蓝牙Mesh智能家居领域超越ZigBee

市场分析机构预测2017年后智能家居将成为物联网最大的用户,巨大的市场意味着通信标准竞争的激烈。目前ZigBee备受关注,Thread来势汹汹,被认为有致命缺陷的蓝牙技术能否成为最终标准?

蓝牙(Bluetooth)无线技术工作于免许可的2.4GHzISM频段,采用1600hop/s的快速跳频技术、正向纠错编码(FEC)技术和 FM调制方式,设备简单,支持点到点、点到多点通信。对于物联网应用而言,其最大的致命缺陷在于点到点传输,但是蓝牙Mesh或许能弥补这一缺陷。

    物联网时代蓝牙技术的挑战

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在过去的20多年里,人类经历2次大的连接,第一次是90年代起Internet 逐步普及,网线将11亿人连接到一起。第二次是2000年以后手机的普及又将地球人又一次紧密连接起来。蓝牙技术在1994年由电信巨头爱立信公司创制, 随后,1998年蓝牙技术联盟成立,创始公司包括:苹果、爱立信、英特尔、联想、微软、诺基亚、东芝。

现在我们正经历物联网阶段的第三次大的连接,创立于手机时代的蓝牙技术面临挑战。蓝牙技术联盟亚太区市务高级经理李佳蓉女士介绍:面对IoT领域的 机会,蓝牙有几项技术特性必须克服,首先,因为IoT将导致联网装置数量大幅增加,现有的IPv4支持能力将有限,IPv6的技术支持势在必行,组网的能 力也会受到考验;其次,便携式移动设备对于功耗的要求更为严苛;在物联网与生活结合得更加紧密之后,安全性也是重要的考量。

为顺应时代潮流,蓝牙低功耗(BLE)技术推出,相较传统蓝牙拥有更好的信噪比,传输距离更远,通常可以达到50米,而传统的只有6~8米。蓝牙 BLE功耗低,省电,数据传输量小但速率快。尽管优点多多,然而在智能家居、智能照明等领域的应用上,一直存在着距离短、组网能力差等问题。

随后,2014年底蓝牙技术联盟推出全新蓝牙4.2核心规格,在隐私保护、传输速度和直接通过IPv66LoWPAN接入互联网等方面做出重大改 进,让物联网领域的互联更加快速安全。20152月,蓝牙技术联盟成立Bluetooth Smart Mesh工作组,助力Bluetooth Smart技术实现标准化的mesh网络功能。

  蓝牙Mesh技术

介绍蓝牙Mesh技术之前,我们首先要明白Mesh网络是什么?无线Mesh网络(无线网状网络)也称为多跳(multi-hop网络,由 mesh routers(路由器)和mesh clients(客户端)组成,其中mesh routers构成骨干网络,并和有线的 internet网相连接,负责为mesh clients提供多跳的无线internet连接。无线网状网是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构,具有移动宽带的特性,同时它本身可以动 态地不断扩展,自组网、自管理,自动修复、自我平衡。

无线Mesh网将传统WLAN中的无线热点扩展为真正大面积覆盖的无线热区。无线Mesh非常适合于覆盖大面积开放区城(包括室外和室内)的无线区域网络解决方案。

蓝牙Mesh脱胎于CSR倡导的私有协议CSR MeshCSR Mesh20142月由CSR公司推出的一款全新的Bluetooth Smart解决方案。这项技术主要是通过将蓝牙配置与控制协议整合到单一的芯片中,利用星型网络和中继技术,让每个网络可以连接超过65000个节点,网 络和网络间也能实现互连,最终可对无数个搭配Bluetooth Smart的设备通过同一手机、平板电脑或PC进行互联或直接操控,从而构建整体家居自动化。

号称为家庭自动化而生的CSR Mesh技术特点

特点一: CSR Mesh的功耗只有Zigbee的几十分之一。

它可以通过节点与节点之间的信息传播,让信号在Mesh网络间不断地传输,以达到控制目标设备的功能,而无需传统意义上的网关,因此,我们可以利用手机或平板上的APP来进行控制,操作起来十分方便。

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CSR Mesh 技术的组成架构

特点二:环环相扣的加密功能保障信息安全

在提及CSR Mesh技术在安全上的性能表现时,专业人士指出,在这样一个由CSR Mesh构成的家庭网络中,一切的数据都是使用AES算法进行加密,数据间的传输也会基于经典的嵌套式密钥交换&加密协议Diffee- Hellman-Merkle来运行。每当有新设备要接入组网时,需要凭借设备自身拥有的128UUID(通用唯一识别码)以方便手机APP识别,随后 还得通过64位代码的认证才能连上手机,认证通过了设备才可以获得唯一的组网密钥,以用于通信。

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智能灯泡加入CSR Mesh网络的流程

除了CSR,其他厂商如恩智浦也推出了蓝牙Mesh解决方案。恩智浦Bluetooth Smart Mesh的解决方案不同于其他网格技术可能出现泛洪(Flooding)而导致广播风暴(broadcast storm、增加能源消耗等缺陷。恩智浦低功耗解决方案能够完全同步和路由各种协议,从而实现节点之间的高效端对端连接;能够创新的在整个网络中实现 数量级的能效提升;还具有增强的安全性和带自愈功能的网络自组功能,并在未来保护分层网格架构(layered-mesh architecture),以更好地支持蓝牙智能设备,其所提供over-the-air 无线升级功能,可助部署之后的网络升级。恩智浦这个方案能够帮助开发商和制造商在开发智能家居产品,包括照明、传感器、温控器以及其他家用蓝牙智能设备 时,实现多节点通信设计。

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  蓝牙Mesh

  蓝牙Mesh的优点

一、低成本:每年十几亿部的智能手机几乎全部搭载蓝牙4.0,庞大的体量摊销了蓝牙协议、蓝牙芯片的软硬件研发成本。蓝牙模块的成本平均大概只有其他协议的一半。

二、超低功率:适中的带宽、低发射功率和完备的休眠机制造就了蓝牙的超低功率,蓝牙4.0BLE的出现,更是把待机功耗带到了微瓦级,而且启动快速,不像Wi-Fi,启动一次需要几百毫秒,空耗系统功耗。

三、多信道:Wi-Fi2.4GHz上只定义了14个频道, 而蓝牙4.0定义了79个频道,在中国式公寓楼这一普遍场景,智能家居联网必须有足够多的频道才能避免同频干扰。这一点上蓝牙完胜了Wi-Fi ZigBee2.4GHz 868MHz915MHz一共才定义了27个信道,远远不能胜任大面积家庭使用导致的同频干扰。

四、覆盖盲区少:蓝牙自联网降低了覆盖距离的要求,而且节点越多,覆盖盲区越少。一般人家中5个以上蓝牙灯泡或开关,就可以形成全家无盲区覆盖。

五、传输速度:蓝牙4.2的理论带宽上限24Mb,带宽可以传送短视频或图片。

七、IPV6:蓝牙4.2可以直接接入互联网,甚至预留了未来的互联网标准,IPV6

  蓝牙技术未来怎么发展?

蓝牙技术未来的发展,主要有技术和应用两个方面。技术方面,除了发展蓝牙Mesh技术之外,蓝牙技术也将突破现在10米的通信距离,解决通信距离的限制问题。同时,在能耗不增加的基础上,蓝牙技术的传输速度将提升至当前的一倍。

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2016蓝牙技术蓝图

未来,蓝牙技术将不仅仅是文件传输,会有更多应用场景。第一,Beacon。蓝牙Beacon应用彻底改变了人们对连接和信息发布的认识。很多人熟悉 的Beacon都是觉得它是零售环节当中使用。实际这只是Beacon市场当中很小的一块,Beacon还可以用于工业、农业领域。第二,定位与发现。第 三,更智能的自动化解决方案。智能建筑、智能家居、智能汽车未来都可以通过蓝牙连接到一起,包括控制温度,控制门锁,控制窗户等,蓝牙非常适合这些低功耗 的小设备使用。还可以通过通过Mesh的功能,将所有设备连接到一起提供一整套的解决方案。

最后,至于蓝牙MeshZigBee3.0谁能最终成为智能家居领域的标准,蓝牙Mesh技术上的有更低的功耗以及真正实现互联互通的优势,但最终谁能最终胜出还需要时间来告诉我们答案。