Bluetooth® 网状网络和家庭自动化-电子发烧友网

当Bluetooth ® 5.0 规范于 2016 年推出时，它提供了比以前的标准高得多的数据速率，并为引入许多蓝牙低功耗 (BLE) 网络功能铺平了道路，特别是那些强调互联网新兴需求的功能物联网 (IoT) 应用程序。仅仅一年后，即 2017 年 7 月 31 日，蓝牙网状网络设备属性 1.0 发布，支持提供基于蓝牙的多对多通信。网格规范允许多达 32,767 (2 15 ) 个节点，使其非常适合部署在广泛的物联网和智能家居应用中，在这些应用中需要连接大量单独的设备。

用于智能家居应用的蓝牙网状网络

对于智能家居和家庭自动化应用，蓝牙网状网络为许多新产品开辟了机会。一个很好的例子是现在可以买到的蓝牙控制灯泡的兴起。消费者可以从家里的几个灯泡开始，也可以更换家里的所有灯泡，蓝牙网状网络将负责将它们配置到特定的一组或一组灯中（例如走廊、餐厅、厨房、卧室等）。 ). 允许蓝牙网状网络在家庭自动化应用中成功采用的另一个属性是蓝牙网状网络在 BLE 协议之上工作。这使蓝牙网状网络能够向后兼容蓝牙 4.0，并确保消费者可以将旧设备整合到网状网络中。

蓝牙网状星形拓扑

网状网络不是通过单个网络集线器或星形拓扑来限制通信，而是允许通过多个节点发送和中继消息。网状网络还可以同时寻址和控制网络中的多个设备。蓝牙网状网络方法将网络的物理范围扩展到蓝牙距离限制之外，通过冗余增加网络弹性，并提供显着扩展部署的能力。网格可以继续扩展工作范围，克服传统蓝牙设备遇到的范围限制。此外，通过网络“结构”中继的消息的本质意味着没有单点故障，这赋予了它自我修复的能力。

网格节点和泛洪技术

在蓝牙中，mesh 节点分为四种不同的类型：中继、低功耗、朋友和代理（图 1）：

图 1：包括所有节点类型的蓝牙网状网络示例：中继、低功耗、朋友和代理。（来源：赛普拉斯）

中继节点：这些节点需要始终保持清醒状态，因此会消耗更多电量。中继节点的功能是通过网络接收和转发消息包。在我们的照明示例中，中继节点将由市电供电，因此它们不太可能有能源供应问题。

低功耗节点：这些节点通常由电池供电，并且通常在大部分时间处于节能睡眠模式。

好友节点：低功耗节点始终与好友节点相关联，好友节点根据约定的时间表存储和转发消息。用于在黄昏和黎明控制外部灯光的环境光传感器是低功耗节点的一个示例。

代理节点：这些节点使不符合 BLE 标准的设备能够通过使用蓝牙通用属性 (GATT) 配置文件接口连接到网格中。

网格使用广播到所有或“泛洪”技术运行，以将消息发送到网络中的每个节点，直到消息到达其目的地。消息可以针对单个节点、节点组或所有节点。例如，组地址可用于打开餐厅中的所有灯，每盏灯几乎没有延迟地接收命令。发布和订阅技术链接网状网络中的不同节点类型。例如，餐厅中的一组灯“订阅”由位于房间中的电灯开关“发布”的开/关命令。

赛普拉斯 EZ-BT™ 网格评估套件 (CYBT-213043-MESH)

即使对于经验最丰富的工程师来说，着手设计一款基于蓝牙网状网络的新产品也会让人望而生畏。Bluetooth 特别兴趣小组 (SIG) 通过发布已通过 Bluetooth Qualification Process 的模块和片上系统 (SoC) 供应商列表来提供帮助，但除此之外，工程师将有许多与组件规范相关的问题、软件堆栈、开发工具和参考设计。在这种情况下，赛普拉斯脱颖而出，成为拥有答案并提供所有关键元素以完成蓝牙网状网络设计的供应商。

赛普拉斯 EZ-BT™ 网状网络评估套件 ( CYBT-213043-MESH ) 是完整评估平台的绝佳示例，旨在实现和评估蓝牙 SIG 网状网络功能（图 2）。该套件包含四个独立的评估板，每个评估板包含一个基于 Cypress CYW20819 的 CYBT-213043-02 模块、一个热敏电阻、光传感器和 PIR 运动传感器。CYW20819 是一款超低功耗、双模蓝牙 5.0 SoC，已通过蓝牙 mesh 1.0 规范认证。该评估平台非常适合需要低功耗蓝牙 (BLE) 网状网络功能的设计，例如传感器节点、照明和智能家居应用。

图 2：Cypress CYBT-213043-MESH 评估套件使您能够快速评估您的蓝牙 SIG Mesh 设计。（来源：赛普拉斯）

赛普拉斯提供了用于实现所有节点类型的设备、参考设计和辅助应用程序的完整列表，从而可以尽可能快速且经济高效地加快蓝牙网状网络产品的原型设计、开发和测试。Cypress 完全认证的模块和 SoC、固件和开发套件消除了使用网状堆栈规范底层协议的复杂性，让开发团队专注于在尽可能短的时间内将最终产品推向市场。一个例子是一系列 Microsoft Windows、Android 和 Apple iOS 帮助应用程序，它们提供预构建的源代码示例，以进一步加快与 Cypress 网格产品系列交互的移动应用程序的开发（图 3）。