藍(lán)牙Mesh在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

王學(xué)

摘? 要：隨著當(dāng)今社會(huì)無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)憑借自身優(yōu)勢(shì)作用的發(fā)揮，成為一種主要的無(wú)線通信技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于智能家居、智慧醫(yī)療、汽車物聯(lián)等領(lǐng)域當(dāng)中。文章通過(guò)對(duì)藍(lán)牙Mesh相關(guān)內(nèi)容的概述，探究了藍(lán)牙Mesh顯著優(yōu)勢(shì)特征，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，就藍(lán)牙Mesh對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響進(jìn)行了全面的分析，最后在上述研究的基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了藍(lán)牙Mesh主要的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙Mesh;物聯(lián)網(wǎng);優(yōu)勢(shì)特征;影響;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN92? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Application of Bluetooth Mesh in Internet of Things

Wang Xue

（Rayrun Technology Co.，Ltd.，Guangdong，Shenzhen，518060）

Abstract：With the development of wireless communication technology，Bluetooth technology，with its own advantages，has become a major wireless communication technology，which is widely used in the fields of intelligent house，intelligent medical，automotive IOT and so on. This paper explores the significant advantages of Bluetooth mesh，and carries out a comprehensive analysis of the impact of Bluetooth mesh on the Internet of things technology. At last，the application of Bluetooth mesh in Internet of things is introduced in detail.

Key words：Bluetooth Mesh;Internet of Things;Advantages;Influence;Application

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的作用下，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)化程度不斷加深，面對(duì)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯著的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，社會(huì)各行業(yè)都在積極尋求互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的創(chuàng)新發(fā)展，意在通過(guò)創(chuàng)新變革進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展進(jìn)程。而物聯(lián)網(wǎng)作為傳統(tǒng)電信網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)的重要信息承載體，能夠?qū)⑺芯哂歇?dú)立功能的普通物體進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。這使得物聯(lián)網(wǎng)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)時(shí)代人們關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)的作用下，包括物流、運(yùn)輸、健康醫(yī)療、工業(yè)制造、智能環(huán)境等在內(nèi)，都能夠很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的不斷發(fā)展，其對(duì)通信連接的需求也呈現(xiàn)出了逐漸擴(kuò)大化的趨勢(shì)。在這種情況下，傳統(tǒng)的通信連接技術(shù)已經(jīng)不能夠很好地滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展需求，需要一種更為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)來(lái)輔助其實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)功能的拓展。藍(lán)牙Mesh采取去中心化的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接方式，使得藍(lán)牙設(shè)備能夠被部署到距離網(wǎng)關(guān)、集線器更遠(yuǎn)的位置，且相比較傳統(tǒng)通信技術(shù)而言，藍(lán)牙Mesh的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量更大，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)信息傳輸。這些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，使得藍(lán)牙Mesh一經(jīng)問(wèn)世就迅速得到業(yè)界人士的關(guān)注，成為新時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的重要輔助技術(shù)[1]。

一、藍(lán)牙Mesh概述

藍(lán)牙是一種無(wú)線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信開(kāi)放的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)近距離的無(wú)線連接，搭建了固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備的信息交互通道，為人們提供了便捷的服務(wù)，并廣泛應(yīng)用于電信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與消費(fèi)性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。從技術(shù)層面上講，為了進(jìn)一步滿足物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)通信環(huán)境穩(wěn)定性、低延遲、低功耗以及搭載量大等要求，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）推出了藍(lán)牙Mesh標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)傳統(tǒng)藍(lán)牙短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式進(jìn)行了創(chuàng)新，而是基于M：M多對(duì)多通信模式，建立的可直接、動(dòng)態(tài)和無(wú)層級(jí)的與其他節(jié)點(diǎn)通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)手機(jī)對(duì)多個(gè)連接設(shè)備的控制，并保持了良好的通信性能，避免了單點(diǎn)故障造成的通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓問(wèn)題，其運(yùn)行穩(wěn)定性表現(xiàn)更佳。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)研究測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，基于藍(lán)牙Mesh的信息傳輸延遲小于50毫秒，且功耗以微安單位進(jìn)行計(jì)量，尤其是搭載了智能音箱之后，只需一句“發(fā)現(xiàn)設(shè)備”的語(yǔ)音即可完成與配網(wǎng)狀態(tài)下相關(guān)設(shè)備的連接，操作相當(dāng)簡(jiǎn)便。其高度集成和低封裝的要求，使之呈現(xiàn)出了更優(yōu)的成本效益?？v觀藍(lán)牙風(fēng)格的整個(gè)逆變過(guò)程，包括藍(lán)牙BR/EDR、低功耗藍(lán)牙到如今的藍(lán)牙Mesh。前兩者作為智能設(shè)備上的常見(jiàn)應(yīng)用技術(shù)，針對(duì)所有的意圖或目的均能獨(dú)立工作，并不會(huì)依賴對(duì)方的服務(wù)和功能，雖然可同時(shí)出現(xiàn)在同一設(shè)備，但相互間無(wú)法進(jìn)行通信。而藍(lán)牙Mesh作為低功耗藍(lán)牙的升級(jí)，其發(fā)展使用并依賴低功耗藍(lán)牙，更多的從屬于一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而非無(wú)線通信技術(shù)，基于可控的網(wǎng)絡(luò)泛洪方式進(jìn)行信息傳輸處理，適應(yīng)了需要多地址傳送的網(wǎng)絡(luò)。

二、藍(lán)牙Mesh優(yōu)勢(shì)特征

Wireless Cables公司首席執(zhí)行官Juergen Kienhoefer博士對(duì)藍(lán)牙Mesh予以高度肯定，并指出藍(lán)牙Mesh就是未來(lái)，有了藍(lán)牙Mesh，人們能夠解決更為復(fù)雜的傳輸范圍和限制問(wèn)題。作為120家藍(lán)牙技術(shù)企業(yè)的研發(fā)成果，藍(lán)牙Mesh的誕生，象征著形態(tài)的轉(zhuǎn)變，滿足了全球?qū)τ谒{(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，使之成為一項(xiàng)典范，并由此展現(xiàn)出了多重方面的優(yōu)勢(shì)特征：

（一）低功耗

如上分析，藍(lán)牙Mesh是基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的，其低功耗的特點(diǎn)得到了很好的繼承，相較于Zigbee等協(xié)議的優(yōu)勢(shì)明顯。綜合來(lái)看，藍(lán)牙Mesh設(shè)備集中表現(xiàn)出了兩種特性，即Friend和Low power node，通過(guò)減少射頻收發(fā)機(jī)開(kāi)啟時(shí)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)，使之只有在收發(fā)信息時(shí)才會(huì)被打開(kāi)，其他時(shí)間均處于休眠狀態(tài)，從而保證了節(jié)點(diǎn)的低功耗性能。Friend的節(jié)點(diǎn)還通過(guò)與低功耗節(jié)點(diǎn)建立關(guān)系，如傳感器、門鎖等由電池供電的設(shè)備，暫存需要發(fā)送的信息，待其退出休眠模式之后再行取回信息，從而達(dá)到了低功耗的目的。同時(shí)，根據(jù)市場(chǎng)信息反饋，藍(lán)牙模塊的成本平均只有其他協(xié)議的一半，加之其低功耗的特點(diǎn)，表現(xiàn)出了更佳的成本效益。

（二）安全性

某種意義維度上講，藍(lán)牙Mesh所建立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種真正的工業(yè)級(jí)解決方案，安全性是其設(shè)計(jì)的核心。在整個(gè)藍(lán)牙Mesh運(yùn)行體系中，每個(gè)數(shù)據(jù)包都進(jìn)行了加密和認(rèn)證，通過(guò)科學(xué)的序列號(hào)設(shè)計(jì)避免了重放攻擊，尤其是對(duì)于重要運(yùn)行程序，使用不對(duì)稱加密來(lái)防止中間人攻擊，起到了很好的保護(hù)效果。同時(shí)，藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)還設(shè)計(jì)了兩層密鑰，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的加密認(rèn)證，因而安全性表現(xiàn)更優(yōu)。具體而言，作為藍(lán)牙Mesh最重要的安全原則，通過(guò)“分離關(guān)注”的方式，使得網(wǎng)絡(luò)安全與個(gè)人應(yīng)用安全下過(guò)戶獨(dú)立，并運(yùn)用不同的密鑰保護(hù)網(wǎng)絡(luò)層操作，必要時(shí)還可刷新安全密鑰，這在日臻復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)際踐行過(guò)程中，藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)連接智能手機(jī)時(shí)，需要把一個(gè)設(shè)備變?yōu)楣?jié)點(diǎn)，即“配置”，智能手機(jī)則扮演管理者的角色，操作相當(dāng)簡(jiǎn)便，且確保了其安全性。

（三）兼容性

目前，市面上廣泛流通的仍舊是低功耗藍(lán)牙，面對(duì)數(shù)以十億計(jì)的設(shè)備，是否能接入藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)顯得至關(guān)重要，而其本身良好的兼容性給予了肯定答案。事實(shí)上，基于低功耗藍(lán)牙的藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，可前向兼容藍(lán)牙4.0以上版本，對(duì)于市面上流通的多數(shù)產(chǎn)品，通過(guò)OTA等固件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)有效連接，但同時(shí)亦需考慮ROM容量、RAM容量等因素的影響。在具體運(yùn)行中，藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)指定代理節(jié)點(diǎn)的方式，賦予設(shè)備新的角色，其中包括具有兩個(gè)GATT特性的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙低功耗服務(wù)，智能手機(jī)等藍(lán)牙LE設(shè)備可由此完成Mesh網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的收發(fā)。正是基于藍(lán)牙Mesh良好的兼容性，使之擁有了更大的應(yīng)用空間。

三、藍(lán)牙Mesh對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響

2017年底藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式宣布全面支持Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著藍(lán)牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)開(kāi)始步入實(shí)際應(yīng)用階段。藍(lán)牙本身就擁有著低功耗的顯著特性，這使得藍(lán)牙在社會(huì)各領(lǐng)域中都擁有著其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，在智能家居、電子醫(yī)療、電子消費(fèi)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、汽車物聯(lián)等領(lǐng)域，人們都可以看到藍(lán)牙的身影。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，藍(lán)牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)面向多種應(yīng)用，并針對(duì)應(yīng)用特點(diǎn)匯集出理想的應(yīng)用解決方案，這對(duì)于增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)靈活性是極為有益的。以大型照明設(shè)施為例，在藍(lán)牙Mesh的作用下，用戶可以通過(guò)平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)操作終端，同時(shí)控制多達(dá)數(shù)百個(gè)藍(lán)牙燈具。與此同時(shí)，與以往藍(lán)牙的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸相比，藍(lán)牙Mesh可以將每個(gè)裝置都作為網(wǎng)絡(luò)單一節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)相互連線的作用下，藍(lán)牙Mesh的信息傳輸范圍、規(guī)模都能夠?qū)崿F(xiàn)最大化。從而在實(shí)現(xiàn)多對(duì)多裝置傳輸?shù)幕A(chǔ)上，藍(lán)牙Mesh能夠在最大程度上促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)裝置通訊效能的提升，使每個(gè)裝置都具備溝通效用[2]。

據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，以家庭為單位，美國(guó)家庭的聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量在2012年就已經(jīng)達(dá)到8個(gè)，2017年，這一數(shù)據(jù)再次刷新達(dá)到24個(gè)，同時(shí)有望在2022年增長(zhǎng)至50個(gè)。而我國(guó)的智能家居雖然起步較晚，但依托我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)以及網(wǎng)絡(luò)科技的迅猛發(fā)展，近年來(lái)呈現(xiàn)出了迅猛的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的人選擇運(yùn)用智能家居來(lái)改善自身的生活質(zhì)量。這充分說(shuō)明物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在我國(guó)乃至直接范圍內(nèi)都有著極為龐大的市場(chǎng)需求，前景發(fā)展良好。但受各方面現(xiàn)實(shí)因素的影響，目前的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)仍然是一個(gè)碎片化、高度復(fù)雜化的市場(chǎng)，各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)自不同的廠家，且產(chǎn)品組網(wǎng)方式也不盡相同。這已經(jīng)成為阻礙物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)發(fā)展的一項(xiàng)主要問(wèn)題。而隨著技術(shù)的變革，藍(lán)牙Mesh技術(shù)的出現(xiàn)，能夠在一定程度上使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的信息孤島問(wèn)題得到有效的解決，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的智能化管理提供重要的輔助作用。這無(wú)論是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，還是對(duì)于藍(lán)牙Mesh技術(shù)本身應(yīng)用范圍的拓展而言，都是極為有益的。

四、藍(lán)牙Mesh的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

藍(lán)牙Mesh相比較以往的藍(lán)牙技術(shù)在性能方面有了大幅度的提升，這也使得藍(lán)牙Mesh在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。自藍(lán)牙Mesh誕生之后，在藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的助力下，藍(lán)牙Mesh逐漸投入市場(chǎng)，并獲取到了較多的社會(huì)資源支持，包括智能手機(jī)、電視、平板電腦等在內(nèi)的越來(lái)越多的設(shè)備開(kāi)始支持藍(lán)牙Mesh。從技術(shù)應(yīng)用的角度來(lái)看，藍(lán)牙Mesh應(yīng)用已經(jīng)逐漸從智能家居、智慧醫(yī)療、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)拓展到了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，可以說(shuō)藍(lán)牙Mesh在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景是十分廣泛的。

在智能家居領(lǐng)域，藍(lán)牙Mesh在家居物聯(lián)網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，使得家居在以往功效的基礎(chǔ)上衍生出了許多新的可能，極大地促進(jìn)了生活的智能化、便捷化。如需要外出時(shí)，用戶只需打開(kāi)手機(jī)上的智能控制軟件，就可以將家里電燈、水、煤氣、用電設(shè)備統(tǒng)一予以關(guān)閉操作，有效地解決了用戶忘記關(guān)家電的煩惱，降低了家居生活的危險(xiǎn)性。在要做飯時(shí)，用戶可以通過(guò)操作手機(jī)App對(duì)電飯煲進(jìn)行藍(lán)牙聯(lián)網(wǎng)操作，使用提前預(yù)約模式進(jìn)行煮飯，用戶可以在回到家后就享受到熱騰騰的飯菜。

在辦公環(huán)境中，藍(lán)牙Mesh在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要被應(yīng)用于辦公室燈光控制、空調(diào)控制中，辦公室管理者在來(lái)到公司后可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能操控在短時(shí)間內(nèi)借助藍(lán)牙Mesh將辦公室燈光、溫度調(diào)成最佳狀態(tài)，使辦公室人員可以在步入辦公室后馬上享受到最佳的辦公環(huán)境。Silvair執(zhí)行官也表示當(dāng)前藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為商用智能照明領(lǐng)域中最強(qiáng)大、最穩(wěn)健的低功耗無(wú)線電技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)我國(guó)照明產(chǎn)業(yè)的變革發(fā)展。

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，藍(lán)牙Mesh本身強(qiáng)大的架構(gòu)可以結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)、管理需要，進(jìn)行不斷的系統(tǒng)拓展，從而將數(shù)以萬(wàn)計(jì)的節(jié)點(diǎn)連接在一起，充分保障系統(tǒng)的安全性能，降低生產(chǎn)事故的發(fā)生率。

資產(chǎn)跟蹤領(lǐng)域，藍(lán)牙Mesh強(qiáng)大的連接性能能夠有效地實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的跟蹤，就如同以往的藍(lán)牙導(dǎo)航、追蹤技術(shù)一樣，藍(lán)牙Mesh技術(shù)本身帶有廣播功能，適用于對(duì)室內(nèi)物資運(yùn)動(dòng)軌跡的導(dǎo)航、描述，進(jìn)而達(dá)到軌跡跟蹤的效用。目前在科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、醫(yī)院等大型復(fù)雜建筑環(huán)境中，出于科研、生產(chǎn)的需要，對(duì)資產(chǎn)跟蹤有著廣泛的需求，而藍(lán)牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的特殊性，在簡(jiǎn)化藍(lán)牙信標(biāo)管理的同時(shí)，能夠大大提升跟蹤效率。

參考文獻(xiàn)：

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