藍牙Mesh智能家居領(lǐng)域超越ZigBee?
市場分析機構(gòu)預測2017年后智能家居將成為物聯(lián)網(wǎng)最大的用戶,巨大的市場意味著通信標準競爭的激烈。目前ZigBee備受關(guān)注,Thread來勢洶洶,被認為有致命缺陷的藍牙技術(shù)能否成為最終標準?
藍牙(Bluetooth)無線技術(shù)工作于免許可的2.4GHz的ISM頻段,采用1600hop/s的快速跳頻技術(shù)、正向糾錯編碼(FEC)技術(shù)和FM調(diào)制方式,設備簡單,支持點到點、點到多點通信。對于物聯(lián)網(wǎng)應用而言,其最大的致命缺陷在于點到點傳輸,但是藍牙Mesh或許能彌補這一缺陷。
物聯(lián)網(wǎng)時代藍牙技術(shù)的挑戰(zhàn)
在過去的20多年里,人類經(jīng)歷2次大的連接,第一次是90年代起Internet 逐步普及,網(wǎng)線將11億人連接到一起。第二次是2000年以后手機的普及又將地球人又一次緊密連接起來。藍牙技術(shù)在1994年由電信巨頭愛立信公司創(chuàng)制,隨后,1998年藍牙技術(shù)聯(lián)盟成立,創(chuàng)始公司包括:蘋果、愛立信、英特爾、聯(lián)想、微軟、諾基亞、東芝。
現(xiàn)在我們正經(jīng)歷物聯(lián)網(wǎng)階段的第三次大的連接,創(chuàng)立于手機時代的藍牙技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。藍牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)市務高級經(jīng)理李佳蓉女士介紹:“面對IoT領(lǐng)域的機會,藍牙有幾項技術(shù)特性必須克服,首先,因為IoT將導致聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量大幅增加,現(xiàn)有的IPv4支持能力將有限,IPv6的技術(shù)支持勢在必行,組網(wǎng)的能力也會受到考驗;其次,便攜式移動設備對于功耗的要求更為嚴苛;在物聯(lián)網(wǎng)與生活結(jié)合得更加緊密之后,安全性也是重要的考量。”
為順應時代潮流,藍牙低功耗(BLE)技術(shù)推出,相較傳統(tǒng)藍牙擁有更好的信噪比,傳輸距離更遠,通常可以達到50米,而傳統(tǒng)的只有6~8米。藍牙BLE功耗低,省電,數(shù)據(jù)傳輸量小但速率快。盡管優(yōu)點多多,然而在智能家居、智能照明等領(lǐng)域的應用上,一直存在著距離短、組網(wǎng)能力差等問題。
隨后,2014年底藍牙技術(shù)聯(lián)盟推出全新藍牙4.2核心規(guī)格,在隱私保護、傳輸速度和直接通過IPv6和6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)等方面做出重大改進,讓物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的互聯(lián)更加快速安全。2015年2月,藍牙技術(shù)聯(lián)盟成立Bluetooth Smart Mesh工作組,助力Bluetooth Smart技術(shù)實現(xiàn)標準化的mesh網(wǎng)絡功能。
藍牙Mesh技術(shù)
介紹藍牙Mesh技術(shù)之前,我們首先要明白Mesh網(wǎng)絡是什么?無線Mesh網(wǎng)絡(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡)也稱為“多跳(mulTI-hop)”網(wǎng)絡,由mesh routers(路由器)和mesh clients(客戶端)組成,其中mesh routers構(gòu)成骨干網(wǎng)絡,并和有線的 internet網(wǎng)相連接,負責為mesh clients提供多跳的無線internet連接。無線網(wǎng)狀網(wǎng)是一種基于多跳路由、對等網(wǎng)絡技術(shù)的新型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),具有移動寬帶的特性,同時它本身可以動態(tài)地不斷擴展,自組網(wǎng)、自管理,自動修復、自我平衡。
無線Mesh網(wǎng)將傳統(tǒng)WLAN中的無線”熱點”擴展為真正大面積覆蓋的無線”熱區(qū)”。無線Mesh非常適合于覆蓋大面積開放區(qū)城(包括室外和室內(nèi))的無線區(qū)域網(wǎng)絡解決方案。
藍牙Mesh脫胎于CSR倡導的私有協(xié)議CSR Mesh。CSR Mesh是2014年2月由CSR公司推出的一款全新的Bluetooth Smart解決方案。這項技術(shù)主要是通過將藍牙配置與控制協(xié)議整合到單一的芯片中,利用星型網(wǎng)絡和中繼技術(shù),讓每個網(wǎng)絡可以連接超過65000個節(jié)點,網(wǎng)絡和網(wǎng)絡間也能實現(xiàn)互連,最終可對無數(shù)個搭配Bluetooth Smart的設備通過同一手機、平板電腦或PC進行互聯(lián)或直接操控,從而構(gòu)建整體家居自動化。
號稱為家庭自動化而生的CSR Mesh技術(shù)特點
特點一: CSR Mesh的功耗只有Zigbee的幾十分之一。
它可以通過節(jié)點與節(jié)點之間的信息傳播,讓信號在Mesh網(wǎng)絡間不斷地傳輸,以達到控制目標設備的功能,而無需傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)關(guān),因此,我們可以利用手機或平板上的APP來進行控制,操作起來十分方便。
CSR Mesh 技術(shù)的組成架構(gòu)
特點二:環(huán)環(huán)相扣的加密功能保障信息安全
在提及CSR Mesh技術(shù)在安全上的性能表現(xiàn)時,專業(yè)人士指出,在這樣一個由CSR Mesh構(gòu)成的家庭網(wǎng)絡中,一切的數(shù)據(jù)都是使用AES算法進行加密,數(shù)據(jù)間的傳輸也會基于經(jīng)典的嵌套式密鑰交換&加密協(xié)議Diffee-Hellman-Merkle來運行。每當有新設備要接入組網(wǎng)時,需要憑借設備自身擁有的128位UUID(通用唯一識別碼)以方便手機APP識別,隨后還得通過64位代碼的認證才能連上手機,認證通過了設備才可以獲得唯一的組網(wǎng)密鑰,以用于通信。
智能燈泡加入CSR Mesh網(wǎng)絡的流程
除了CSR,其他廠商如恩智浦也推出了藍牙Mesh解決方案。恩智浦Bluetooth Smart Mesh的解決方案不同于其他網(wǎng)格技術(shù)可能出現(xiàn)泛洪(Flooding)而導致“廣播風暴(broadcast storm)”、增加能源消耗等缺陷。恩智浦低功耗解決方案能夠完全同步和路由各種協(xié)議,從而實現(xiàn)節(jié)點之間的高效端對端連接;能夠創(chuàng)新的在整個網(wǎng)絡中實現(xiàn)數(shù)量級的能效提升;還具有增強的安全性和帶自愈功能的網(wǎng)絡自組功能,并在未來保護分層網(wǎng)格架構(gòu)(layered-mesh architecture),以更好地支持藍牙智能設備,其所提供over-the-air 無線升級功能,可助部署之后的網(wǎng)絡升級。恩智浦這個方案能夠幫助開發(fā)商和制造商在開發(fā)智能家居產(chǎn)品,包括照明、傳感器、溫控器以及其他家用藍牙智能設備時,實現(xiàn)多節(jié)點通信設計。