藍牙Mesh組網(wǎng)的原理、優(yōu)勢與應用場景

藍?Mesh?絡使?，依賴于低功耗藍?(BLE)。低功耗藍?技術是藍?Mesh使用的無線通信協(xié)議棧，藍牙BR/EDR能夠與實現(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡就能夠跨越非常大的物理區(qū)域，并包含大量設備。

藍牙Mesh原理

消息發(fā)布和傳遞：使用 Wi-Fi 的網(wǎng)絡圍繞一個稱為路由器的中心網(wǎng)絡節(jié)點為基礎，所有網(wǎng)絡流量都通過該節(jié)點。如果路由器不可用，則整個網(wǎng)絡將不可用。相比之下，藍牙 Mesh 網(wǎng)絡使用一種稱為管理泛洪的技術來傳遞消息。由節(jié)點發(fā)布的消息將被廣播，而不是直接路由到一個或多個特定節(jié)點。所有節(jié)點都接收來自自身無線電范圍內的節(jié)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(jié)點較遠的其他節(jié)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(wǎng)絡中的多條路徑到達目的地。這形成了高度可靠的網(wǎng)絡，這是在藍牙 Mesh 網(wǎng)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(wǎng)絡利用了泛洪方法的優(yōu)勢，并優(yōu)化了其操作，使其既可靠又高效。在藍牙 Mesh 網(wǎng)絡中優(yōu)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(jié)點定期發(fā)送。心跳消息向網(wǎng)絡中的其他節(jié)點指示發(fā)送心跳的節(jié)點仍處于活動狀態(tài)。此外，心跳消息還包含數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)使接收節(jié)點可以根據(jù)到達發(fā)送方所需的跳數(shù)確定發(fā)送方的距離?？梢酝ㄟ^ TTL 字段利用此數(shù)據(jù)。

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(shù)。設置 TTL 可以確保節(jié)點不會中繼太多，從而使節(jié)點可以控制中繼并節(jié)省能量。
心跳消息使節(jié)點可以確定每個發(fā)布的消息的最佳 TTL 值。

3、 Message Cache

消息緩存必須由所有節(jié)點實現(xiàn)。消息緩存包含所有最近收到的消息，如果發(fā)現(xiàn)一條消息存在于消息緩存中，表明該節(jié)點之前已經(jīng)收到和處理過該消息，則立即將其丟棄。

4、 Friendship

藍牙 Mesh 網(wǎng)絡中最重要的優(yōu)化機制可能是 Friend 節(jié)點和 Low Power 節(jié)點的組合。如所述，F(xiàn)riend 節(jié)點提供消息存儲并將服務轉發(fā)到關聯(lián)的 Low Power 節(jié)點。這允許低功耗節(jié)點以高效節(jié)能的方式運行。

遍歷堆棧

接收到消息的節(jié)點將其從底層低功耗藍牙協(xié)議棧通過承載層傳遞到 Mesh 協(xié)議棧，到達網(wǎng)絡層。
網(wǎng)絡層應用各種檢查來決定是否將消息傳遞到更高的協(xié)議棧棧或將其丟棄。
此外，PDU 具有網(wǎng)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(jié)點上的網(wǎng)絡層無法識別 NetKey，則表明它不具有相應的 NetKey，不是該子網(wǎng)的成員，因此 PDU 被丟棄。還有一個網(wǎng)絡消息完整性檢查（MIC）字段。如果 MIC 檢查失敗，則使用與 PDU 網(wǎng)絡 ID 對應的 NetKey，則將消息丟棄。
消息被發(fā)送消息的節(jié)點范圍內的所有節(jié)點接收，但是當這些節(jié)點所屬的網(wǎng)絡或子網(wǎng)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(xié)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(lián)的 AppKey，并由 PDU 中的應用程序標識符（AID）字段標識。如果此節(jié)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(wǎng)優(yōu)勢

手機直連：大量的消費電子產(chǎn)品尤其是手機中集成了藍牙的功能，如耳機、音箱、手環(huán)、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(yōu)勢。在配網(wǎng)的過程中，手機作為管理者的角色，授權設備即可連入Mesh網(wǎng)絡，非常簡便靈活，同時又確保了藍牙Mesh網(wǎng)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(wǎng)關或類似于網(wǎng)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(jié)點的低功耗性能。比ZigBee等協(xié)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(chǎn)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(lián)網(wǎng)的應用中迅猛發(fā)展，必然能催生更廣泛的應用。

應用場景

資產(chǎn)追蹤：低功耗藍牙的廣告模式已成為主動RFID資產(chǎn)跟蹤的一種有吸引力的替代方法。藍牙網(wǎng)格網(wǎng)絡的出現(xiàn)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(wǎng)格資產(chǎn)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(tǒng)，無論它們涉及照明，加熱/冷卻還是安全保護等相關系統(tǒng)，未來的發(fā)展趨勢將更加智能。在智能建筑物中部署B(yǎng)luetoothMesh網(wǎng)絡后，建筑物中的數(shù)十，數(shù)百或數(shù)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(wǎng)絡：無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)市場正在迅速增長，特別是在工業(yè)領域。藍牙Mesh網(wǎng)絡旨在滿足工業(yè)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(tǒng)中擁有得天獨厚的優(yōu)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(fā)展，產(chǎn)品規(guī)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(yè)領域和家庭中。