《電子技術(shù)應(yīng)用》
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藍(lán)牙m(xù)esh:為多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)應(yīng)用提供安全可靠的連接方式

2017-08-04
關(guān)鍵詞: 智能 互聯(lián) mesh 藍(lán)牙

低功耗藍(lán)牙自推出以來受到市場(chǎng)的廣泛青睞,智能手機(jī),、智能手表,、運(yùn)動(dòng)手環(huán)、共享單車等產(chǎn)品幾乎全面覆蓋,。因?yàn)樗{(lán)牙發(fā)射功率比較低,,而且與手機(jī)能實(shí)現(xiàn)良好的互聯(lián)互通,藍(lán)牙聯(lián)盟成員又在低功耗藍(lán)牙的基礎(chǔ)上推出了Beacon,滿足一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的需求,,市場(chǎng)前景被看好,。針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)市面上已經(jīng)有了行之有效的解決方案,,那么如何實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接,?為此,藍(lán)牙聯(lián)盟推出了藍(lán)牙(Bluetooth)Mesh網(wǎng)絡(luò),,它支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)備通信,,適用于物聯(lián)網(wǎng)解決方案的開發(fā)人員及系統(tǒng)整合商。Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠讓多個(gè),、甚至成千上萬個(gè)裝置在穩(wěn)定,、安全的環(huán)境下進(jìn)行傳輸。

藍(lán)牙m(xù)esh可以廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化,、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)跟蹤等應(yīng)用,。無論照明、供暖/制冷,,還是安全防護(hù)等相關(guān)系統(tǒng),,在布設(shè)了藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)之后,樓宇內(nèi)的數(shù)十個(gè),、數(shù)百個(gè)或是上千個(gè)無線設(shè)備都可以可靠、安全的彼此通信,,傳輸信息,;許多工業(yè)領(lǐng)域的公司正在對(duì)現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行顯著的成本優(yōu)化和效率改進(jìn),藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)旨在滿足工業(yè)領(lǐng)域嚴(yán)格的可靠性,,可擴(kuò)展性和安全性要求,;關(guān)于資產(chǎn)跟蹤,藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)提升了低功耗藍(lán)牙廣播范圍的限制,,并為建立藍(lán)牙Mesh資產(chǎn)跟蹤解決方案的應(yīng)用提供了可能性,。

七個(gè)關(guān)鍵詞闡明藍(lán)牙m(xù)esh的工作原理

藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)是怎樣工作的?它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在哪里,?想必很多用戶最關(guān)心的就是這兩個(gè)問題,,藍(lán)牙聯(lián)盟亞太區(qū)技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理任凱用七個(gè)關(guān)鍵詞對(duì)此進(jìn)行了解釋:

device(設(shè)備)和node(節(jié)點(diǎn)):當(dāng)用戶想跟蹤一個(gè)設(shè)備,可以將其設(shè)為節(jié)點(diǎn),。將設(shè)備變成節(jié)點(diǎn)的過程,,需要Provisioner授權(quán)這個(gè)設(shè)備加入到mesh網(wǎng)絡(luò)中。為什么需要授權(quán)過程,?因?yàn)閙esh網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全性的要求非常高,,在mesh運(yùn)行當(dāng)中需要進(jìn)行一系列的密鑰交互,上面的內(nèi)容會(huì)有兩層加密保護(hù),所以必須先授權(quán),。

Element(元素):藍(lán)牙m(xù)esh設(shè)備具有藍(lán)牙模塊,,這個(gè)設(shè)備中可能包含多個(gè)部分,為了對(duì)每部分都實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制,,所以加入了element的概念,,可以對(duì)藍(lán)牙模塊上不同的element進(jìn)行一個(gè)尋址。

Publish & Subscribe(訂閱和發(fā)布):使用這一機(jī)制,,用戶就可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中任意添加或者刪除設(shè)備,,而不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行程序更新。

Managed flooding(可控性的廣播機(jī)制) :通過滿足一系列的條件來使得這個(gè)廣播信息在網(wǎng)絡(luò)中以節(jié)能,、可控的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞,。

低功耗:在藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)中還有一類節(jié)點(diǎn)是專門為低功耗節(jié)點(diǎn)服務(wù)的,其具有Friend特性,,也可以稱為Friend節(jié)點(diǎn),。Friend節(jié)點(diǎn)與低功耗節(jié)點(diǎn)可以建立Friendship關(guān)系。建立此種關(guān)系之后,,F(xiàn)riend節(jié)點(diǎn)可以暫存發(fā)往低功耗節(jié)點(diǎn)的信息,,待低功耗節(jié)點(diǎn)退出休眠模式之后,再從Friend節(jié)點(diǎn)取回相關(guān)信息,。在實(shí)際應(yīng)用中,,F(xiàn)riend節(jié)點(diǎn)可以是燈泡、機(jī)頂盒,、路由器,,這些設(shè)備都是通過市電供電的,對(duì)于功耗不是很敏感,;低功耗節(jié)點(diǎn)可以是由電池供電的設(shè)備,,如傳感器、門鎖等,。

Proxy(代理):藍(lán)牙m(xù)esh使用了廣播機(jī)制,,市面上的移動(dòng)操作系統(tǒng),如IOS,、安卓,、linux、windows還有黑莓等一系列都支持廣播機(jī)制,,但是出于某種考慮,,不是所有廣播數(shù)據(jù)包都開放給開發(fā)者,開發(fā)者無法進(jìn)行修改,,因此手機(jī)接入mesh網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要使用代理機(jī)制,。

Security(安全性):藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)使用了非對(duì)稱加密和對(duì)稱加密兩種機(jī)制,,還使用了帶外驗(yàn)證的方法,目的就是保證今后的應(yīng)用能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)具有高安全性的方案,。

存量設(shè)備經(jīng)過升級(jí)即可支持藍(lán)牙m(xù)esh

藍(lán)牙通信幾乎關(guān)系到我們接觸的大部分電子產(chǎn)品,,市場(chǎng)上已經(jīng)存在大量的藍(lán)牙設(shè)備,如低功耗藍(lán)牙手環(huán),、藍(lán)牙手表,、共享單車等。用戶更關(guān)心的是,,它們是否可以通過固件升級(jí)的方式支持藍(lán)牙m(xù)esh,?任凱表示,“藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于低功耗藍(lán)牙之上并且與藍(lán)牙4.0及以上版本前向兼容,, 因此市面上現(xiàn)有的低功耗藍(lán)牙產(chǎn)品都可能通過固件升級(jí)(尤其以O(shè)TA為主)的方式升級(jí)為具有藍(lán)牙Mesh功能的產(chǎn)品,,但是否具有升級(jí)的可能性,還需要考量多個(gè)因素,,例如程序存儲(chǔ)器(ROM)的容量,,內(nèi)存(RAM)的容量,是否具有OTA升級(jí)的功能,,MCU的處理能力是否滿足Provisioning對(duì)于非對(duì)稱加密的運(yùn)算需求等,。”

受控廣播消除單點(diǎn)故障的斷網(wǎng)之憂

當(dāng)我們使用的無線網(wǎng)絡(luò)傳播數(shù)據(jù)時(shí),,某一處斷開或者由于穿墻等原因信號(hào)無法繞開,,就面臨信號(hào)丟失的危險(xiǎn),而mesh網(wǎng)絡(luò)是受控廣播,。任凱指出,,“對(duì)于mesh網(wǎng)絡(luò)來說,任何單點(diǎn)設(shè)備的故障不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中其它節(jié)點(diǎn)通信受到影響,。因?yàn)樗械男畔⒍际墙?jīng)過廣播的,,任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到了一個(gè)之前沒有經(jīng)過廣播的信息時(shí),,當(dāng)它滿足條件就可以被廣播出去,,直到達(dá)目的地。此外,,mesh網(wǎng)絡(luò)沒有基于一個(gè)central hub的概念,,網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以任意的和其它的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,用戶用單播,、主播都可以進(jìn)行通信,。”

WiFi也是一種應(yīng)用非常廣泛的無線傳播方式,,而且功耗高,,當(dāng)mesh網(wǎng)絡(luò)遇到WiFi時(shí)會(huì)不會(huì)被淹沒?任凱解釋,“考慮到2.4頻段的一些特性,,我們?cè)谡麄€(gè)2.4頻段上等分三份,,會(huì)滿足各個(gè)廣播信道,當(dāng)遇到一個(gè)高功率的WiFi信號(hào),,我們還有其它一些廣播信道可以使用,,同時(shí)當(dāng)中還加入了一些退避的機(jī)制來保證?!?/p>

推向市場(chǎng)之前,,經(jīng)過了嚴(yán)格的壓力測(cè)試

一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)商用之前只有確保其穩(wěn)定性才能給用戶帶來價(jià)值,藍(lán)牙m(xù)esh的穩(wěn)定性如何保證,?任凱強(qiáng)調(diào),,“我們的研發(fā)工作歷時(shí)兩年多,有超過120個(gè)會(huì)員組成,,會(huì)員經(jīng)過積思廣益形成這一標(biāo)準(zhǔn),,標(biāo)準(zhǔn)形成草案之后進(jìn)行了一系列的IOP,即互聯(lián)互通的測(cè)試,。這兩年中,,我們進(jìn)行了大大小小15場(chǎng)IOP測(cè)試,包括一項(xiàng)1400以上的測(cè)試已經(jīng)通過,。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟從1998年成立到現(xiàn)在20年來,,對(duì)于不同的工作組,從技術(shù)文本到技術(shù)推出有一連串非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊粋€(gè)驗(yàn)證的過程,,測(cè)試完成后才會(huì)把它推向市場(chǎng),。”


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