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[讨论] 这次的标题我会定义为蓝牙5.0 / Mesh

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-10-13 11:21:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
藍牙5與藍牙Mesh搶占物聯網市場主導地位。繼2016年年底藍牙技術聯盟推出新版藍牙5標準後,隨即又在今年發布藍牙網狀網路技術,提供更快、更大的傳輸速度與容量,並支援更長的傳輸距離,可望進一步推升該技術在物聯網市場的競爭力。
近幾年,隨著物聯網蓬勃發展,智慧家庭、智慧建築以及智慧工廠等應用需求暴增,而藍牙這種低功耗的技術,更是眾所矚目的焦點。
根據ABI Research研究機構指出,預計2021年全球聯網設備數量將達480億,且其中近三分之一 將具備藍牙技術。為因應各種應用的需求,藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)於2015年三月成立藍牙Mesh工作組,期能透過藍牙Mesh技術的加持,實現多對多的功能,提供更遠的傳輸距離,為物聯網市場帶來強而有力的加值作用。
  
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圖1 藍牙技術聯盟亞太區技術項目經理任凱表示, 藍牙Mesh採用Managed Flooding廣播機制,易於開發者開發,且成本也較低廉。
  
藍牙Mesh三大優勢 搶占物聯網龍頭寶座
藍牙技術聯盟亞太區技術項目經理任凱(圖1)表示,藍牙Mesh採用Managed Flooding廣播機制,其運用方式會將訊息透過廣播方式進行訊息傳遞,訊息傳遞本身不需維護複雜的路由表,可以節省藍牙Mesh支援,對於開發者來說,運用非常簡單(圖2)。
其次,藍牙響應時間非常快,由於無須透過路由方式溝通節點,因此可直接對節點進行控制。相反的,zigbee與Thread技術的連結,首先需要建立路由連結,並進行一系列數據的收發,來建立一條通往控制節點的路徑,進而控制節點,需要花費一定的時間。
第三,藍牙Mesh沒有中央集線器(Hub)的概念,只要節點經過配置加入到藍牙Mesh網路中,就可以與藍牙Mesh網路內任何節點通訊,在藍牙網路的節點皆為平等。其優點是,當網路中任何一個節點若出現問題,有多種路徑可以提供選擇,在這樣的狀況下,任何一個單點網路設備故障,都不會對網路訊息轉發傳遞產生致命性的影響,具備網路的健壯性非常好。
  
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圖2 藍牙Managed Flooding聯網過程示意圖
  
資料來源:Bluetooth SIG
不過相反的,面對大量的廣播發送機制,是否會造成網路傳遞氾濫的問題呢?任凱談到,為解決大量廣播傳送的問題,藍牙Mesh使用Managed Flooding技術。當在藍牙網路當中,任何一個節點的接收訊息與轉發,皆需要有一系列的限定條件,例如使用者發出一個訊息給藍牙節點,節點之間會彼此轉發,透過Managed Flooding機制,會使之前轉發過訊息的節點不會重複轉發,而並未使用同一個網路訊息的節點,則可收到訊息,但無法轉發;再者,若沒有網路密鑰,收到訊息也無法轉發。換言之,藍牙Mesh內建一系列的限定條件,來嚴格限制節點訊息轉發流程。
革命性拓撲結構登場 藍牙Mesh聚焦多元應用
從過去藍牙技術拓撲結構為一對一、一對多躍升至多對多的藍牙Mesh網路應用,其應用領域也相對應得到擴展。其主要看好智慧樓宇、無線感測器網路與資產追蹤等三大應用。
以智慧樓宇來看,在一般大型建築物內,可透過大範圍在照明系統或通風系統布建藍牙Mesh網路,實現人員追蹤應用,或者可連接至後端的雲端平台,進行大數據分析,進一步滿足各種樓宇控制的整體解決方案。
另一方面,無線感測器網路雖說在藍牙4.0就已有相關應用導入,不過採用藍牙Mesh的無線感測器,與藍牙4.0的主要差異在於,藍牙Mesh為非連接的連線方式,主要是在網路層、傳輸層到應用層設計出的一套協定規範,因此可提供更大容量的網路,實現單一網路支援高達三萬兩千點尋址範圍。相較之下,藍牙4.0的感測器需要與智慧手機連接,具有併發性的連接數量的限制,最高不超過上百個裝置併發連結。
此外,針對藍牙4.0與藍牙5在無線感測器網路的比較,若應用藍牙5標準,通訊距離可傳送更遠,而這也意味著控制範圍更廣,將來在工業物聯網領域,對於藍牙通訊範圍來說,這是非常顯著的提升。
在資產追蹤方面,在機場、車站等大型場域中,當藍牙Mesh架設完成後,可在大範圍的情況下,對內部運行物品進行資產追蹤,了解物品的所在地,周圍有多少設備,或者是人員移動的方向位置,進行高度有效調度管理。
任凱表示,藍牙技術本身的優勢與長處在於,該技術本身不複雜,且入門門檻不高,背後有非常龐大的開發者群支持聚焦在生態鏈的周遭,其開發者包含方案商、模組供應商,而這些廠商可能會面對形形色色不同種類的應用場景,預計未來三到六個月內,在上述提到的三個應用場景,會有更多應用運用到藍牙Mesh技術。
  
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圖3 Nordic地區銷售經理陳俊志說到,第一波採用藍牙Mesh的應用將鎖定於商業照明。
  
整體而言,Nordic地區銷售經理陳俊志(圖3)表示,藍牙Mesh可直接透過軟體升級的方式支援藍牙4.0以上的核心規格版本,具備良好的互聯互通性,且測試與認證工具已準備就緒。第一波藍牙Mesh會用到的應用,主要鎖定於商場或辦公室的商業照明應用,這些大型樓宇內的照明透過Mesh大範圍的布建,可針對這些照明進行控制,或分批控制不同空間的照明。過去在Mesh標準尚未底定之前,則是採用藍牙低功耗技術為主。
藍牙技術聯盟亞太區資深市務經理李佳蓉分析,繼照明之後,下一步預期會有較大應用的領域,為無線感測器運用,鎖定像是溫溼度控制方面的花藝、農場應用。
如圖4所示,顯示出三個藍牙技術不同的成長階段,於2000年藍牙技術聯盟推出基礎於BR/EDR技術的經典(Classic)藍牙,主要負責音頻傳輸,相關產品包含市場上的藍牙耳機與喇叭,在目前無線音頻市場,藍牙占據舉足輕重的地位;再來,第二波增長則是發生於藍牙低功耗的出現,由於手機可以連接各種低功耗的裝置,包含穿戴裝置與運動健身等裝置,確保裝置低功耗特性與產品互聯互通特性。
  
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圖4 三個藍牙成長階段及其應用曲線圖
  
資料來源:Bluetooth SIG
而第三波增長,將來自於藍牙5技術的推出,其可實現比藍牙4高4倍的傳輸距離、2倍的速度和8倍的廣播性能,並且強化了與其他無線IoT協定的共存能力,可做大範圍網路布置,像是占地範圍很廣的工廠,或交通樞紐地的鐵站、航站,可預見未來藍牙拓展這部分新市場的潛力。
事實上,藍牙5不僅是應用層面的擴張,針對藍牙開發者作業系統上技術的更新,包含Google於2017年的I/O大會,已宣布Android O目前處於開發者預覽模式,未來將會有API支持藍牙5,預計於2017年第三季正式推出;另一方面,2017年蘋果(Apple)於WWDC開發者大會上發布在watchOS4支持Core Bluetooth,目前只能運行在Central模式下,最大支持2個併發連接、最短連接間隔30ms,且當App掛起時連接會斷開。
藍牙Mesh低功耗設計原理
藍牙Mesh的設備類型分成兩大種類,第一種為Friend,為有插座可經由交流電直接供電的裝置,此類型的裝置無須考慮功耗問題,即便開啟藍牙接收器,亦可使接收機保持開啟的狀態。
不過針對那些沒有插電的裝置,像是透過鈕扣電池供電的裝置類型,稱為Low Power Node,需要具備省電的功用,因此只有在設備須進行數據收發時,才會打開傳輸進行收發。大致來說,大多數的時間傳送與接收的狀態都是關閉,應用於像是溫度感測器、煙霧偵測或室外空氣品質的感測。
低功耗/互聯性/安全性不可少 短距聯網決勝關鍵
任凱認為,低功耗、互聯互通性與安全性,是短距聯網技術不容忽視的一大要點。無論是任何一種智慧裝置,低功耗特都是產品設計時必備的考量要素;再者,目前市面上大多數的智慧型手機都內建藍牙功能在其中,加上手機已成為人們生活中很重要的一部分,換言之,藍牙在智慧手機生態系統中已有龐大的開發者體系,兼具良好的相容性與互通性。
微電子研究中心(imec)研究員Yao-Hong Liu提到,藍牙5進一步增加傳輸率及傳輸距離,這些改進可以增加更多智慧聯網的應用。以往藍牙主要重於低階的消耗性電子產品應用,新的藍牙5可以拓展到其它高階工業應用等。由於傳輸的要求增加了,在設計上還是要考量功耗及成本。
在安全性部分,任凱指出,未來網路病毒極有可能滲透到物聯網之中,所以任何面向物聯網的無線通訊協定,都需要有完整的安全性防護。對於藍牙Mesh或低功耗藍牙技術而言,皆具備非對稱或對稱加密的一系列保護措施,使得藍牙技術可以安全又放心被應用在消費類、工業類或其他物聯網領域。
任凱進一步談到,藍牙技術採用非對稱或對稱密鑰的方式。由於非對稱加密的運算量比較大,加上在藍牙Mesh當中,許多節點都是透過微處理器(MCU)運算能力有限,故藍牙Mesh使用非對稱與對稱加密,對稱加密部分使用AES128方式,再透過使用非對稱加密方式,交換AES128密鑰,接下來通過AES128加密數據訊息。此技術結合公鑰與私鑰,可有效防止中途擷取的攻擊,加強鏈路傳輸的保護。
另一方面,考量到實際使用的用戶體驗,在藍牙Mesh網路之中,所有節點都有可能需要替換或淘汰,因此藍牙Mesh還導入了密鑰更新機制。舉例來說,任何一個淘汰的裝置,裡面都存有Mesh網路的密鑰,若該裝置隨意丟棄被駭客拿到,其高安全性的網路訊息就間接被取得,故內建密鑰更新機制,可讓藍牙Mesh更新網路節點,直接剔除到網路之外的節點。
整體而言,物聯網裝置設計的考量與短距聯網技術的決勝關鍵,主要來自於低功耗、連結性與安全性等三大重點。但最後要將成品銷售到消費者端時,產品的「價格」仍會成為影響消費者購買意願的主要因素之一,也基於此,設備商或晶片設計商在選用技術的時候,成本問題的要素,也就不容忽視了。
任凱提到,藍牙出貨量2017年就會達到37億,這龐大出貨量,必定會帶來藍牙晶片或模組的成本優化,無論是協定複雜度、價格、成本都將非常具有競爭力。
強化音訊/定位效能 藍牙技術聯盟下一步行動
近兩年藍牙技術聯盟在標準制定上十分積極,相繼發布藍牙5與藍牙Mesh功能,搶進物聯網市場野心可見一斑。相關供應商也密切注目藍牙技術下一步將朝哪個方向邁進,根據藍牙技術聯盟透露,低功耗音頻傳輸與定位系統改良將是未來全力布局的目標。
任凱表示,該聯盟預計未來將音訊傳播運行在低功耗藍牙上面,不僅可以改善音質,更可使原本藍牙耳機約72~90小時待機時間,進一步延長為以周計算。除此之外,透過廣播方式的低功耗音訊傳輸,還可拓展藍牙音頻的應用場景。
舉例而言,目前的口譯設備通常都需要外接一台口譯機,建立不同語言的頻道。未來當低功耗音頻傳輸面世後,藍牙低功耗音頻傳輸支援可實現一對多的機制,無須外接口譯機,僅須透過支援藍牙的手機,就能實現即時翻譯的功能。
另一方面,藍牙技術未來不僅是在音頻上會有進一步的提升,在定位系統上也會有更上層樓的優化。任凱談到,過去藍牙的定位技術以Beacon應用為主,其定位技術是使用rssi方式,依照訊號強度判別所在位置,容易受到牆壁或障礙物干擾,使定位的準確性受到影響,未來室內定位將採取另外一種定位模式,達到精確定位效果。
可預期的是,未來新一代藍牙技術在定位系統的更新,將為室內定位應用帶來推波助瀾的效果,其中一個最主要的應用場景就是地下停車場。現在的地下停車場基本上會在停車格上方加裝一個指示燈,若停車位已有車輛停放,就會看到停車格上方亮紅燈;未來採用更新後的藍牙室內定位系統,即能讓駕駛者行駛進停車場時,可透過手機引導至空的停車位路徑。
不僅如此,除了室內停車之外,定位所帶來的加值應用,還包含像是在購物中心的場域之中,引導消費者到想要的商店;或在球場上,可透過藍牙或低功耗藍牙技術點餐,並由專人送餐到藍牙發送訊號的地點。
以技術規格來看,目前藍牙5可以發展的空間,具備承載更高的資料量,與更快的傳輸速率,可想像此技術被推廣到音頻和室內定位的應用。看準未來藍牙技術可能發展方向,已陸續有晶片商在產品開發時,事先預留支援音訊和定位的空間,待藍牙技術聯盟標準一發布,即能在第一時間點提供相對應的解決方案。



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纯净的硅(初级)

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发表于 2017-10-13 13:19:57 | 显示全部楼层
COPY的一点技术含量也没有,


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-10-13 13:50:23 | 显示全部楼层
fxyc87 发表于 2017-10-13 13:19
COPY的一点技术含量也没有,

我只是想表达我是一个芯片的供应厂商,以蓝牙、wifi、2.4g、单片机、晶振为主,电容、阻、感可一起配套。其中代理品牌为:NORDIC ST NXP IC+ FTDI NEC RFaxis SILICON Wolfson 国内2.45G频率南京中科微总代理 433M华普微代理 上海乐鑫WIFI芯片等等
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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-10-13 17:04:31 | 显示全部楼层
成功的引起我的注意!!


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-10-14 15:16:27 | 显示全部楼层
yaoziqiang 发表于 2017-10-13 17:04
成功的引起我的注意!!

这效果就是我想要的,有需求可以加下联系


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