蓝牙Mesh的四大节点是如何工作的?

描述

接触过蓝牙Mesh技术的工程师都清楚:蓝牙Mesh技术具备开放、低成本、高性能等优势,在实际应用中很好的弥补了低功耗蓝牙无法组网的尴尬局面,对Mesh网络的支持使低功耗蓝牙技术进入更加广泛的应用领域,增强了其在楼宇自动化应用方面的可适宜性。

蓝牙mesh

借助蓝牙Mesh,我们能够创建大型网络并支持成千上万的设备之间进行安全、可靠的通信。蓝牙Mesh网络包括节点(Node)、元素(Element)、模型(Model)和状态(State),本篇SKYLAB君将为大家详细介绍蓝牙Mesh的节点,节点(Node)是已经启动配置(Provision)并成为Mesh网络中一员的设备。

蓝牙Mesh规范详细描述了四种“节点”,分别是“中继节点”、“低功耗节点”、“好友节点”和“代理节点”。

中继(Relay)节点:通过广播承载层接收并重新发送mesh消息、以构建更大规模网络的能力。

代理(Proxy)节点:在GATT和广播承载层之间接收并重新发送mesh消息的能力。

低功耗(Low-Power)节点:能够以明显较低的接收端占空比在mesh网络中运行。通过将无线电接收器启用时间最小化可实现节点功耗的降低,只有在绝对必要时才启动接收器。低功耗节点(LPN)通过与好友(friend)节点建立友谊(friendship)关系来实现这一点。

好友(Friend)节点:通过存储发往LPN的消息,仅在LPN明确发出请求时才进行转发来帮助LPN运行的能力。

中继节点能够重新发送所接收到的数据包,并且通过这个机制,使数据包可以在整个网络上快速传播。中继机制的缺点是耗电量增加,这是由于它依赖于保持“醒着的”节点。虽然在mesh网络配置中低功耗蓝牙的功耗远低于其他竞争技术,但这样的运作模式单单依靠电池供电是无法持久的。对于智能照明等应用来说,这并不是缺点,因为灯具通过接入主干供电系统为LED供电,但这对于加入网络中的其它非主干系统供电设备,比如设备开关,则可能不适用。

为了解决这个问题,蓝牙网络引入了“低功耗节点”(LPN),可以使用电池或能源采集来供电。LPN与“好友节点”协同工作,好友节点通常是由主干系统供电,因而能够永远保持唤醒状态;这些设备会缓存发往LPN的信息。LPN根据预先设定的进程表切换至“接收”模式,接收缓存的信息,根据指令进行操作,然后快速度返回省电的“睡眠”状态。

“代理节点”允许支持低功耗蓝牙但不支持蓝牙mesh的设备 (例如现在的智能手机)连接至蓝牙Mesh网络。通过节点和代理设备的通用属性配置文件(GATT) 接口实现交互。

蓝牙Mesh组网方案

蓝牙Mesh网络是用于建立多对多(many:many)设备通信的低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,也称为Bluetooth LE)新的网络拓扑。它允许您创建基于多个设备的大型网络,网络可以包含数十台,数百甚至数千台蓝牙Mesh设备,这些设备之间可以相互进行信息的传递,无疑这样一种应用形态为楼宇自动化,无线传感器网络,资产跟踪和其他解决方案提供了理想的选择。有了蓝牙Mesh,智能家居便涌现出很多新的应用可能性。

蓝牙Mesh组网方案说明:蓝牙Mesh组网的BLE蓝牙模块——SKB369。有了蓝牙Mesh之后,只需用一台控制设备,就可以同时、轻松、高效地控制智能家居系统内的所有功能。蓝牙Mesh的强大架构还可以进行扩展,满足办公室、工厂、工业环境甚至城市的需求,将数以百万计的节点连接起来,而不会产生故障。

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