經(jīng)驗(yàn)案例

物聯(lián)網(wǎng)通信應(yīng)用4G 工業(yè)路由器，4G DTU蜂窩無(wú)線，藍(lán)牙的從BLE到Mesh

藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)從將PC外圍設(shè)備連接到強(qiáng)大的工業(yè)網(wǎng)關(guān)和家庭物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案的方式發(fā)展而來(lái)。但藍(lán)牙僅適用于某些用例。您可能無(wú)法完全理解藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)，但我敢打賭您熟悉基礎(chǔ)技術(shù)。藍(lán)牙將各種耳機(jī)和揚(yáng)聲器連接到智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)。它為您的無(wú)線鼠標(biāo)和鍵盤(pán)供電。它允許您通過(guò)汽車(chē)揚(yáng)聲器接聽(tīng)電話，方便地短距離傳輸文件。藍(lán)牙“經(jīng)典”主要是關(guān)于將您連接到一些日常設(shè)備。支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新型藍(lán)牙技術(shù)更多的是將設(shè)備連接到家庭，城市和工業(yè)場(chǎng)景中的大規(guī)模“網(wǎng)狀”網(wǎng)絡(luò)中的物聯(lián)網(wǎng)傳感器及其他設(shè)備。
從Cables到Mesh：藍(lán)牙一覽
自從電子工程師Jaap Haartsen于1994年在瑞典隆德的愛(ài)立信工作時(shí)發(fā)明了該技術(shù)以來(lái)，藍(lán)牙已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。他將該技術(shù)設(shè)想為RS-232串口傳輸終端數(shù)據(jù)線的替代品，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，它一直是將計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備連接到PC的標(biāo)準(zhǔn)。Haartsen通過(guò)在2.4到2.485 GHz 的工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段使用短波UHF無(wú)線電波來(lái)破壞該標(biāo)準(zhǔn)，以便在幾米的短距離內(nèi)發(fā)送小而簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包（“消息”）。1998年，Haartsen在創(chuàng)建藍(lán)牙特別興趣小組（SIG）方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，像3GPP和LoRa Alliance這樣的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)。自從我們將藍(lán)牙技術(shù)嵌入到全球日常生活中以來(lái)，該集團(tuán)已經(jīng)擁有了自己的生命。隨著SIG改進(jìn)其工業(yè)產(chǎn)品，藍(lán)牙只會(huì)繼續(xù)變得更加重要：藍(lán)牙低功耗（BLE）和藍(lán)牙網(wǎng)。

使用藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)
當(dāng)選擇一種連接模式而非另一種模式，例如通過(guò)LPWAN的藍(lán)牙或基于蜂窩無(wú)線工業(yè)路由器網(wǎng)絡(luò)、ip moden 4G DTU和蜂窩的NB-IoT時(shí)，首先要確保首先明確地指出并明確表達(dá)激發(fā)您的物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的業(yè)務(wù)目標(biāo)。那么你想用物聯(lián)網(wǎng)做些什么呢？您的業(yè)務(wù)，行業(yè)，服務(wù)以及您，您的員工和客戶的運(yùn)營(yíng)空間有哪些特點(diǎn)？您是想在室內(nèi)，室外還是跨越兩者的邊界追蹤事物或人物？您是否可以隨時(shí)使用電源，或者設(shè)備是否需要電池供電？你需要發(fā)送小數(shù)據(jù)包（例如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)打開(kāi)/關(guān)閉或簡(jiǎn)單的活動(dòng)/非活動(dòng)消息，或者您認(rèn)為您需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸大型原始文件，如音頻或圖像？在圍繞一種連接模式進(jìn)行營(yíng)銷(xiāo)炒作之前，探索這些問(wèn)題以及其他許多其他問(wèn)題至關(guān)重要。
當(dāng)藍(lán)牙工作正常
也許你正試圖在醫(yī)院建筑物中編織時(shí)跟蹤設(shè)備，人員和病人。考慮到新興藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的低功耗要求，理論上無(wú)限可擴(kuò)展性和自我修復(fù)可靠性，正確設(shè)計(jì)的藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)于此類(lèi)室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤方案非常有效。但是，相同的藍(lán)牙解決方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)其他業(yè)務(wù)目標(biāo)而言并不是最理想的。
當(dāng)藍(lán)牙短缺時(shí)
與所有連接解決方案一樣，藍(lán)牙也不是銀彈。例如，它不適用于跟蹤港口或石油鉆井平臺(tái)的水下資產(chǎn)。藍(lán)牙的2.4 GHz信號(hào)不能很好地穿透水。對(duì)于需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布視覺(jué)，音頻或生物識(shí)別信息的安全解決方案，藍(lán)牙也是一個(gè)糟糕的選擇，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)類(lèi)型存在于網(wǎng)絡(luò)上。我們將深入探討下面的藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一些重要技術(shù)特性，但我首先要強(qiáng)調(diào)的是，每種模式的最終有效性與每種模式的技術(shù)特征與三個(gè)共同依賴的技術(shù)特征的良好關(guān)系密切相關(guān)。因素：
•   您的業(yè)務(wù)目標(biāo)
•   當(dāng)?shù)氐目臻g和環(huán)境條件
•   您希望實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的當(dāng)?shù)責(zé)o線電和數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)
這一切都?xì)w結(jié)為了解您的業(yè)務(wù)目標(biāo)，在連接模式的技術(shù)功能中進(jìn)行對(duì)話，以及與能夠理解您的業(yè)務(wù)目標(biāo)并幫助您做出負(fù)責(zé)任的決策的領(lǐng)域?qū)＜液献鳌?br /> 藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的架構(gòu)
為了理解最近藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的變化對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要性，我們必須首先深入了解藍(lán)牙“堆棧”。藍(lán)牙從替代RS-232串口數(shù)據(jù)采集傳輸通信終端無(wú)線數(shù)據(jù)線到強(qiáng)大而龐大的物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案的演變是一個(gè)故事。向堆棧添加新圖層。請(qǐng)記住，在此上下文中的“堆棧”實(shí)質(zhì)上是指協(xié)議，流程和應(yīng)用程序的自下而上的分層，其中每個(gè)更高層依賴于它，并建立在它下面的層上。IoT-Bluetooth網(wǎng)格的最新藍(lán)牙規(guī)范必須在BLE 4.xx或5.xx堆棧上進(jìn)行設(shè)計(jì) - 藍(lán)牙核心（“經(jīng)典”）規(guī)范的擴(kuò)展。因此，新興的藍(lán)牙網(wǎng)格堆棧包括三個(gè)堆疊層：核心，然后是BLE，以及頂部的網(wǎng)格。從下向上讀取下面的網(wǎng)格堆棧圖。
藍(lán)牙拓?fù)洌号鋵?duì)，廣播，網(wǎng)狀
在過(guò)去的24年中，藍(lán)牙已經(jīng)發(fā)展到適應(yīng)不斷變化的需求，具體如下：
•   點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：藍(lán)牙作為配對(duì)兩個(gè)設(shè)備的手段
示例：計(jì)算機(jī)與無(wú)線鼠標(biāo)配對(duì)
•   一對(duì)多：藍(lán)牙作為讓一個(gè)設(shè)備向許多設(shè)備廣播信息的手段，反之亦然
示例：使用單個(gè)iPhone在智能揚(yáng)聲器上播放音樂(lè)并同時(shí)將照片投射到投影儀上
•   多對(duì)多：藍(lán)牙作為一種將許多設(shè)備連接到許多其他設(shè)備的方式，就像在蜘蛛網(wǎng)中一樣
示例：根據(jù)活動(dòng)和個(gè)人喜好，將倉(cāng)庫(kù)中的1,278頂燈相互連接，以自動(dòng)調(diào)暗燈光。

技術(shù)演變：BLE
藍(lán)牙低功耗（BLE）于2009年推出，為物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。BLE是一種主要針對(duì)小型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的規(guī)范，如可穿戴設(shè)備和廣播信標(biāo)，要求設(shè)備以最小的功率發(fā)送少量數(shù)據(jù)。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟對(duì)藍(lán)牙經(jīng)典技術(shù)進(jìn)行了一些更改，以降低功耗，同時(shí)不影響通信范圍 - 對(duì)藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序至關(guān)重要的變化。增加調(diào)制指數(shù)和限制負(fù)載密集型（以及功耗密集型）數(shù)據(jù)類(lèi)型使藍(lán)牙能夠?qū)⒐慕档?5％到99％（具體取決于用例）。
藍(lán)牙網(wǎng)：從人到事
藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟于2017年宣布了“網(wǎng)格規(guī)范”，標(biāo)準(zhǔn)化了BLE理論上無(wú)限的多對(duì)多功能。以前的藍(lán)牙拓?fù)渲饕顷P(guān)于人與物之間的接口。盡管最終目標(biāo)仍在放大人類(lèi)潛力，但網(wǎng)狀拓?fù)浠旧鲜顷P(guān)于事物如何大規(guī)模地相互通信。這是與許多其他設(shè)備交談的許多設(shè)備。
網(wǎng)狀拓?fù)渚哂性S多新功能，使其對(duì)某些IoT應(yīng)用程序有效。
全向性，模塊化和終端網(wǎng)關(guān)設(shè)備
在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)都用作發(fā)送器，中繼器和接收器。從它的起源，給定的消息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)全方位地而不是線性地跳動(dòng)。想象一下蜘蛛網(wǎng)而不是高速公路。因此，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)消除了網(wǎng)關(guān)故障導(dǎo)致相關(guān)傳感器集群崩潰的問(wèn)題，因?yàn)榫W(wǎng)格通過(guò)在死節(jié)點(diǎn)周?chē)扑拖⒍詣?dòng)“自我修復(fù)”。除了配置和狀態(tài)配置之外，還可以添加或刪除網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，而不會(huì)遇到任何麻煩。因此，拓?fù)洳粌H穩(wěn)健而且模塊化。
管理泛濫的消息
許多使藍(lán)牙網(wǎng)格成為強(qiáng)大拓?fù)涞墓δ茉从谒{(lán)牙SIG對(duì)“泛濫”技術(shù)的改進(jìn)。洪水與互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作方式類(lèi)似。當(dāng)給定的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)發(fā)布數(shù)據(jù)時(shí)，它通過(guò)“泛濫”直接范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些節(jié)點(diǎn)反過(guò)來(lái)淹沒(méi)其范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，依此類(lèi)推。并且由于只有明確尋址或“訂閱”的節(jié)點(diǎn)對(duì)通過(guò)它們的數(shù)據(jù)起作用，因此您可以將每個(gè)設(shè)備用作中繼 - 而不僅僅是網(wǎng)關(guān)。雖然洪水可能聽(tīng)起來(lái)效率低下，但它可以實(shí)現(xiàn)時(shí)尚的硬件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的命令執(zhí)行以及節(jié)點(diǎn)之間的短暫“跳躍” - 效率可直接轉(zhuǎn)化為低功耗，低單位成本和可擴(kuò)展性。“ 管理洪水“是對(duì)BLE偽網(wǎng)格中使用的泛洪的改進(jìn)。它使標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠在可擴(kuò)展的藍(lán)牙IoT應(yīng)用中更有效地運(yùn)行。管理洪泛是指幾種網(wǎng)狀拓?fù)浼夹g(shù)特征的獨(dú)特組合：
•   每個(gè)網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)出“心跳”，以警告附近的節(jié)點(diǎn)它處于活動(dòng)狀態(tài)并準(zhǔn)備傳送消息。
•   接收給定心跳的節(jié)點(diǎn)能夠計(jì)算心跳起點(diǎn)的距離。知道間隔允許網(wǎng)絡(luò)通過(guò)在約束希望消息通過(guò)網(wǎng)格的“跳躍”數(shù)量時(shí)為消息選擇最佳生存時(shí)間（TTL）值來(lái)節(jié)省能量。
•   可以將網(wǎng)格劃分為“子網(wǎng)”，將大量消息解析為不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從而節(jié)省能量，同時(shí)僅為拓?fù)涮砑幼钚〉木S度復(fù)雜性。
•   每個(gè)節(jié)點(diǎn)都緩存通過(guò)它的每條消息，因此當(dāng)消息泛濫到節(jié)點(diǎn)上時(shí)，它知道丟棄而不是中繼其緩存包含的任何消息。緩存使節(jié)點(diǎn)能夠“管理”洪水，同時(shí)保持電路簡(jiǎn)單并節(jié)省能源。
我為最后一個(gè)保存了兩個(gè)更有趣的功能。“友誼”是新網(wǎng)狀拓?fù)涞囊粋€(gè)巧妙特征，它允許它進(jìn)一步管理大量消息，同時(shí)還節(jié)約能源。您可以將某些設(shè)備配置為低功耗節(jié)點(diǎn)（LPN），如：lora模塊、DTU、工業(yè)路由器，將其他設(shè)備配置為其“朋友”。該朋友通常不受功率約束（即它連接到能源網(wǎng)而不是電池）。在沒(méi)有功率限制的情況下，朋友節(jié)點(diǎn)貪婪地監(jiān)聽(tīng)并且將諸如語(yǔ)音郵箱之類(lèi)的尋址到LPN的消息排隊(duì)，同時(shí)LPN保持其接收器關(guān)閉以節(jié)省電力。當(dāng)LPN周期性地喚醒時(shí)，它可以詢問(wèn)朋友它是否在存儲(chǔ)中有消息，在接收器上翻轉(zhuǎn)，并且讓朋友節(jié)點(diǎn)在LPN返回睡眠之前以突發(fā)方式發(fā)送整個(gè)隊(duì)列。這使得解決方案提供商能夠利用廣播藍(lán)牙拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)，但在靈活的網(wǎng)狀框架內(nèi)，根據(jù)用例的特定數(shù)據(jù)和功率要求定制最終結(jié)果。
網(wǎng)狀拓?fù)涞淖詈笠粋€(gè)令人興奮的特性是它可以與沒(méi)有網(wǎng)格堆棧的藍(lán)牙設(shè)備連接并包含藍(lán)牙設(shè)備。較舊的BLE兼容設(shè)備包括自2009年BLE推出以來(lái)銷(xiāo)售的數(shù)十億部智能手機(jī)。使用舊技術(shù)與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)交互的好處應(yīng)該是明確的。請(qǐng)注意網(wǎng)格堆棧是在BLE堆棧頂部分層的。并且考慮所有BLE設(shè)備都具有通用屬性（GATT）配置文件。如果將網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)設(shè)置為代理，它將公開(kāi)GATT接口，任何BLE設(shè)備都可以通過(guò)該接口“加入”網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并與其節(jié)點(diǎn)交互。總而言之，mesh的代理協(xié)議使其向后兼容。
Mesh組網(wǎng)的混合未來(lái)？
雖然很明顯網(wǎng)格代表了藍(lán)牙的重要而有力的一步，但我要重申，我們不能成為所有炒作和令人興奮的功能的犧牲品。再次為自己的業(yè)務(wù)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。藍(lán)牙網(wǎng)是否適合您的物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃？值得慶幸的是，你真的不必決定，因?yàn)樗{(lán)牙的未來(lái)可能涉及混合連接。當(dāng)愛(ài)立信有一個(gè)與藍(lán)牙相關(guān)的想法時(shí)，我們應(yīng)該聽(tīng)，因?yàn)槟銜?huì)記得，Haartsen在公司開(kāi)創(chuàng)了藍(lán)牙。愛(ài)立信認(rèn)為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的真正力量可能在于代理協(xié)議。更具體地說(shuō)，該功率可以源于多模式，支持BLE的設(shè)備，其充當(dāng)?shù)狡渌B接模式的“毛細(xì)管網(wǎng)關(guān)”，例如蜂窩。結(jié)果實(shí)際上是混合核心網(wǎng)絡(luò)。不是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)保持離散和隔離，這種混合網(wǎng)絡(luò)將更具適應(yīng)性，模塊化和可擴(kuò)展性。
在網(wǎng)狀區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中支持藍(lán)牙和sim卡蜂窩路由連接的智能電話和/或代理節(jié)點(diǎn)等毛細(xì)管網(wǎng)關(guān)的存在將極低功耗，存儲(chǔ)和存儲(chǔ)器受限設(shè)備的可訪問(wèn)性擴(kuò)展到核心網(wǎng)絡(luò)和云端。
當(dāng)用例需要時(shí)，為什么未來(lái)不應(yīng)該是混合型？最終，一些用例將通過(guò)單一連接模式獲得最佳服務(wù)，但其他用例可能會(huì)受益于創(chuàng)造性地組合多種模式以提高可靠性，穩(wěn)健性和實(shí)用性。第一步始終是相同的：定義業(yè)務(wù)目標(biāo)，找出錯(cuò)綜復(fù)雜的錯(cuò)誤您的用例，并開(kāi)發(fā)一個(gè)從頭開(kāi)始匹配的解決方案。話雖這么說(shuō)，我想知道為什么有些人認(rèn)為不同的混合用例-例如在室內(nèi)和室外跟蹤資產(chǎn)可以通過(guò)一種連接模式或另一種模式來(lái)服務(wù)。這個(gè)世界是雜亂無(wú)章的。我們的網(wǎng)絡(luò)可能需要反映一些混合性，以解決潛在的問(wèn)題。

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