1. 背景

物聯網在工業，商業中都有廣泛的應用，並且作為感測器的聯網方式，為人工智慧提供基礎的數據。相比商業上的應用，工業控制對物聯網有更多的要求，例如網路安全，低干擾，要求輸出功率比較低，但是數據傳輸量不是很大，當前已經存在的是Lora，wifi，zigbee，藍牙等，lora比較適合空曠場所的數據傳輸，無法組成mesh網路，wifi傳輸距離短，且無法組成mesh網路，zigbee可以組成mesh網路，但是傳輸效率比較低。

藍牙mesh網路是2017年批准的藍牙標準，這是一種組網技術，藍牙4.0以上支持BLE低功耗的晶元都支持。藍牙5.0是藍牙的最新標準，主要是提高2倍的傳輸速度和4倍的傳輸距離，和藍牙mesh是兩個概念。

本文對藍牙mesh的網路特點以及性能進行分析，供不同的解決方案選用。

2. 藍牙mesh特點

藍牙 Mesh脫胎於CSR倡導的私有協議-CSR Mesh，該技術誕生於2014年。

藍牙技術聯盟於去年7月19日正式宣布，藍牙(Bluetooth)技術開始全面支持Mesh網狀網路。全新的Mesh功能提供設備間多對多傳輸，並特別提高構建大範圍網路覆蓋的通信能力，適用於樓宇自動化、無線感測器網路等需要讓數以萬計個設備在可靠、安全的環境下傳輸的物聯網解決方案。

藍牙mesh的網路節點類型如下：

Proxy（代理節點）：通過代理節點，手機和pad等支持藍牙的設備可以訪問網路中的每一個設備。

Edge（邊緣節點）：普通的節點，不支持中繼等功能，只是普通收發數據。

Relay (中繼節點) ：可以作為消息的中繼，轉發給其他節點，本身也可以接受消息。

Friend+Low power節點：這兩個節點是配合使用的，Friend節點可以緩存Low power節點的信息，這樣low power節點可以處於休眠狀態，定時喚醒，從Friend節點取回消息，滿足低功耗的應用。

藍牙Mesh與zigbee不同，它不用路由協議，而是使用網路泛洪管理技術，簡單說就是一個節點發出的數據，將會被所有支持中繼的節點進行轉發，但不會被無限轉發，已經轉發該數據的節點將不再進行轉發，同時，藍牙Mesh有一些特殊機制，比如數據包生存周期（Time To Live）管理，也是有效的防止了數據的無限轉發。

藍牙mesh的網路特點如下：

1) 網路無需中心節點

藍牙Mesh與其他Mesh拓撲的很大不同，無需中心網關，節點與節點通信，節點的入網，均是通過配置實現

2) 節點信息，入網可配置

節點通過配置完成入網，無繁瑣的入網交互流程及對應入網過程路由表的建立

3) 採用洪流(Flooding)模式進行通信

與一般的Mesh基於路由表通信相比，藍牙Mesh利用廣播+中繼接收轉發的機制，完成消息的傳遞；

4) 通信採用發布/訂閱模型

節點發布信息，將消息發送至對應地址，訂閱該地址的節點，將收到消息；這一特點，可以實現一對多的控制以及多對一的控制；比如一個開關可以控制三個燈泡，一個燈泡可以被三個開關控制。這個特性也是充分利用了藍牙Mesh廣播通信的優勢；

5) 兩重安全機制

藍牙Mesh採取了應用層安全密鑰及網路安全密鑰，來保護網路的安全；網路安全密鑰應用於整個網路，而應用層密鑰則專門保護專門的終端節點；比如，燈控的消息可以被同一網路的開關，執行器等轉發，而開關，執行器轉發過程，無法解密具體的應用數據，即使同一網路，也無法實現燈的控制 (這加大了破解網路的難度)

6) 低功耗支持

針對低功耗如電池供電節點，可制定其他的節點作為低功耗節點的Friend節點，當低功耗節點進入睡眠後，Friend節點可以替代接收低功耗節點消息，並在低功耗節點喚醒後，將數據傳遞給低功耗節點；

7) 代理支持

針對已實現BLE 4.0/4.2協議的傳統BLE設備，可通過代理節點，實現傳統BLE節點加入Mesh網路；代理節點與傳統BLE節點通過特定GATT Profile進行消息傳遞；

3. 藍牙mesh性能分析

Silicon Lab專門做了zigbee網路，Thread網路（基於Zigbee支持IPv6的協議）和藍牙mesh的網路性能對比測試，這裡藍牙mesh將所有節點都設置為路由節點，因此對於密集組網，有一定的優化空間。

從下面兩個測試數據可以看出，對於192個節點的中小型網路，藍牙mesh在8個位元組的短數據傳輸時比較有優勢，傳輸延時小於100ms，明顯優於Zigbee，而當數據為16位元組時，表現是最差的。

通過測試也可以看出，Thread網路的性能是遙遙領先的，在大數據時也表現優秀，只是這個協議現在推廣的不太好，並且對資源消耗比較大.


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