLE 网络转换为网状网络存在一些挑战。以拓扑为例:大多数现成的 BLE 芯片组都具有兼容蓝牙 4.0 版的固件实现。然而,4.0 版本对点对点网状网络具有固有的拓扑限制:支持的称为“Piconet”的拓扑是主从连接网络,不允许多跳通信。从 4.1 版本开始,BLE 拓扑引入了“Scatternet”,它使一个或多个从节点的主节点同时成为另一个节点的从节点。 Scatternet 绝对使多跳连接成为可能。然而,它本质上并没有改变基于微微网的非对称拓扑模型,其中中继节点只有在与相应的发送器/接收器建立主从连接后才能在数据通道中接收/中继消息。这一挑战需要创新的解决方案来克服这些限制。


蓝牙智能Mesh在采用更实用的mesh技术方面具有后发优势。一些现有的网状网络技术已经流入蓝牙智能网状网络。例如,Nordic Semiconductor 在 Github 上发布了“BLE 重播网格实现”。开源代码使用了一种称为 Trickle Algorithm 的算法。涓流算法最初设计用于在无线传感器网络中以受控的发送速率传播小数据包,而不是泛洪。自 2004 年发布以来,它主要在基于 IEEE 802.15.4 无线电的平台中实施和评估。


为什么 BLE 网格对物联网和网络社会有意义?


毛细管网络中的短距离无线电设备(例如 BLE 设备)可以通过毛细管网关连接到 Internet。然而,此类具有单跳网络拓扑的设备的短传输范围阻止了 IoT 应用程序的用例在大量设备上运行。 BLE 网格通过为大量本地 BLE 设备提供点对点和强大的多跳连接来实现这些用例。通过这种方式,物联网应用数据可以通过网状网络和网关在任何本地 BLE 设备和互联网之间交换。


蓝牙历史


爱立信于 1994 年发明了蓝牙;这取代了手机和耳机之间的有线通信。到2014年,蓝牙在所有手机中的渗透率已经达到90%!蓝牙 SIG 于 2010 年采用的低功耗蓝牙 (BLE) 极大地扩展了蓝牙生态系统。 Bluetooth Smart 的初衷是通过使用超低功耗无线通信,在移动设备或 PC 与手表、无线键盘、玩具、运动传感器和其他小型纽扣电池供电设备之间提供连接。


标准化


蓝牙 SIG 最近宣布,蓝牙低功耗网状网络的标准化工作已经开始;并且已经启动了一个研究小组来研究网状网络的主题,以期定义行业标准蓝牙网状网络协议。巧合的是,蓝牙规范 4.2 版最近发布了一个可选配置文件,即互联网协议支持配置文件 (IPSP),它使 6LowPAN(通过 BLE)兼容的设备能够发现彼此并相互通信。蓝牙 SIG 在推动 BLE 设备直接与互联网连接方面迈出了一大步。

BLE 网格的未来


得益于 BLE Mesh 的网络覆盖,该能力将在许多现有的使用场景中得到极大的扩展。例如,通过网状网络,即使中间有障碍物,您也可以使用遥控钥匙或智能手机控制家中任何地方的任何灯泡。 BLE 网格的稳健性也使其成为监控和安全等特殊用例中无线通信的理想选择。

与毛细管网关一起,BLE 网状网络将提高蓝牙技术在物联网应用中的能力,例如在您离开办公室时将家庭供暖、通风和空调系统从舒适模式调节到节能模式。


BLE 网状网络的点对点通信能力将使一些新兴应用受益。以“场景”应用为例:入口处的占用传感器可以广播您在家中的存在,然后打开灯并开始播放音乐;打开电视后,APP播放“进入电视场景”,自动调节灯光和温度。


我们相信 BLE 网格将扩展许多现有应用程序,并在不久的将来触发 BLE 技术的新兴用例。




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