蓝牙Mesh在智能家居的应用

  物联网智能家居是现在是个非常热门的话题,但是人们对智能家居的要求也绝非仅仅停留在用手机控制灯光的简单层面,我们需要把智能化遍布到每个角落。不过,我们要怎么才能把命令传递到每个设备上呢?在过去我们靠的是WIFI技术,但是WIFI也有很多的限制。而现在,有了新的“蓝牙mesh”网络以后,这些问题也就得到了解决。

  蓝牙技术开始支持mesh网状网络,能够让物联网的应用场景更多元化。目前的智能家庭装置,主要都是通过wifi传输的,不过,能做到的就是用手机来开关电灯和控制家电这些,再好一点的就是让你能够用语音指挥。不过,通常你要控制电灯的时候,需要打开APP下一个指令,然后控制其他装置的时候又需要打开另一个APP下其他指令。其实也没有多“智能”。

  不过,如果当你打开最外面的大门时,玄关灯亮起,警报系统的传感器关闭、冷气自动打开、客厅播放你喜欢的音乐,这些都在你踏入家门瞬间完成,这是不是显得智慧多了呢?

  蓝牙 Mesh 优点:传输范围赢过 Wi-Fi

  Wi-Fi 的一大缺陷就是有距离限制,包括过去一对一蓝牙网络在内的传统无线网络,都会受两台装置距离的限制。以 Wi-Fi 来说,有效的传输距离为 50 平方公尺(平方公尺即平方米)以内,除非你装中间设备,一旦离开这个区域,你的手机就失去用武之地。

  除此之外,Wi-Fi 还有耗电问题,就算是把手机屏幕关闭,还是得一天充一次电。

  “蓝牙 Mesh”找到一个聪明的解决办法。这些装置彼此间连接,并将信号传递给附近另一个装置,形成元数据传输的互连装置网络或网格。这意味着讯息从一个装置传递到另一个装置,再到下一个装置,接力传输。

QQ截图20191203151128

  ▲ 左图为传统 Wi-Fi 的连接方式,必须要有一个 Hub 连系其他装置,因此有距离限制。右图则是蓝牙 Mesh 的方式,越多装置连到这个网络上,范围就会越广。

  透过这种接力传输,形成一个无需大量电力消耗或天线广布的可靠网络。蓝牙装置之间可不透过 Wi-Fi 网络就能实现设备与设备的“对话”。换句话说,智能装置采用这种技术,在有限范围内就能完成装置间的沟通,并利用手机等装置来控制。

  过去因为家中需要有一个 Hub 连接其他装置,因此有 Google、Apple、Amazon 等这些“语音助手”出现,用这些当成控制中枢。但蓝牙 Mesh 架构下,你不需要另外一个“中枢”,用智能手机就可以掌握一切。家中的蓝牙装置建构自己的网络,手机只要与其中一个蓝牙装置取得联系,就可以控制全家(整个建筑物)装置,监控这些装置的状态。

  由于 Mesh 网络不需复杂设定、配对或使用路由器等存取装置,因此并不会造成安装负担,反观采用其他智能家庭联网技术如 ZigBee、Z-wave 或其他厂商间自有的通讯技术,多需加装网关(Gateway)才能确保各种装置沟通无虞。

  蓝牙 Mesh 工作原理:为什么还是无法取代 Wi-Fi?

  蓝牙 BLE 通讯协议中,GAP 层(Generic Access Profile)用来控制决定蓝牙装置的扫描、广播和连接等关系,也就是说,GAP 决定蓝牙装置怎样与其他装置连接、被其他装置看到等流程。 在蓝牙 mesh 出现之前,GAP 有一个典型的父子网关系,其中“父”端决定所有路由,“子”端执行分配的任务。 例如,当你将蓝牙键盘连接到平板计算机,平板为父端、键盘为子端。

  GAP 使你的装置被其他装置看见,并决定你的装置是否可以或怎样与其他装置互动。例如常用在室内定位的 Beacon 装置就只是向外广播,不支持连接。智能手环等装置,就可以与你的手机装置连接。

  从蓝牙 4.1 开始,GAP 扩大了蓝牙装置的网络能力。蓝牙装置可兼具“父”和“子”的功能,使所有装置能直接连接和广播到任何其他装置。蓝牙也因此适用传输范围内和传输范围外的所有装置。

  正是上述这种能直接或间接连接任何数量有 Mesh 功能的装置,因此理论上建构一个长达几公里范围的 Mesh 网络也不是不可能。 如果网络中每个装置都在其他至少一个装置的广播范围内,Mesh 网络理论上可覆盖无限距离。

QQ截图20191203151136

  在这情况下,灯泡就可能成为一个家庭主要 Mesh 网络装置之一,因为一个家庭或是建筑,几乎每个角落都有光线覆盖的需要,因此灯泡就会以保持一定距离的方式连续安装。如果每个灯泡都是蓝牙 Mesh 装置,那么这个网络就得以全面覆盖建筑物。

  蓝牙 Mesh 网络不仅有低功耗,还有低带宽的特色。这听起来好像是个缺点?其实不然。 由于蓝牙 Mesh 网络不是用来让你发送影音数据,主要是用来传递维护连接或发送命令,发送一个”关闭”或”打开”的指定,用不到多少带宽。这就是为什么蓝牙 Mesh 网络虽然范围无远弗届,但无法完全取代 Wi-Fi。