了解藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡、市場設備支持和安全性

藍牙技術是享譽全球的品牌之一，也是全世界應用最為普遍的無線通信技術之一。從2000年到現(xiàn)在，藍牙技術已經廣泛應用于數(shù)十億臺設備。就2016年而言，制造商的藍牙設備出貨量更是超過30億臺。

藍牙的創(chuàng)新步伐從未停止。自面世以來，每一次改進都系統(tǒng)嚴謹，緊跟市場需求，一直支持和鼓勵創(chuàng)新。

藍牙技術令人驚嘆的故事還在繼續(xù)著，藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡翻開了最新篇章，150家藍牙技術聯(lián)盟會員公司都參與了mesh的創(chuàng)建。

這是系列文章中的第一篇，將向您介紹藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡。我們從兩篇概述開始, 后續(xù)篇章中將更詳細地探討技術的各個方面。

風格 OR 特性

對藍牙技術感興趣的朋友一定有這樣的習慣：定期查看藍牙技術聯(lián)盟采用的新版本。

通常，新版本為藍牙提供附加特性，或者以某種方式改進現(xiàn)有功能。不管怎么說，藍牙全新的“風格”已經面世；一款風格出眾的藍牙技術變體，將以完全不同的方式利用無線電，并針對一系列廣泛的用例設計和應用進行了優(yōu)化。

藍牙基礎速率/ 增強資料速率（BR / EDR）是藍牙發(fā)布的第一款風格，旨在替代纜線連接，很快就成為無線音頻市場的主宰，并推動了新型計算機外設（如無線鼠標和鍵盤）的發(fā)展。

藍牙基礎速率/ 增強資料速率（BR / EDR） 引發(fā)無線個人音頻變革

隨后登場的是低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）。它經過優(yōu)化，極大程度地減少了設備功耗，僅使用硬幣大小的電池就能實現(xiàn)無線操作和通信，運行數(shù)年不在話下。

低功耗藍牙現(xiàn)已被廣泛采用。如今很難找到不支持低功耗藍牙的智能手機或平板電腦。健康、運動和健身器材，如運動追蹤設備、以及智能手表等可穿戴設備，都有賴于低功耗藍牙技術。這一款藍牙風格可謂影響深遠。

低功耗藍牙是推動可穿戴設備發(fā)展的重要技術

“那么藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡是藍牙的全新風格呢？還是新特性呢？”

其實兩者都不是?，F(xiàn)在就讓我們來深入探討一下這項驚人的、全新的藍牙技術，同時了解mesh與藍牙其他形式之間的關系和自身工作原理。

三大重要技術

藍牙BR / EDR和低功耗藍牙是智能手機等設備上的常用技術，但是它們不會互相依賴對方的服務和功能。針對所有的意圖和目的，這兩款風格的藍牙技術都能彼此獨立工作。事實上，雖然他們能在同一臺設備上很好地共存，但是使用藍牙BR / EDR的設備與低功耗藍牙設備之間卻無法進行通信。對于它們來說，有彼此相伴固然開心，但彼此之間卻沒有對話。

相比之下，藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡使用、并且依賴于低功耗藍牙。低功耗藍牙技術是藍牙m(xù)esh使用的無線通信協(xié)議棧。

“藍牙m(xù)esh并非無線通信技術，而是一種網(wǎng)絡技術?！?/p>

下圖顯示了藍牙BR / EDR、低功耗藍牙和藍牙m(xù)esh之間的關系。

藍牙m(xù)esh和低功耗藍牙之間的關系

關于拓撲

從最基本的層面來講，藍牙BR / EDR能夠實現(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”（pairing）一詞就是這個意思。一些設備能夠與其他設備建立多重“一對一”通信關系，并形成一種稱為“微微網(wǎng)”（piconet）的hub/spoke拓撲 。

藍牙BR / EDR和一對一拓撲

低功耗藍牙設備還能與其他設備形成“一對一”和hub/spoke關系，以無連接方式進行工作，其廣播的數(shù)據(jù)，位于直接無線電傳輸圍內的任何其他設備都可接收。這是“一對多”（1：m）的拓撲，其中m可以是一個非常大的數(shù)量！如果接收廣播的設備本身不進行數(shù)據(jù)傳輸，那么廣播設備的無線電頻譜就僅僅是針對自己而言的，同時對于能夠接收和利用其廣播的其他設備數(shù)量沒有明確的限制。藍牙Beacon是這項功能的一個絕佳案例。

低功耗藍牙和廣播

藍牙m(xù)esh能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其他設備。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網(wǎng)絡和多對多拓撲

mesh網(wǎng)絡的動機

對于滿足日益普及的各種通信需求，mesh拓撲結構能提供最佳的方式，因此藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡應運而生，典型的應用包括樓宇自動化和傳感器網(wǎng)絡等。這些通信需求包括：

覆蓋面積廣

“直聯(lián)互通性”

監(jiān)測和控制大量設備的能力

經優(yōu)化的、低功耗的

有效利用無線電資源，有可擴展性

與當前市場上的智能手機、平板電腦和個人電腦產品兼容

符合行業(yè)標準，具有政府級安全性

雖然還有其他支持mesh拓撲的低功耗無線通信技術，但我們會員公司的很多反饋顯示，這些技術存在約束和限制，而且對于他們正在嘗試解決的各種問題和希望創(chuàng)建的產品類型來說，也并非最佳選擇。其他類似技術的問題包括低數(shù)據(jù)傳輸速率、在mesh上中繼數(shù)據(jù)時的“跳數(shù)”限制、通常由無線電信道使用方式引起的可擴展性限制、以及按步驟更改mesh網(wǎng)絡中設備組成的過程中出現(xiàn)的困難和延遲。

通常來說，其他mesh技術無法被標準智能手機、平板電腦和PC設備所支持，這是一個主要的限制因素。

創(chuàng)建符合行業(yè)標準的、基于低功耗藍牙的mesh通信技術，就有可能滿足他們的要求，同時沒有相關的限制和約束。畢竟，互通性和能效是低功耗藍牙最突出的特性。

以消息為中心的通信

藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡使用發(fā)布/訂閱 (publish/subscribe)消息系統(tǒng)。

設備可以將消息發(fā)送至特定地址，這些地址的名稱和含義與用戶能夠理解的高級概念相對應，如“花園燈”(Garden Lights)。這被稱為“發(fā)布”（publishing）。

設備經配置后，可接收由其他設備發(fā)送到特定地址的消息。這被稱為“訂閱” (subscribing) 。

當設備向特定地址發(fā)布消息時，訂閱該地址的所有其他設備將收到該地址的副本，對其進行處理，并以某種方式作出回應。

想象一下花園里安裝的一套戶外燈, 每盞燈都已經過配置，以便其訂閱“花園燈”消息?，F(xiàn)在，想像一個藍牙m(xù)esh電燈開關向“花園燈”地址發(fā)送了“開”的消息。沒錯，花園里的所有燈都會收到“ON”消息，并做出開燈的回應。

就是這么簡單！

消息和設備狀態(tài)

“狀態(tài)” (state) 是藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡中的一個關鍵概念。藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡中的每臺設備都具有一組獨立的狀態(tài)值，表示設備的某些狀態(tài)。在花園燈的示例中，每盞燈都有一個狀態(tài)值，表示設備當前是處于打開或關閉狀態(tài)。通過發(fā)布一類在定義上意味著能夠回應“開”或“關”狀態(tài)值的消息，來改變狀態(tài)值，藍牙m(xù)esh電燈開關就能對燈泡進行控制。更改狀態(tài)值會修改設備本身的物理狀況，例如打開或關閉設備。

消息、狀態(tài)、以及這些和其他概念相關的設備行為已被定義在規(guī)格中，稱為“模型”（modules）。模型由藍牙m(xù)esh設備實施。

在本系列的后續(xù)文章中，我們會繼續(xù)更加正式地討論設備、狀態(tài)、消息、狀態(tài)更改和模型。