网状网络在智能照明中的重要性

家庭和小型建筑的所有者可以接受智能技术的好处，例如自动光激活和调光，这提供了改善的舒适性和便利性以及水电费。到2019年，家庭自动化市场的收入将超过160亿美元。轻松升级，中断最少或重新布线成本高，理想情况下可以作为DIY项目使用，或者使用不需要专业IT或智能建筑知识的本地安装人员，这对于普及采用。标准组织已经认识到简化流程（如建立网络和添加新设备）的重要性，并且正在引入标准，以最大限度地减少调试和维护所需的技术专业知识。

作为一个例子，ZigBee®Alliance引入了ZigBee Light Link（ZLL）配置文件，提供了一个标准，可以更加专注于入门级智能照明机会，并且比其他配置文件更易于设置和使用例如ZigBee家庭自动化（ZHA）。 ZLL实现了无协调器调试，简化了初始网络设置和额外节点的添加。支持常见的照明设备和控制器，例如可调光灯，彩色灯和彩色或场景控制器，而ZigBee集群库的扩展增强了对设置场景和控制颜色等操作的支持。在缺少可信协调设备的情况下，通过交换使用ZLL主密钥加密的网络密钥，节点保持安全。

与家庭自动化配置文件一样，ZLL运行在ZigBee PRO无线网络协议之上，具有家庭自动化和智能照明的重要优势。这些功能包括低功耗，以及对对等网状连接的支持，可在整个远距离扩展的网络中实现强大的容错无线通信。

虽然低功耗以及网状网络固有的稳健性和扩展范围为家庭或办公室中的智能照明提供了明显的优势，但另一个越来越受期待的功能是能够使用移动电话调整设置。在房屋内或通过互联网从远程位置。这不仅方便了那些倾向于轻松携带智能手机的用户，而且还可以为产品供应商节省构建和运送专用控制器的额外开销。

要使用智能手机来控制连接到ZigBee网络的灯光开关或驱动程序等设备，目前需要将用户的指令通过互联网路由到ZigBee网络的网关。这可能会引起系统响应的延迟，在更改恒温器设定点等设置时可能不会引起注意，但在到达黑暗的房间时尝试打开灯或在最喜欢的电视节目中及时优化调光时可能是不可接受的。

Bluetooth®LowEnergy或Bluetooth Smart具有许多优势，可以提供合适的替代方案。支持蓝牙的移动设备可以连接到建筑物中的蓝牙智能设备，无需通过网关。由于现场已有超过90％的智能手机支持蓝牙，因此已存在大量潜在用户群。这可能会进一步增长，因为ABI Research预测到2018年市场上将有100亿台蓝牙设备。另一方面，蓝牙的有限范围和传统的主从通信模式限制太多，无法让用户控制任何设备从建筑物内的任何位置。在办公室或工业场所等大型建筑物中，有限的范围可能特别具有挑战性。

多跳通信提供了一种扩展有效无线范围的方法，自4.1版本开始引入蓝牙低功耗Scatternet就实现了这一目标。 Scatternet允许设备在一个域中充当主设备，同时在其他域中充当从设备。因此，它可以从其主设备接收消息并将消息中继到其自己的连接从设备。虽然这可以允许网络延伸更长的范围，但是消息传播仍然相对正式和繁琐。

已经出现了一些技术，可以使用蓝牙技术建立网状网络。通过允许网络内的设备在彼此之间中继消息，网状网络能够扩展到远大于所选无线技术的最大点对点范围的区域。其中，Cambridge Silicon Radio的CSRmesh™使设备能够在点对点的基础上进行交互，避免了许多与主从通信相关的开销。

将网格添加到蓝牙

网状网络可以根据许多原则运行。消息可以沿着特定路径从一个设备路由到另一个设备以到达期望的目的地。然而，虽然Bluetooth Smart被认为是市场上功耗最低的无线电，但管理此路由所需的内存和处理可能会增加功耗。这在智能照明和一般的物联网应用中是不希望的，这通常要求节点在没有维护的情况下从小电池运行数月或甚至数年。

CSRmesh通过使用泛洪方法避免了与路由相关的开销。在这种情况下，每条消息都会发送到范围内的每个设备。反过来，这些设备将消息中继到范围内的其他设备。与具有必须在大多数时间监听和接收的路由节点的网络的情况不同，泛洪网格的传感器仅在它们具有要发送的数据时被唤醒。虽然设备需要定期唤醒以进行扫描，但是包含许多能够重复消息的节点的网络可以容忍较低的扫描速率以最小化功耗。另外，一些设备可以作为网格的被动成员存在。这可以为网络规划人员提供额外的灵活性，通过将这些设备配置为仅作为发起者并且从不监听消息来最大化节点（例如灯开关）的电池寿命。他们将无法转发或转发其他节点的消息，但可以在硬币小区上运行多年。

由于CSRmesh网络中没有路由或协调设备的概念，每个节点都是使用蓝牙智能SoC构建，例如CSR1010无线收发器或其他CSR101x系列设备。这为节点提供了足够的智能，以便在诸如专用传感器等附加设备的价格或功率方面提供额外的功能而无需额外成本。例如，与用户智能手机的直接连接使得可以通过接近来激活设备，而无需额外的传感器。这可以在家庭环境中使用，例如当房主接近前门时打开门廊灯，或者在商业建筑物中用于在公认的用户沿着走廊移动时激活灯或门锁。

由于网状网络可以在没有网关或Internet连接的情况下运行，因此智能手机和网络之间不会出现单点故障。此外，CSRmesh具有轻量级寻址功能，可减轻运行更复杂固件的负担。如果要求控制器远程操作灯，则需要与任何其他基于互联网的控制策略一样的网关。

自最初推出照明应用协议以来，CSR最近推出了CSRmesh家庭自动化系统，增加了传感器和执行器模型，使开发人员能够创建可控制加热，通风，空调，门锁和窗户传感器的解决方案除了照明。家庭自动化还允许开发人员调整网状网络中节点的扫描速率，以进一步延长电池寿命。包括加密网络密钥在内的安全预防措施可以防止干扰和攻击。

图1：CSRmesh板有助于创建智能照明和其他家庭自动化产品。

包含RGB LED和调光器的CSRmesh开发板按钮（图1）可以快速启动CSRmesh应用，如照明，家庭自动化或传感器网络。其中三个板包含在CSRmesh开发套件中，该套件还提供软件开发环境，开发板的示例应用程序以及带有Android和iOS®源代码的示例主机智能手机应用程序。 CSR合作伙伴Avi-on创建的支持包的详细信息为使用CSRmesh开发家庭自动化产品提供了进一步的见解。该软件包包括即插即用固件，可从Apple App Store或Google Play下载的家庭自动化智能手机应用程序（图2），以及基于CSR1010的预认证模块。

图2：Avi-on应用程序是最先通过CSRmesh技术直接控制家庭自动化的应用程序之一。

CEL（加州东部实验室）正在使用CSR1010收发器是其B1010SP0 MeshConnect™迷你模块的核心，支持CSRmesh协议，并提供适用于网状网络的低风险蓝牙智能解决方案。这些模块与CEL的ZigBee和基于线程的模块尺寸兼容，可与CEL的Cortet™物联网软件和移动应用程序一起使用。这些模块通过集成关键组件简化了硬件设计，如图3所示。开发可以利用μEnergy入门开发套件，其中包含CSR的μEnergy平台软件和CEL的硬件组件和文档，可以快速开始设计。

图3：CEL的MeshConnect模块简化了基于CSRmesh和CSR1010收发器的开发。

正在进行标准化

蓝牙网状网络的逻辑下一步是Bluetooth SIG标准化协议。这应该有助于促进蓝牙在智能建筑应用中的使用。 SIG自2015年起任命蓝牙智能网状工作组，一直致力于实现这一目标。包括CSRmesh在内的一些提案正在考虑之中，SIG很快就会准备好采用配置文件。

或许期待行业对蓝牙网格标准化的有利回应，ON World预计蓝牙将会2014年7％的住宅销售量激增，到2019年底成为第二大智能照明技术。