深圳市合力為科技有限公司
藍牙?技術(shù)將其網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)引入物聯(lián)網(wǎng)
作者： 合力為科技
來源： 物聯(lián)網(wǎng)在線
發(fā)布時間：2016-12-30 00:00
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的關(guān)鍵架構(gòu)。諸如IEEE804.15ZigBee之類標準在過去二十年里已在工業(yè)自動化領(lǐng)域成功實施網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這意味著網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點均可接收數(shù)據(jù)并向鄰近節(jié)點傳送數(shù)據(jù)，因此，僅需增加新節(jié)點即可輕松擴張網(wǎng)絡(luò)。這比必須另外采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備或接入點更具成本效益，更易于實施，因為后者還通常需要更多的規(guī)劃來避免頻率沖突。??相比之下，藍牙已從根本上成為一種點對點連接，用于連接一個終端（如智
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的關(guān)鍵架構(gòu)。諸如 IEEE804.15 ZigBee之類標準在過去二十年里已在工業(yè)自動化領(lǐng)域成功實施網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這意味著網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點均可接收數(shù)據(jù)并向鄰近節(jié)點傳送數(shù)據(jù)，因此，僅需增加新節(jié)點即可輕松擴張網(wǎng)絡(luò)。 這比必須另外采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備或接入點更具成本效益，更易于實施，因為后者還通常需要更多的規(guī)劃來避免頻率沖突。
相比之下，藍牙已從根本上成為一種點對點連接，用于連接一個終端（如智能手機）或者接入點（如iBeacon或Eddystone）。同樣，藍牙技術(shù)在可穿戴領(lǐng)域也大獲成功，可提供返回智能手機的鏈路，并從智能手機連接至范圍更廣的互聯(lián)網(wǎng)。這使得藍牙技術(shù)可以運用到一系列在不斷與互聯(lián)網(wǎng)直接連接的應(yīng)用中，同時也推動了對網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的需求。
圖 1將節(jié)點與最近的鄰居連接，可使網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)輕松將藍牙設(shè)備的覆蓋范圍從一個房間擴大至另一個房間
最新版4.0或以上的智能藍牙不僅大幅減少了功耗和建立時間，而且降低了數(shù)據(jù)速率。這對于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)很有意義，因為在網(wǎng)絡(luò)中每增加一步，數(shù)據(jù)速率便減半。
不過，某些象Cambridge Silicon Radio這樣的藍牙專家已在利用藍牙建立自己的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。CSRmesh是一種針對低功耗藍牙設(shè)備的疊加軟件，不僅能使這些設(shè)藍牙接收消息并根據(jù)所接收消息做出響應(yīng)，而且還能把那些消息轉(zhuǎn)送至周圍的設(shè)備。這將擴大智能藍牙的覆蓋范圍，并為物聯(lián)網(wǎng)提供一個簡單的自組式網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
CSRmesh的首批重大開發(fā)成果之一便是與韓國的SK合作完成的。他們開發(fā)出了全球首個智能 LED燈泡系列，這些燈泡在零售環(huán)境下還可用作智能藍牙的信標。這樣，在一個商店中即可簡單地為幾乎無數(shù)個智能燈泡組網(wǎng)并進行控制，與此同時，還可針對智能手機用戶展開基于位置的特價優(yōu)惠服務(wù)。
圖 2：用于智能照明控制應(yīng)用的 CSRmesh開發(fā)板
目前在售的信標系統(tǒng)要求在商店地板周圍安裝許多無線傳感器，而這通常是一個漫長、昂貴且需要不斷維護的過程。使用CSRmesh方法，不需要徹底檢修建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)即可提供一個信標發(fā)射系統(tǒng)。利用LED智能信標，一座建筑的現(xiàn)有照明燈具可實現(xiàn)全覆蓋，因其在店內(nèi)均勻分布。LED信標還把市電作為永久性電源，即服務(wù)提供商無需再管理數(shù)百個電池供電型設(shè)備。
該系統(tǒng)采用適合現(xiàn)有照明燈具的LED燈泡，且每個燈泡在網(wǎng)狀網(wǎng)中均與鄰近的燈泡通信。智能燈泡配備預(yù)先經(jīng)過認證的模塊，且這些模塊基于CSR1010芯片組和CSRmesh v1.2協(xié)議層，它們具有信標能力并提供iOS和安卓手機支持。
CSRmesh開發(fā)板（圖 2）有助于設(shè)計人員在標準藍牙軟件頂層執(zhí)行網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議。這樣，各種消息就可通過一個簡化平臺在多個智能藍牙設(shè)備之間中轉(zhuǎn)，以方便產(chǎn)品設(shè)計人員希望快速進行智能藍牙網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的原型開發(fā)，以及測試網(wǎng)狀網(wǎng)實施能力。
為此，該套件提供了一套完整的工具用于評估和軟件開發(fā)，包括從開發(fā)板、CSR xIDE軟件開發(fā)環(huán)境、USB編程器和接口電纜、用于開發(fā)板的CSR示例應(yīng)用和主機示例應(yīng)用，到用于安卓和蘋果 iOS 智能手機的源代碼。
該開發(fā)板通常由兩節(jié)AA電池供電，也可通過主機USB連接供電，并且可輕松增加板子以組成更大的網(wǎng)絡(luò)。
所有這些還僅是解決大型空間內(nèi)數(shù)千個智能藍牙型信標的管理難題的一部分，如采用基于網(wǎng)狀網(wǎng)的智能照明信標的體育場。
另一家芯片制造商Nordic Semiconductor也在致力于通過利用其超低功耗智能藍牙設(shè)備建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，從而為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供一個經(jīng)過充分開發(fā)的低成本ULP無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案。
Wirepas Pino是一種由Wirepas開發(fā)的、用于在Nordic nRF51822藍牙芯片上運行的全自動、自主優(yōu)化、多次轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。該協(xié)議棧通過采用一種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)支持高節(jié)點密度，并從理論上支持無限擴大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模（節(jié)點數(shù)量），這種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)會持續(xù)進行自主優(yōu)化，以平衡節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量并自動適應(yīng)其運行環(huán)境，如遭遇射頻干擾。
這會顯著提升網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而在某個節(jié)點故障時，網(wǎng)絡(luò)會通過該故障節(jié)點周圍的其它節(jié)點重新建立通信路徑，實現(xiàn)自動“愈合”。此外，還能提升網(wǎng)絡(luò)能效、降低所有節(jié)點的功耗，因為網(wǎng)絡(luò)會持續(xù)、自動地進行自主式重新配置，以便在加入新節(jié)點時維持最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。
圖 3：芬蘭的 Wirepas 公司設(shè)想的在整個大型建筑內(nèi)建立藍牙連接的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
鑒于所有這些優(yōu)勢，藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)已著手將網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)納入藍牙規(guī)范，使該標準包含這種功能。這樣，所有通過藍牙認證的設(shè)備便都能添加到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中。隨著我們家居環(huán)境中智能藍牙傳感器數(shù)量的激增，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將成為一個一體化的元件，用于確保用戶家中支持藍牙的智能鎖、照明、HABC系統(tǒng)，甚至還有各種家用電器一起工作，進而提供一種無縫式智能家庭體驗。
智能藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)工作組正在針對智能藍牙技術(shù)制定網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力標準化架構(gòu)。這一行動極受歡迎，已有八十多家會員公司自愿為該工作組提供服務(wù)，在所有的SIG工作組中，該工作組擁有自愿提供服務(wù)的會員公司數(shù)量多。
該工作組的會員公司來自眾多行業(yè)領(lǐng)域，包括汽車、手機/移動、工業(yè)自動化、家居自動化、消費電子和計算。該工作組的目標并非注重某一特定使用案例，而是構(gòu)建一個所有會員都可以開發(fā)的公共平臺。該工作組目前正在評估許多會從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)獲益的用戶方案，包括照明、HVAC控制、資產(chǎn)跟蹤和安防。
一種能夠輕松實施這類功能的方法便是通過某種模塊，如來自Silicon Labs的BLE113模塊。這種模塊目標針對小型、低功耗傳感器及配件，并集成了智能藍牙應(yīng)用所需的全部特性，從無線電收發(fā)器、軟件協(xié)議棧和規(guī)范，到電池管理和單極片式天線，應(yīng)有盡有。所以，通過其靈活的硬件接口即可方便地將該模塊納入現(xiàn)有設(shè)計，并將允許這些設(shè)計輕松訪問網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。該模塊可采用標準3 V鈕扣電池或兩節(jié)AAA電池供電。在最低功耗休眠模式下，其電流消耗僅500nA，并會在幾百毫秒內(nèi)喚醒。
圖 4：來自Silicon Labs的BLE113藍牙模塊
網(wǎng)狀網(wǎng)方法的部分優(yōu)勢是，它能使用戶幾乎看不到藍牙設(shè)備的影子。因具有更緊密的集成度，像Dialog Semiconductor的DA14580這樣的智能藍牙收發(fā)器可以嵌入到設(shè)備中，并自動連接在其附近的另一網(wǎng)狀網(wǎng)內(nèi)節(jié)點。這為建立、運行智能家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一種非常容易的方法。
DA14580為智能藍牙4.1提供了一個全集成無線電收發(fā)器和基帶處理器，這種處理器可用作獨立應(yīng)用處理器或作為托管型系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)泵使用。該收發(fā)器支持靈活的存儲架構(gòu)，以適應(yīng)藍牙規(guī)范的存儲和應(yīng)用代碼自定義應(yīng)用代碼，所有這些均能夠以無線方式(OTA)更新，并因此便于以后在需要時實施網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議。合格的智能藍牙協(xié)議棧保存在專門的ROM中，而所有軟件則通過一個簡單的計劃程序在16 MHz ARMCortex-M0處理器上運行。該器件已針對低功耗、小體積進行了優(yōu)化，可以毫不顯眼地加入設(shè)計。
智能藍牙固件包括L2CAP服務(wù)層協(xié)議、安全管理器(SM)、屬性協(xié)議(ATT)、通用規(guī)范(GATT)和通用訪問規(guī)范(GAP)，以及可能包含網(wǎng)狀網(wǎng)實施的定制規(guī)范。
SIG指出，藍牙技術(shù)的價值主張在物聯(lián)網(wǎng)中是無與倫比的，消耗的功耗極少，是當(dāng)今成本最低、普及最廣的實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無線解決方案。將網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)納入藍牙規(guī)范的關(guān)鍵是將這項技術(shù)推廣到全新的細分市場領(lǐng)域。
智能網(wǎng)狀網(wǎng)工作組應(yīng)在2015年下半年完成該規(guī)范并進入原型測試階段，SIG希望2016年正式采納該規(guī)范。
合力為科技：www.ekxox.cn
關(guān)鍵詞：
“中國制造2025”風(fēng)口：開啟智能制造六大領(lǐng)域試點
2015-04-09
2015-04-08
智能家居進化：不止是聯(lián)網(wǎng) 讓一切活起來
2014-03-23
2014-03-21
服務(wù)熱線：