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技術交流|藍牙mesh技術 開啟無線設備通信新紀元

技術交流|藍牙mesh技術 開啟無線設備通信新紀元

  有人說藍牙市場的迅猛增長很大一部分要歸功于手機和個人電腦的普及,但其實藍牙從最開始推出的一對一傳播機制時,就一直都在完善自身技術以滿足日益豐富的應用場景。特別是隨著藍牙mesh網狀網絡技術的推出,更近一步豐富藍牙的使用場景,加快物聯網時代多元化進程,開啟了一個無線設備之間通信的新紀元。

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  藍牙mesh網絡

  Mesh網絡是由mesh routers(路由器)和mesh clients(客戶端)組成,其中mesh routers構成骨干網絡,并和有線的 Internet網相連接,負責為mesh clients提供多跳的無線Internet連接, 因此也稱為“多跳 (multi-hop)”網絡。

  藍牙mesh網絡則是用于建立多對多設備通信的低功耗藍牙新的網絡拓撲,它允許創建基于多個設備的大型網絡,網絡可以包含數十臺,數百臺甚至數千臺藍牙mesh設備,這些設備之間可以相互進行信息的傳遞。

  藍牙mesh網絡依靠低功耗藍牙提供設備間多對多傳輸,并特別提高構建大范圍網絡覆蓋的通信能力,適用于樓宇自動化、無線傳感器網絡等需要讓數以萬計個設備在可靠、安全的環境下傳輸的物聯網解決方案。藍牙mesh在技術上還有很多優勢,例如穿墻方面,由于藍牙mesh的managed flooding,可以傳遞式地繞墻,傳輸得很遠。理論上可以尋址3.2萬個節點,最多有127跳。藍牙mesh并非無線通信技術,而是一種網絡技術。

  特殊性

  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mesh網絡使用依賴于低功耗藍牙。低功耗藍牙技術是藍牙mesh使用的無線通信協議棧。所以說藍牙mesh并非無線通信技術,而是一種網絡技術。

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  圖例說明了藍牙BR / EDR、低功耗藍牙和藍牙mesh之間的關系。

  Mesh網絡的特點

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  自配置:連上以太網,自動進行配置。

  自管理:如果系統發現一個頻段使用過重,比如說從2.4G轉到5G。不論是有線還是無線都能幫助連接到最優連接。

  自防御:mesh網絡在抵抗網絡入侵方面也是有著很不錯的性能,能夠抵御黑客的多種入侵手段。

  自修復:mesh網絡有很多不同的借點。如果某個節點有故障,其他的節點就會把壞的節點工作任務分擔過去,棒狀網絡的運行。

  安全性

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  藍牙mesh網絡作為一種真正的工業級解決方案,安全性是藍牙mesh網絡設計的核心,并且強制使用。

  其安全特性包括:

  使用經過驗證的安全算法對添加到網絡的設備進行配置(Provisioning)。這套安全機制通過橢圓曲線(Elliptic Curve)Diffie-Hallman非對稱加密和帶外認證的方式來保證安全地添加設備。

  所有通信信息都需要使用128-bit AES-CCM進行加密和認證,藍牙Mesh網絡中的所有消息都需要進行加密和認證。

  “安全分級考量”(Separation of Concerns)是藍牙mesh網絡安全性中體現的重要原則。網絡的安全性,以及諸如照明、供暖、或實體建筑安全等個別應用的安全性彼此獨立。可使用不同的安全密鑰來保護網絡層操作,例如中繼、或保護特定應用的消息內容。

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  舉例來說,由于燈泡和照明開關具有相同的應用密鑰,因此燈泡能夠全面訪問照明開關所發送消息中的數據。但是,盡管相同的燈泡能夠將來自藍牙物理訪問令牌的消息中繼到前門中的鎖,卻無法閱讀那些消息應用層的內容。

  這樣設計的好處是將網絡層加密與應用層加密隔離,加解密互為操作,互不干擾,互不耦合。

  同時mesh網絡中的所有節點都無需讀取消息內容,就能對其進行中繼轉發。內容由獨立的應用密鑰提供保護,并且每個mesh封包都會進行模糊化處理,抹去消息中的任何識別信息,這能夠防止他人追蹤mesh設備,尤其是當那些設備處于其他網絡覆蓋范圍之內時。

  藍牙mesh的應用

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  藍牙mesh網絡應用的主要目標市場是樓宇自動化、無線傳感器網絡和資產追蹤領域。這三個領域大概都是室內空間,避開了需要在室外建立基站可進行遠距離傳輸的低功耗廣域網絡,如NB-IoT、LoRa、Sigfox等,并且因為可以部署上千個節點,解決了傳統無線網絡傳輸距離不夠的問題。

  尤其是在智能樓宇領域,包括智能家居以及智能辦公室,藍牙mesh將為最新的先進的樓宇控制和自動化系統提供工業級的連接,并用于照明、供暖、制冷以及安防行業,從最初的mesh照明系統開始,還將擴展至占位傳感器、環境傳感器、無線溫控系統和基于mesh的智慧停車管理系統,使家庭和辦公室變得更加智能化。

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  關于未來

  藍牙mesh網絡廣泛應用于各行各業和各種應用,預計最初會從樓宇自動化、商業照明和傳感器網絡等應用開始。尤其令人興奮的是藍牙mesh網絡在商業照明方面的應用。

  在物聯網之爭中,低功耗、低成本一直是藍牙技術的最大優勢,隨著人工智能這兩年的飛速發展,藍牙mesh技術肯定會賦予物聯網更多可能,相信在不遠的未來,一個更加開放、自由互聯的新世界將會出現在我們面前!

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