王學(xué)

摘? 要：隨著當(dāng)今社會無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，藍牙技術(shù)憑借自身優(yōu)勢作用的發(fā)揮，成為一種主要的無線通信技術(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。文章通過對藍牙Mesh相關(guān)內(nèi)容的概述，探究了藍牙Mesh顯著優(yōu)勢特征，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，就藍牙Mesh對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響進行了全面的分析，最后在上述研究的基礎(chǔ)上詳細介紹了藍牙Mesh主要的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：藍牙Mesh;物聯(lián)網(wǎng);優(yōu)勢特征;影響;應(yīng)用

中圖分類號：TN92? ? ?文獻標(biāo)識碼：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，社會網(wǎng)絡(luò)化程度不斷加深，面對先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯著的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，社會各行業(yè)都在積極尋求互聯(lián)網(wǎng)時代下的創(chuàng)新發(fā)展，意在通過創(chuàng)新變革進入網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展進程。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芯哂歇毩⒐δ艿钠胀ㄎ矬w進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)互通。這使得物聯(lián)網(wǎng)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)時代人們關(guān)注的熱點技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)的作用下，包括物流、運輸、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，其對通信連接的需求也呈現(xiàn)出了逐漸擴大化的趨勢。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)來輔助其實現(xiàn)各項物聯(lián)網(wǎng)功能的拓展。藍牙Mesh采取去中心化的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接方式，使得藍牙設(shè)備能夠被部署到距離網(wǎng)關(guān)、集線器更遠的位置，且相比較傳統(tǒng)通信技術(shù)而言，藍牙Mesh的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量更大，可以實現(xiàn)全網(wǎng)信息傳輸。這些優(yōu)勢特點，使得藍牙Mesh一經(jīng)問世就迅速得到業(yè)界人士的關(guān)注，成為新時期物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的重要輔助技術(shù)[1]。

一、藍牙Mesh概述

藍牙是一種無線數(shù)據(jù)和語音通信開放的通信技術(shù)標(biāo)準，通過近距離的無線連接，搭建了固定設(shè)備和移動設(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、計算機、網(wǎng)絡(luò)與消費性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。從技術(shù)層面上講，為了進一步滿足物聯(lián)網(wǎng)運行對通信環(huán)境穩(wěn)定性、低延遲、低功耗以及搭載量大等要求，藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）推出了藍牙Mesh標(biāo)準，對傳統(tǒng)藍牙短距離點對點的通信模式進行了創(chuàng)新，而是基于M：M多對多通信模式，建立的可直接、動態(tài)和無層級的與其他節(jié)點通信的拓撲結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)了一個手機對多個連接設(shè)備的控制，并保持了良好的通信性能，避免了單點故障造成的通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓問題，其運行穩(wěn)定性表現(xiàn)更佳。同時，根據(jù)相關(guān)研究測試數(shù)據(jù)顯示，基于藍牙Mesh的信息傳輸延遲小于50毫秒，且功耗以微安單位進行計量，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觀藍牙風(fēng)格的整個逆變過程，包括藍牙BR/EDR、低功耗藍牙到如今的藍牙Mesh。前兩者作為智能設(shè)備上的常見應(yīng)用技術(shù)，針對所有的意圖或目的均能獨立工作，并不會依賴對方的服務(wù)和功能，雖然可同時出現(xiàn)在同一設(shè)備，但相互間無法進行通信。而藍牙Mesh作為低功耗藍牙的升級，其發(fā)展使用并依賴低功耗藍牙，更多的從屬于一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而非無線通信技術(shù)，基于可控的網(wǎng)絡(luò)泛洪方式進行信息傳輸處理，適應(yīng)了需要多地址傳送的網(wǎng)絡(luò)。

二、藍牙Mesh優(yōu)勢特征

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

（一）低功耗

如上分析，藍牙Mesh是基于低功耗藍牙技術(shù)應(yīng)用發(fā)展起來的，其低功耗的特點得到了很好的繼承，相較于Zigbee等協(xié)議的優(yōu)勢明顯。綜合來看，藍牙Mesh設(shè)備集中表現(xiàn)出了兩種特性，即Friend和Low power node，通過減少射頻收發(fā)機開啟時的占空比來實現(xiàn)，使之只有在收發(fā)信息時才會被打開，其他時間均處于休眠狀態(tài)，從而保證了節(jié)點的低功耗性能。Friend的節(jié)點還通過與低功耗節(jié)點建立關(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，從而達到了低功耗的目的。同時，根據(jù)市場信息反饋，藍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，表現(xiàn)出了更佳的成本效益。

（二）安全性

某種意義維度上講，藍牙Mesh所建立的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，是一種真正的工業(yè)級解決方案，安全性是其設(shè)計的核心。在整個藍牙Mesh運行體系中，每個數(shù)據(jù)包都進行了加密和認證，通過科學(xué)的序列號設(shè)計避免了重放攻擊，尤其是對于重要運行程序，使用不對稱加密來防止中間人攻擊，起到了很好的保護效果。同時，藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)還設(shè)計了兩層密鑰，需要通過網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的加密認證，因而安全性表現(xiàn)更優(yōu)。具體而言，作為藍牙Mesh最重要的安全原則，通過“分離關(guān)注”的方式，使得網(wǎng)絡(luò)安全與個人應(yīng)用安全下過戶獨立，并運用不同的密鑰保護網(wǎng)絡(luò)層操作，必要時還可刷新安全密鑰，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)實意義。實際踐行過程中，藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)連接智能手機時，需要把一個設(shè)備變?yōu)楣?jié)點，即“配置”，智能手機則扮演管理者的角色，操作相當(dāng)簡便，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牙，面對數(shù)以十億計的設(shè)備，是否能接入藍牙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。事實上，基于低功耗藍牙的藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，可前向兼容藍牙4.0以上版本，對于市面上流通的多數(shù)產(chǎn)品，通過OTA等固件升級即可實現(xiàn)有效連接，但同時亦需考慮ROM容量、RAM容量等因素的影響。在具體運行中，藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)可以通過指定代理節(jié)點的方式，賦予設(shè)備新的角色，其中包括具有兩個GATT特性的標(biāo)準藍牙低功耗服務(wù)，智能手機等藍牙LE設(shè)備可由此完成Mesh網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的收發(fā)。正是基于藍牙Mesh良好的兼容性，使之擁有了更大的應(yīng)用空間。

三、藍牙Mesh對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響

2017年底藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式宣布全面支持Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著藍牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在我國開始步入實際應(yīng)用階段。藍牙本身就擁有著低功耗的顯著特性，這使得藍牙在社會各領(lǐng)域中都擁有著其獨特的應(yīng)用價值，在智能家居、電子醫(yī)療、電子消費、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、汽車物聯(lián)等領(lǐng)域，人們都可以看到藍牙的身影。對于物聯(lián)網(wǎng)而言，藍牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以同時面向多種應(yīng)用，并針對應(yīng)用特點匯集出理想的應(yīng)用解決方案，這對于增強物聯(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，在藍牙Mesh的作用下，用戶可以通過平板電腦、智能手機等移動操作終端，同時控制多達數(shù)百個藍牙燈具。與此同時，與以往藍牙的點對點傳輸相比，藍牙Mesh可以將每個裝置都作為網(wǎng)絡(luò)單一節(jié)點，在節(jié)點相互連線的作用下，藍牙Mesh的信息傳輸范圍、規(guī)模都能夠?qū)崿F(xiàn)最大化。從而在實現(xiàn)多對多裝置傳輸?shù)幕A(chǔ)上，藍牙Mesh能夠在最大程度上促進網(wǎng)絡(luò)裝置通訊效能的提升，使每個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，美國家庭的聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量在2012年就已經(jīng)達到8個，2017年，這一數(shù)據(jù)再次刷新達到24個，同時有望在2022年增長至50個。而我國的智能家居雖然起步較晚，但依托我國市場經(jīng)濟以及網(wǎng)絡(luò)科技的迅猛發(fā)展，近年來呈現(xiàn)出了迅猛的發(fā)展趨勢，越來越多的人選擇運用智能家居來改善自身的生活質(zhì)量。這充分說明物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在我國乃至直接范圍內(nèi)都有著極為龐大的市場需求，前景發(fā)展良好。但受各方面現(xiàn)實因素的影響，目前的物聯(lián)網(wǎng)市場仍然是一個碎片化、高度復(fù)雜化的市場，各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來自不同的廠家，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)市場發(fā)展的一項主要問題。而隨著技術(shù)的變革，藍牙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。這無論是對于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，還是對于藍牙Mesh技術(shù)本身應(yīng)用范圍的拓展而言，都是極為有益的。

四、藍牙Mesh的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

藍牙Mesh相比較以往的藍牙技術(shù)在性能方面有了大幅度的提升，這也使得藍牙Mesh在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中更具競爭優(yōu)勢。自藍牙Mesh誕生之后，在藍牙技術(shù)聯(lián)盟的助力下，藍牙Mesh逐漸投入市場，并獲取到了較多的社會資源支持，包括智能手機、電視、平板電腦等在內(nèi)的越來越多的設(shè)備開始支持藍牙Mesh。從技術(shù)應(yīng)用的角度來看，藍牙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)拓展到了社會各個領(lǐng)域當(dāng)中，可以說藍牙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，極大地促進了生活的智能化、便捷化。如需要外出時，用戶只需打開手機上的智能控制軟件，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性。在要做飯時，用戶可以通過操作手機App對電飯煲進行藍牙聯(lián)網(wǎng)操作，使用提前預(yù)約模式進行煮飯，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，辦公室管理者在來到公司后可以通過物聯(lián)網(wǎng)智能操控在短時間內(nèi)借助藍牙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)前藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為商用智能照明領(lǐng)域中最強大、最穩(wěn)健的低功耗無線電技術(shù)，有助于實現(xiàn)我國照明產(chǎn)業(yè)的變革發(fā)展。

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，藍牙Mesh本身強大的架構(gòu)可以結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)、管理需要，進行不斷的系統(tǒng)拓展，從而將數(shù)以萬計的節(jié)點連接在一起，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，藍牙Mesh強大的連接性能能夠有效地實現(xiàn)資產(chǎn)的跟蹤，就如同以往的藍牙導(dǎo)航、追蹤技術(shù)一樣，藍牙Mesh技術(shù)本身帶有廣播功能，適用于對室內(nèi)物資運動軌跡的導(dǎo)航、描述，進而達到軌跡跟蹤的效用。目前在科研機構(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，對資產(chǎn)跟蹤有著廣泛的需求，而藍牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的特殊性，在簡化藍牙信標(biāo)管理的同時，能夠大大提升跟蹤效率。

參考文獻：

[1]賈志宏.基于藍牙5 Mesh和GPRS網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020（05）：95-97，100.

[2]劉碩，趙彥博，杜佳林，等.基于藍牙的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計[J].通信與信息技術(shù)，2020（02）：72-73，61.