藍芽技術聯盟EMEA技術專案經理

Martin Woolley

小碼哥

藍芽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訊技術之一。從2000年到現在，藍芽技術已經廣泛應用於數十億臺裝置。就2016年而言，製造商的藍芽裝置出貨量更是超過30億臺。

藍芽的創新步伐從未停止。自面世以來，每一次改進都系統嚴謹，緊跟市場需求，一直支援和鼓勵創新。

藍芽技術令人驚歎的故事還在繼續著，藍芽mesh網路翻開了最新篇章，150家藍芽技術聯盟會員公司都參與了mesh的建立。

這是系列文章中的第一篇，將向您介紹藍芽mesh網路。我們從兩篇概述開始, 後續篇章中將更詳細地探討技術的各個方面。

對藍芽技術感興趣的朋友一定有這樣的習慣：定期檢視藍芽技術聯盟採用的新版本。

通常，新版本為藍芽提供附加特性，或者以某種方式改進現有功能。不管怎麼說，藍芽全新的“風格”已經面世；一款風格出眾的藍芽技術變體，將以完全不同的方式利用無線電，並針對一系列廣泛的用例設計和應用進行了優化。

藍芽基礎速率/ 增強資料速率（BR / EDR）是藍芽釋出的第一款風格，旨在替代纜線連線，很快就成為無線音訊市場的主宰，並推動了新型計算機外設（如無線滑鼠和鍵盤）的發展。

藍芽基礎速率/ 增強資料速率（BR / EDR）

引發無線個人音訊變革

隨後登場的是低功耗藍芽（Bluetooth Low Energy）。它經過優化，極大程度地減少了裝置功耗，僅使用硬幣大小的電池就能實現無線操作和通訊，執行數年不在話下。

低功耗藍芽現已被廣泛採用。如今很難找到不支援低功耗藍芽的智慧手機或平板電腦。健康、運動和健身器材，如運動追蹤裝置、以及智慧手錶等可穿戴裝置，都有賴於低功耗藍芽技術。這一款藍芽風格可謂影響深遠。

低功耗藍芽是推動可穿戴裝置發展的重要技術

“那麼藍芽mesh網路是藍芽的全新風格呢？還是新特性呢？”

其實兩者都不是。現在就讓我們來深入探討一下這項驚人的、全新的藍芽技術，同時瞭解mesh與藍芽其他形式之間的關係和自身工作原理。

藍芽BR / EDR和低功耗藍芽是智慧手機等裝置上的常用技術，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，這兩款風格的藍芽技術都能彼此獨立工作。事實上，雖然他們能在同一臺裝置上很好地共存，但是使用藍芽BR / EDR的裝置與低功耗藍芽裝置之間卻無法進行通訊。

相比之下，藍芽mesh網路使用、並且依賴於低功耗藍芽。低功耗藍芽技術是藍芽mesh使用的無線通訊協議棧。

“藍芽mesh並非無線通訊技術，而是一種網路技術。”

下圖顯示了藍芽BR / EDR、低功耗藍芽和藍芽mesh之間的關係。

藍芽mesh和低功耗藍芽之間的關係

從最基本的層面來講，藍芽BR / EDR能夠實現一臺裝置到另一臺裝置的連線和通訊，建立“一對一”的關係，大多數人所熟悉的“配對”（pairing）一詞就是這個意思。一些裝置能夠與其他裝置建立多重“一對一”通訊關係，並形成一種稱為“微微網”（piconet）的hub/spoke拓撲 。

藍芽BR / EDR和一對一拓撲

低功耗藍芽裝置還能與其他裝置形成“一對一”和hub/spoke關係，以無連線方式進行工作，其廣播的資料，位於直接無線電傳輸圍內的任何其他裝置都可接收。這是“一對多”（1：m）的拓撲，其中m可以是一個非常大的數量！如果接收廣播的裝置本身不進行資料傳輸，那麼廣播裝置的無線電頻譜就僅僅是針對自己而言的，同時對於能夠接收和利用其廣播的其他裝置數量沒有明確的限制。藍芽Beacon是這項功能的一個絕佳案例。

低功耗藍芽和廣播

藍芽mesh能讓我們建立無線裝置之間的“多對多”（m:m）關係。此外，裝置能夠將資料中繼到不在初始裝置直接無線電覆蓋範圍內的其他裝置。這樣，mesh網路就能夠跨越非常大的物理區域，幷包含大量裝置。

藍芽 mesh網路和多對多拓撲

對於滿足日益普及的各種通訊需求，mesh拓撲結構能提供最佳的方式，因此藍芽mesh網路應運而生，典型的應用包括樓宇自動化和感測器網路等。這些通訊需求包括：

• 覆蓋面積廣

• “直聯互通性”

• 監測和控制大量裝置的能力

• 經優化的、低功耗的

• 有效利用無線電資源，有可擴充套件性

• 與當前市場上的智慧手機、平板電腦和個人電腦產品相容

• 符合行業標準，具有政府級安全性

雖然還有其他支援mesh拓撲的低功耗無線通訊技術，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，而且對於他們正在嘗試解決的各種問題和希望建立的產品型別來說，也並非最佳選擇。其他類似技術的問題包括低資料傳輸速率、在mesh上中繼資料時的“跳數”限制、通常由無線電通道使用方式引起的可擴充套件性限制、以及按步驟更改mesh網路中裝置組成的過程中出現的困難和延遲。

通常來說，其他mesh技術無法被標準智慧手機、平板電腦和PC裝置所支援，這是一個主要的限制因素。

建立符合行業標準的、基於低功耗藍芽的mesh通訊技術，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芽最突出的特性。

藍芽mesh網路使用釋出/訂閱 (publish/subscribe)訊息系統。

裝置可以將訊息傳送至特定地址，這些地址的名稱和含義與使用者能夠理解的高階概念相對應，如“花園燈”(Garden Lights)。這被稱為“釋出”（publishing）。

裝置經配置後，可接收由其他裝置傳送到特定地址的訊息。這被稱為“訂閱” (subscribing) 。

當裝置向特定地址釋出訊息時，訂閱該地址的所有其他裝置將收到該地址的副本，對其進行處理，並以某種方式作出迴應。

想象一下花園裡安裝的一套戶外燈, 每盞燈都已經過配置，以便其訂閱“花園燈”訊息。現在，想像一個藍芽mesh電燈開關向“花園燈”地址傳送了“開”的訊息。沒錯，花園裡的所有燈都會收到“ON”訊息，並做出開燈的迴應。

就是這麼簡單！

“狀態” (state) 是藍芽mesh網路中的一個關鍵概念。藍芽mesh網路中的每臺裝置都具有一組獨立的狀態值，表示裝置的某些狀態。在花園燈的示例中，每盞燈都有一個狀態值，表示裝置當前是處於開啟或關閉狀態。通過釋出一類在定義上意味著能夠迴應“開”或“關”狀態值的訊息，來改變狀態值，藍芽mesh電燈開關就能對燈泡進行控制。更改狀態值會修改裝置本身的物理狀況，例如開啟或關閉裝置。

訊息、狀態、以及這些和其他概念相關的裝置行為已被定義在規格中，稱為“模型”（modules）。模型由藍芽mesh裝置實施。

在本系列的後續文章中，我們會繼續更加正式地討論裝置、狀態、訊息、狀態更改和模型。

本系列中的第二篇將帶我們深入藍芽mesh網路的世界，瞭解訊息在大型mesh網路、市場裝置支援、安全性和mesh協議棧本身之間的傳輸路徑。同時，我還將為大家介紹藍芽mesh網路設計中一些有趣的效能優化，這些優化使mesh變得更加高效，非常適合物聯網時代的mesh網路需求。敬請期待！

截圖：