Mesh-сеть Bluetooth
В контексте беспроводной связи Интернета вещей (IoT) возможности ячеистой сети были долгожданным дополнением к стандарту Bluetooth. Главным образом потому, что эта функция может расширить диапазон покрытия, а также варианты использования сетей Bluetooth. Специальная группа Bluetooth (SIG) представила возможности Mesh-сети Bluetooth в 2017 году. Теперь с такой опцией Bluetooth, похоже, сможет конкурировать с другими стандартами, поддерживающими Mesh-сети, такими как ZigBee и Thread.
Ячеистые сети могут обеспечивать несколько путей передачи для пакетов данных и делать сеть более отказоустойчивой по сравнению со звездообразной топологией. Поскольку узлы в такой сети могут действовать как повторители, диапазон сети может быть расширен за пределы одного приемопередатчика. Из-за этих преимуществ протоколы беспроводной связи, разработанные для приложений IoT, включают в свои стандарты возможность ячеистой сети, чтобы обеспечить географическое масштабирование сети за счет операций с несколькими переходами. Например, сетевой уровень Zigbee был разработан с учетом требований к ячеистой топологии с нуля, хотя Zigbee также поддерживает звездообразную конфигурацию.
BLE (Bluetooth с низким энергопотреблением), который в настоящее время является распространенным вариантом для приложений IoT, начал поддерживать ячеистую сеть в 2017 году. Пример высокого уровня такой сети можно увидеть на следующем рисунке.
В отличие от Zigbee и Thread, BLE опоздал на соревнования по Mesh-сетям. Это не должно вызывать удивления, поскольку первоначальная версия Bluetooth была разработана как замена кабелю для связи ближнего действия, а не как решение для подключения для приложений IoT с большим количеством датчиков. Фактически, первоначальная версия Bluetooth, которую теперь обычно называют Bluetooth Classic, чтобы отличить ее от BLE, была разработана для замены кабелей RS-232. Позже он привлекал все больше и больше внимания из-за таких вариантов использования, как телефонные звонки без помощи рук с помощью гарнитуры и приложений для потоковой передачи музыки. Опция Mesh-сети расширяет диапазон покрытия и позволяет развертывать BLE в приложениях IoT, таких как домашняя автоматизация, где обычно требуется связь между устройствами, разделенными несколькими стенами.
В дополнение к расширению диапазона покрытия сети возможности ячеистой сети также облегчают реализацию определенных приложений IoT, обеспечивая связь «многие со многими». Версия BLE без Mesh-опции поддерживает только обмен данными типа точка-точка и точка-многоточка, как показано на следующем рисунке.
Знакомым примером связи точка-точка является беспроводная потоковая передача аудио, когда два устройства подключены друг к другу. Маяк BLE работает по топологии «точка-многоточка», показанной на следующем рисунке.
Вообще говоря, маяки – это небольшие беспроводные устройства, которые многократно передают постоянный сигнал, который может приниматься ближайшими приемниками BLE. Маяки можно использовать для предоставления клиентам полезной информации о различных продуктах в розничной торговле. Например, маяки BLE можно развернуть в торговом центре для рекламы скидок покупателям. Внутренние системы позиционирования, которые могут определять местонахождение пользователей внутри больших зданий, являются еще одним распространенным применением маяков. В дополнение к связи точка-точка и точка-многоточка многие приложения IoT также требуют связи «многие со многими». В качестве примера рассмотрим вариант использования домашней автоматизации, когда необходимо управлять несколькими лампочками с помощью нескольких мобильных телефонов. Лампочки также должны реагировать на команды диммера и/или датчика присутствия. Для этого требуется связь «многие со многими», которая изначально обеспечивается ячеистой топологией. Возможность Mesh-сети расширяет возможности использования BLE и позволяет использовать его в приложениях совершенно разных форм. «Умные» дома/офисы и промышленный контроль – вот некоторые из распространенных приложений, которым требуется связь «многие со многими».
Кто-то может спросить: зачем нам новое решение для подключения с поддержкой ячеистой сети, если такие протоколы, как Zigbee и Thread, уже поддерживают ячеистую топологию? Все эти три протокола поддерживают многие основные функции ячеистых сетей. Например, все они включают в себя возможность самовосстановления, что означает, что если узел отключен или удален, сеть автоматически перенастраивается для самовосстановления. Однако между этими протоколами есть существенные различия. Например, ячеистая сеть Bluetooth использует метод, известный как управляемая лавинная рассылка, для маршрутизации пакетов данных через сеть, где сообщения просто передаются всем ближайшим узлам, в то время как Zigbee и Thread используют метод полной маршрутизации, в котором. для сообщений, идущих от узла A к узлу B, выбирается определенный путь.
Такие различия могут существенно повлиять на производительность сети в зависимости от требований и условий приложения. Оценка некоторых аспектов технологии Bluetooth Mesh, таких как задержка в сети, надежность, масштабируемость и т. д., в некоторых случаях может оказаться непростой задачей. Есть несколько исследовательских работ, в которых рассматриваются эти характеристики и описывается смешанная картина производительности протокола.
Концепция IoT применяется к широкому спектру сценариев. Ни одно из решений связи не может хорошо работать в рамках абсолютно всех приложений. В зависимости от требований конкретный протокол может подойти лучше, чем другие.
Mesh-сеть Bluetooth построена поверх стека BLE (на следующем рисунке) и использует те же физический и канальный уровни.
Большинство смартфонов, планшетов и ноутбуков имеют встроенные чипы BLE и требуют только обновления программного обеспечения для поддержки сетки Bluetooth. Смартфоны с чипами BLE могут использовать мобильные приложения, предоставляемые такими компаниями, как Cypress Semiconductor и Silicon Labs, для настройки ячеистых сетей Bluetooth и управления сетевыми устройствами.
Любой смартфон с Bluetooth 4.0 или более поздней версии может контролировать узлы, подключенные к ячеистой сети, и управлять ими. Из-за этой распространенности развертывание ячеистых сетей Bluetooth может быть более удобным, чем другие подобные технологии. Например, большинство телефонов и планшетов не имеют чипа ZigBee, поэтому вам потребуется дополнительный ключ или шлюз между вашим устройством управления и сетью Zigbee.
Еще одна уникальная особенность сетки Bluetooth заключается в том, что она поддерживает маяки. Таким образом, ячеистая сеть Bluetooth может использоваться для различных целей. Например, система освещения, использующая ячеистую сеть Bluetooth, может также поддерживать такие приложения, как отслеживание активов и позиционирование в помещении, а также навигация.
© digitrode.ru