通过BLE网状网络扩展物联网解决方案的强大功能

作者：Prakruti Patel，Shruti Garg

2019 年，低功耗蓝牙市场估计为 47.746 亿美元，预计 2020-2024 年的复合年增长率为 19.7%。这表明BLE在物联网领域的其他无线通信协议中的普及正在迅速增长。直到 2017 年 7 月，BLE 能够以有限的范围覆盖范围进行一对一和一对多拓扑应用。随着 2017 年 7 月网状拓扑的加入，BLE 应用进一步扩展到需要各种高能效传感器网络的行业的多对多拓扑。

BLE网状网络如何工作？

将新设备添加到网状网络的过程称为配置，帮助新设备连接到网状网络的设备称为配置器。连接到网状网络的每个设备称为一个节点。节点使用消息相互通信。管理洪水和非对称结构技术用于控制网格流量并使其节能。

管理洪水

BLE 网格使用托管泛洪中继方法将消息从源发送到目标节点。这反过来又优化了操作，以确保泛洪不会在网络上产生大量流量。

心跳：每个节点定期发送检测信号消息，以通知其他节点它处于活动状态。它还可以帮助收件人节点计算将消息发送到心跳源节点所需的希望数。

TTL：每条消息都包含一个生存时间 （TTL） 值，该值限制消息可以在网络中中继的次数。每次接收并中继消息时，TTL 值都会递减 1。检测信号消息可帮助源节点设置正确的 TTL 值。

消息缓存：每个节点为最近收到的消息维护一个消息缓存。每当节点收到消息时，它都会检查本地缓存的中继消息列表，并忽略是否已存在。

不对称结构

网状网络由异构节点组成，考虑到其配置（如电源和处理能力），这些节点可能不支持或很少支持 4 个功能。

中继：允许节点作为中间节点为其他人中继消息，这有助于网状网络实现大覆盖范围和可靠性。

代理：允许节点作为中介，以实现网状网络与不具有网状功能的 BLE 设备之间的通信。

低功耗：允许功耗敏感型节点始终跳过活动状态，并按编程唤醒自身并在活动时间接收消息。

朋友：允许与低功耗节点建立友谊关系。低功耗节点的消息将发送到相关的 Friend 节点，该节点在低功耗节点处于睡眠状态时存储其消息。当低功耗节点变为活动状态时，它会从相关的好友节点接收消息。

BLE网状网络如何在智能家居中工作？

让我们假设一个带有走廊和 3 个房间的智能家居， 这将有助于我们了解 BLE mesh 如何在不在该设备的 BLE 范围内的情况下将消息发送到任何节点。每个房间至少有1个灯泡。客厅和卧室也配有恒温器，用于控制温度。

智能手机应用程序扮演配置器的角色，在单个网状网络中添加灯泡和恒温器，通过交换消息来实现它们之间的通信。

要与恒温器T2通信，最直接的方法是通过blub B1-B5传递消息并到达恒温器T2。但是，这条最短的路径可能会被家中的墙壁或其他金属器具阻挡。在这种情况下，中继节点 B2-B3-B4-B5 可以帮助智能手机应用程序到达恒温器 T2。

智能手机应用程序用于与恒温器T2通信，恒温器不支持BLE网状网络，但支持BLE。因此，智能手机应用程序必须找到一个代理节点，该节点可以作为中介与网状设备进行通信。灯泡B1是这里的代理节点，它从智能手机应用程序接收消息并将消息发布到整个网状网络。

走廊中的灯泡B3只是一个中继节点，它在网络中传输消息。灯泡 B4 和 B5 用作恒温器 T1 和 T2 的好友节点，这些节点抽象为低功耗节点。

这是一个演示BLE网格在智能家居中的应用的简单示例。但是，BLE网格使智能家居能够提供高级家庭自动化功能，如组，场景，日程安排管理等等。

为什么支持 BLE 网状网络的解决方案更可取？

BLE网状网络提供了某些优势，这使得它更可取：

全球互操作性：一个供应商开发的产品可与另一个供应商制造的产品无缝配合使用，无需额外工作

出色的向后兼容性：在代理概念的帮助下，BLE网状网络向后兼容所有不支持网状协议的BLE设备。

成本效益：大多数智能手机都支持BLE 4.0 / 5.0。因此，支持 BLE Mesh 的解决方案可以轻松利用手机，而无需客户购买额外的硬件设备

端到端安全性：在BLE网状网络中， 安全性是强制性的，不能关闭。它提供了从配置过程到处理消息的完整流程安全设计

功率效率：与其他网状网络技术相比，BLE Mesh使用低功耗蓝牙和友谊概念，以保持功耗优化

审核编辑：郭婷