蓝牙Mesh在物联网中的应用

王学

摘  要：随着当今社会无线通信技术的不断发展，蓝牙技术凭借自身优势作用的发挥，成为一种主要的无线通信技术，被广泛地应用于智能家居、智慧医疗、汽车物联等领域当中。文章通过对蓝牙Mesh相关内容的概述，探究了蓝牙Mesh显著优势特征，并结合物联网发展现状，就蓝牙Mesh对物联网技术的影响进行了全面的分析，最后在上述研究的基础上详细介绍了蓝牙Mesh主要的物联网应用领域。

关键词：蓝牙Mesh;物联网;优势特征;影响;应用

中图分类号：TN92     文献标识码：A

The Application of Bluetooth Mesh in Internet of Things

Wang Xue

（Rayrun Technology Co.，Ltd.，Guangdong，Shenzhen，518060）

Abstract：With the development of wireless communication technology，Bluetooth technology，with its own advantages，has become a major wireless communication technology，which is widely used in the fields of intelligent house，intelligent medical，automotive IOT and so on. This paper explores the significant advantages of Bluetooth mesh，and carries out a comprehensive analysis of the impact of Bluetooth mesh on the Internet of things technology. At last，the application of Bluetooth mesh in Internet of things is introduced in detail.

Key words：Bluetooth Mesh;Internet of Things;Advantages;Influence;Application

在“互联网+”的作用下，社会网络化程度不断加深，面对先进的网络技术、显著的网络技术优势，社会各行业都在积极寻求互联网时代下的创新发展，意在通过创新变革进入网络化发展进程。而物联网作为传统电信网以及互联网的重要信息承载体，能够将所有具有独立功能的普通物体进行联网，实现互联互通。这使得物联网成为当今网络时代人们关注的热点技术。在物联网的作用下，包括物流、运输、健康医疗、工业制造、智能环境等在内，都能够很好地实现网络化、智能化发展。随着物联网行业的不断发展，其对通信连接的需求也呈现出了逐渐扩大化的趋势。在这种情况下，传统的通信连接技术已经不能够很好地满足物联网行业的发展需求，需要一种更为优质的网络连接技术来辅助其实现各项物联网功能的拓展。蓝牙Mesh采取去中心化的网状网络连接方式，使得蓝牙设备能够被部署到距离网关、集线器更远的位置，且相比較传统通信技术而言，蓝牙Mesh的网络传输容量更大，可以实现全网信息传输。这些优势特点，使得蓝牙Mesh一经问世就迅速得到业界人士的关注，成为新时期物联网快速发展的重要辅助技术[1]。

一、蓝牙Mesh概述

蓝牙是一种无线数据和语音通信开放的通信技术标准，通过近距离的无线连接，搭建了固定设备和移动设备的信息交互通道，为人们提供了便捷的服务，并广泛应用于电信、计算机、网络与消费性电子产品等领域。从技术层面上讲，为了进一步满足物联网运行对通信环境稳定性、低延迟、低功耗以及搭载量大等要求，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）推出了蓝牙Mesh标准，对传统蓝牙短距离点对点的通信模式进行了创新，而是基于M：M多对多通信模式，建立的可直接、动态和无层级的与其他节点通信的拓扑结构，进而实现了一个手机对多个连接设备的控制，并保持了良好的通信性能，避免了单点故障造成的通信网络瘫痪问题，其运行稳定性表现更佳。同时，根据相关研究测试数据显示，基于蓝牙Mesh的信息传输延迟小于50毫秒，且功耗以微安单位进行计量，尤其是搭载了智能音箱之后，只需一句“发现设备”的语音即可完成与配网状态下相关设备的连接，操作相当简便。其高度集成和低封装的要求，使之呈现出了更优的成本效益。纵观蓝牙风格的整个逆变过程，包括蓝牙BR/EDR、低功耗蓝牙到如今的蓝牙Mesh。前两者作为智能设备上的常见应用技术，针对所有的意图或目的均能独立工作，并不会依赖对方的服务和功能，虽然可同时出现在同一设备，但相互间无法进行通信。而蓝牙Mesh作为低功耗蓝牙的升级，其发展使用并依赖低功耗蓝牙，更多的从属于一种网络技术，而非无线通信技术，基于可控的网络泛洪方式进行信息传输处理，适应了需要多地址传送的网络。

二、蓝牙Mesh优势特征

Wireless Cables公司首席执行官Juergen Kienhoefer博士对蓝牙Mesh予以高度肯定，并指出蓝牙Mesh就是未来，有了蓝牙Mesh，人们能够解决更为复杂的传输范围和限制问题。作为120家蓝牙技术企业的研发成果，蓝牙Mesh的诞生，象征着形态的转变，满足了全球对于蓝牙网状网络产业标准的要求，使之成为一项典范，并由此展现出了多重方面的优势特征：

（一）低功耗

如上分析，蓝牙Mesh是基于低功耗蓝牙技术应用发展起来的，其低功耗的特点得到了很好的继承，相较于Zigbee等协议的优势明显。综合来看，蓝牙Mesh设备集中表现出了两种特性，即Friend和Low power node，通过减少射频收发机开启时的占空比来实现，使之只有在收发信息时才会被打开，其他时间均处于休眠状态，从而保证了节点的低功耗性能。Friend的节点还通过与低功耗节点建立关系，如传感器、门锁等由电池供电的设备，暂存需要发送的信息，待其退出休眠模式之后再行取回信息，从而达到了低功耗的目的。同时，根据市场信息反馈，蓝牙模块的成本平均只有其他协议的一半，加之其低功耗的特点，表现出了更佳的成本效益。

（二）安全性

某种意义维度上讲，蓝牙Mesh所建立的网络拓扑结构，是一种真正的工业级解决方案，安全性是其设计的核心。在整个蓝牙Mesh运行体系中，每个数据包都进行了加密和认证，通过科学的序列号设计避免了重放攻击，尤其是对于重要运行程序，使用不对称加密来防止中间人攻击，起到了很好的保护效果。同时，蓝牙Mesh网络还设计了两层密钥，需要通过网络层和应用层的加密认证，因而安全性表现更优。具体而言，作为蓝牙Mesh最重要的安全原则，通过“分离关注”的方式，使得网络安全与个人应用安全下过户独立，并运用不同的密钥保护网络层操作，必要时还可刷新安全密钥，这在日臻复杂的互联网应用环境下有着十分重要的现实意义。实际践行过程中，蓝牙Mesh网络连接智能手机时，需要把一个设备变为节点，即“配置”，智能手机则扮演管理者的角色，操作相当简便，且确保了其安全性。

（三）兼容性

目前，市面上广泛流通的仍旧是低功耗蓝牙，面对数以十亿计的设备，是否能接入蓝牙Mesh网络显得至关重要，而其本身良好的兼容性给予了肯定答案。事实上，基于低功耗蓝牙的蓝牙Mesh网络，可前向兼容蓝牙4.0以上版本，对于市面上流通的多数产品，通过OTA等固件升级即可实现有效连接，但同时亦需考虑ROM容量、RAM容量等因素的影响。在具体运行中，蓝牙Mesh网络可以通过指定代理节点的方式，赋予设备新的角色，其中包括具有两个GATT特性的标准蓝牙低功耗服务，智能手机等蓝牙LE设备可由此完成Mesh网络信息数据的收发。正是基于蓝牙Mesh良好的兼容性，使之拥有了更大的应用空间。

三、蓝牙Mesh对物联网技术的影响

2017年底蓝牙技术联盟正式宣布全面支持Mesh网状网络，标志着蓝牙Mesh网状网络在我国开始步入实际应用阶段。蓝牙本身就拥有着低功耗的显著特性，这使得蓝牙在社会各领域中都拥有着其独特的应用价值，在智能家居、电子医疗、电子消费、工业物联网、汽车物联等领域，人们都可以看到蓝牙的身影。对于物联网而言，蓝牙Mesh网状网络可以同时面向多种应用，并针对应用特点汇集出理想的应用解决方案，这对于增强物联网系统灵活性是极为有益的。以大型照明设施为例，在蓝牙Mesh的作用下，用户可以通过平板电脑、智能手机等移动操作终端，同时控制多达数百个蓝牙灯具。与此同时，与以往蓝牙的点对点传输相比，蓝牙Mesh可以将每个装置都作为网络单一节点，在节点相互连线的作用下，蓝牙Mesh的信息传输范围、规模都能够实现最大化。从而在实现多对多装置传输的基础上，蓝牙Mesh能够在最大程度上促进网络装置通讯效能的提升，使每个装置都具备沟通效用[2]。

据相关调查数据显示，随着物联网技术的不断发展，以家庭为单位，美国家庭的联网终端数量在2012年就已经达到8个，2017年，这一数据再次刷新达到24个，同时有望在2022年增长至50个。而我国的智能家居虽然起步较晚，但依托我国市场经济以及网络科技的迅猛发展，近年来呈现出了迅猛的发展趋势，越来越多的人选择运用智能家居来改善自身的生活质量。这充分说明物联网设备在我国乃至直接范围内都有着极为庞大的市场需求，前景发展良好。但受各方面现实因素的影响，目前的物联网市场仍然是一个碎片化、高度复杂化的市场，各种物联网设备来自不同的厂家，且產品组网方式也不尽相同。这已经成为阻碍物联网市场发展的一项主要问题。而随着技术的变革，蓝牙Mesh技术的出现，能够在一定程度上使物联网设备之间的信息孤岛问题得到有效的解决，为物联网设备的智能化管理提供重要的辅助作用。这无论是对于物联网行业的发展，还是对于蓝牙Mesh技术本身应用范围的拓展而言，都是极为有益的。

四、蓝牙Mesh的物联网应用领域

蓝牙Mesh相比较以往的蓝牙技术在性能方面有了大幅度的提升，这也使得蓝牙Mesh在物联网的应用中更具竞争优势。自蓝牙Mesh诞生之后，在蓝牙技术联盟的助力下，蓝牙Mesh逐渐投入市场，并获取到了较多的社会资源支持，包括智能手机、电视、平板电脑等在内的越来越多的设备开始支持蓝牙Mesh。从技术应用的角度来看，蓝牙Mesh应用已经逐渐从智能家居、智慧医疗、工业物联网、车联网拓展到了社会各个领域当中，可以说蓝牙Mesh在物联网中的应用前景是十分广泛的。

在智能家居领域，蓝牙Mesh在家居物联网中的广泛应用，使得家居在以往功效的基础上衍生出了许多新的可能，极大地促进了生活的智能化、便捷化。如需要外出时，用户只需打开手机上的智能控制软件，就可以将家里电灯、水、煤气、用电设备统一予以关闭操作，有效地解决了用户忘记关家电的烦恼，降低了家居生活的危险性。在要做饭时，用户可以通过操作手机App对电饭煲进行蓝牙联网操作，使用提前预约模式进行煮饭，用户可以在回到家后就享受到热腾腾的饭菜。

在办公环境中，蓝牙Mesh在物联网领域主要被应用于办公室灯光控制、空调控制中，办公室管理者在来到公司后可以通过物联网智能操控在短时间内借助蓝牙Mesh将办公室灯光、温度调成最佳状态，使办公室人员可以在步入办公室后马上享受到最佳的办公环境。Silvair执行官也表示当前蓝牙Mesh网络已经成为商用智能照明领域中最强大、最稳健的低功耗无线电技术，有助于实现我国照明产业的变革发展。

在工业控制领域中，蓝牙Mesh本身强大的架构可以结合工业生产、管理需要，进行不断的系统拓展，从而将数以万计的节点连接在一起，充分保障系统的安全性能，降低生产事故的发生率。

资产跟踪领域，蓝牙Mesh强大的连接性能能够有效地实现资产的跟踪，就如同以往的蓝牙导航、追踪技术一样，蓝牙Mesh技术本身带有广播功能，适用于对室内物资运动轨迹的导航、描述，进而达到轨迹跟踪的效用。目前在科研机构、企业、医院等大型复杂建筑环境中，出于科研、生产的需要，对资产跟踪有着广泛的需求，而蓝牙Mesh网状网络的特殊性，在简化蓝牙信标管理的同时，能够大大提升跟踪效率。

参考文献：

[1]贾志宏.基于蓝牙5 Mesh和GPRS网络的智能照明系统设计[J].物联网技术，2020（05）：95-97，100.

[2]刘硕，赵彦博，杜佳林，等.基于蓝牙的物联网智能家居系统设计[J].通信与信息技术，2020（02）：72-73，61.