在物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 無線連接的背景下，網(wǎng)狀網(wǎng)絡功能已成為藍牙標準中備受期待的補充。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。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)絡的標準競爭，例如 ZigBee 和 Thread。

BLE網(wǎng)狀網(wǎng)絡

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

由于網(wǎng)格中的節(jié)點可以充當中繼器，因此網(wǎng)絡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)應用設計的無線通信協(xié)議在其標準中包含了網(wǎng)狀網(wǎng)絡功能，以通過多跳操作在地理上擴展網(wǎng)絡。

例如，Zigbee的網(wǎng)絡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)應用的常見選項，于 2017 年開始支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡。圖 1 中可以看到一個高級示例。

圖 1. BLE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡示例

與 Zigbee 和 Thread 不同，BLE 是網(wǎng)狀網(wǎng)絡競爭的后來者。這應該不足為奇，因為藍牙的原始版本被設計為短距離通信的電纜替代品，而不是物聯(lián)網(wǎng)應用的傳感器密集環(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用程序等用例，它引起了越來越多的關注。

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

擴展 BLE 應用范圍

除了擴展網(wǎng)絡的覆蓋范圍外，網(wǎng)狀網(wǎng)絡功能還通過啟用多對多通信來促進某些物聯(lián)網(wǎng)應用的實施。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，其中兩個設備相互連接。BLE 信標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)應用

一般來說，信標是小型無線設備，可以重復傳輸附近的 BLE 接收器可以接收到的恒定信號。信標可用于為客戶提供有關零售中不同產(chǎn)品的有用信息。例如，可以在購物中心部署 BLE 信標，向客戶宣傳折扣。可以在大型建筑物內定位用戶的室內定位系統(tǒng)是信標的另一個常見應用。

除了一對一和一對多通信外，許多物聯(lián)網(wǎng)應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。燈泡還應響應來自調光器和/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)絡的許多基本特性。例如，它們都包括自我修復的能力，這意味著如果一個節(jié)點被禁用或刪除，網(wǎng)絡會自動重新配置以進行自我修復。

但是，這些協(xié)議之間存在重大差異。例如，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡使用一種稱為管理泛洪的技術來通過網(wǎng)絡路由數(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。為從節(jié)點 A 到節(jié)點 B 的消息選擇特定路徑。

根據(jù)應用要求和條件，此類差異可能會對網(wǎng)絡性能產(chǎn)生重大影響。在某些情況下，評估藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術的某些方面，例如網(wǎng)絡延遲、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用場景。沒有一種連接解決方案可以很好地服務于所有應用程序。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)絡構建在 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)絡協(xié)議棧

大多數(shù)智能手機、平板電腦和筆記本電腦都內置了 BLE 芯片，只需要更新軟件即可支持藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡。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用程序來建立藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡并控制網(wǎng)絡設備。

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)絡的部署可能比其他類似技術更方便。例如，大多數(shù)手機和平板電腦沒有 ZigBee 芯片，因此，您需要在控制設備和 Zigbee 網(wǎng)絡之間增加一個加密狗或網(wǎng)關。

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