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蓝牙技术|蓝牙Mesh需要注意的问题


蓝牙是一种无处不在的通信协议,在消费电子,医疗保健,工业自动化和资产跟踪中有无数的应用。现在,通过添加低功耗蓝牙(BLE)网格作为网络层,甚至可以同时控制和监视数百个(甚至数千个)设备。但是,这些新功能为开发人员增加了复杂性。

蓝牙的众多优势已使其无处不在。蓝牙标准由蓝牙特别兴趣小组(SIG)维护和改进,该小组在撰写本文时在150个国家/地区拥有约33,000个成员。原始标准指定了点对点(1:1)连接,后来又添加了多点(一对多或1:m)和网格(许多对多或m:m)。经典蓝牙支持基本速率(BR)和增强数据速率(EDR)的1:1和1:m通信。低功耗蓝牙(BLE)是唯一支持m:m网状网络的模式。

BLE Mesh网络的出现进一步扩大了蓝牙潜在应用的规模和范围。BLE Mesh支持超过30,000个网络节点,可以处理跨越大型建筑物,医疗保健企业和校园的应用程序。

1.蓝牙在整个终端市场中继续广泛使用,随着时间的推移,低功耗模式将扮演越来越重要的角色。

BLE网格概述

BLE Mesh网络中的每个设备都必须满足规范中确定的基本要求。本节概述了使用蓝牙SIG所采用的术语的那些要求。 网状网络拓扑 网状网络拓扑具有两个重要优势:几乎无限的可扩展性和高弹性,这两者都促使该协议在产品设计工程师中广受欢迎。这些优势源于多对多通信,这些通信形成了整个网络中从源到目的地的多条路径。

2.BLE Mesh几乎无限的可扩展性和高弹性使其适用于各种新的和苛刻的用例。

m:m连接可确保成功进行通信,即使多个节点发生故障或暂时或永久退出服务也是如此。换种说法:BLE Mesh网络可以扩展到很远而没有任何单点故障。

网格节点类型

可扩展拓扑使BLE Mesh网络理论上最多支持32,767个节点,这个数目对实际应用没有实际限制。该标准定义了四种类型的节点,并且可以将任何单个节点配置为支持多种类型:

中继节点重新传输或中继接收到的消息,以在整个网状网络中传播它们。仅当消息的生存时间(TTL)值大于零时,才会中继消息。除低功耗节点外,所有BLE Mesh设备均应支持此功能。

低功耗节点(LPN)主要用于电池供电的低占空比传感器。为了最大程度地降低功耗,通常会为LPN分配一个伴随的“朋友节点”,以充当消息的中介。

朋友节点代表其分配的LPN接收消息,并将消息存储在队列中以备以后传递。每个LPN都会定期“唤醒”并轮询其Friend Node以接收可能在其队列中的任何新消息。

代理节点在BLE Mesh网络中的面向连接的通用属性(GATT)承载和广告承载之间中继消息。此功能使支持BLE(但不支持BLE Mesh堆栈)的设备能够与网状网络通信,而无需专用网关或其他特殊规定。

网格节点元素

每个节点都必须具有定义其基本功能的主要标识元素。它们还可以可选地具有一个或多个辅助元素以定义其他功能。例如,开关(主要元件)也可能具有占用传感器作为次要元件。或者,占用传感器(主要元素)也可能具有照明级别传感器作为次要元素。

网状网络地址

BLE Mesh网络中有四种类型的地址,所有这些地址都是在安全设置过程中分配的。请注意,地址已分配给元素,这意味着具有多个元素的节点将具有多个地址。

单播地址唯一地标识每个单独的元素,以实现点对点通信。

组地址代表启用多播通信的多个元素。蓝牙SIG定义了四个固定组地址:全代理,全友,全中继和全节点。

虚拟地址创建元素或节点的虚拟组,以启用其他动态多播通信功能。

未分配的地址标识尚未配置其单播,组和/或虚拟地址的元素。

网格节点模型

BLE Mesh节点采用三种不同类型的模型之一:客户端,服务器或控制。这些模型由节点的一个或多个基本功能决定,因为可以在单个节点中实现多个模型。

服务器模型包含并公开元素的状态;例如,照明器打开或关闭或处于某个中间亮度水平。

客户端模型通过发送和接收消息与服务器模型进行交互。例如,当使用开关关闭或调暗灯具时。

控制模型在单个节点中结合了客户端和服务器模型,并且通常包括控制逻辑(即规则和行为)。例如,具有环境光传感器的室外照明器可以被配置为在黄昏时打开并且在黎明时关闭并且可以打开和关闭室内入口照明器。

ST17H66蓝牙BLE5.2芯片

ST17H66蓝牙BLE5.2芯片是伦茨科技最新推出的16脚蓝牙BLE芯片, 具有256KB Flash +(96KB ROM)+64KB SRAM,蓝牙协议栈固化,不再占用Flash空间。64KB的SRAM,分区使用,可以在待机时保存更多用户数据,可以设置大容量缓冲区,支持更加复杂的功能。符合SIG规范的自组网应用。包括多节点的控制,以及2主4从的同时工作。

最大的优势是功耗降低。上一代产品蓝牙接收峰值电流>13mA; MCU的功耗~0.5mA/MHz;低功耗模式下平均电流>40uA。新产品的蓝牙接收峰值电流8.6mA,MCU的功耗<90uA/MHz。低功耗模式下平均电流可降低到20uA~30uA。BLE5的广播数据包更加灵活,最多可包含200Byte数据,BLE4只有32Byte。传输速率更快,BLE5可以达到20~30KB/s;BLE4一般在4~5KB/s。

应用场景:

  • 对功耗控制要求比较严格的应用,比如高档的防丢器,电子标签等。
  • 对数据传输有一定要求的客户,比如用于云台自拍的透传模块,希望蓝牙OTA更加可靠的客户。
  • 方便灵活的电子标签应用。如商品标签,资产防盗,生物追踪。

伦茨科技拥有自主研发无线射频和低功耗蓝牙BLE5.2芯片并具有全球知识产权,针对AIoT物联网领域和个人消费者,提供蓝牙主控全集成芯片的「软硬件共性」解决方案及核心器件,配套全方位APP软件平台定制开发。所设计的蓝牙芯片方案应用于智能穿戴设备、蓝牙室内导航、智能家居、医疗健康、运动建身、数据传输、远程控制、个人外设及AIoT物联网等场景。

最新推出搭载高性能低功耗32位处理器的蓝牙芯片ST17H66(SOP16),支持Bluetooth®LE、SIG MESH多功能的Bluetooth 5.2。

关键参数:

  • 256KB系统闪存
  • 64KB SRAM,睡眠模式下所有数据恒常保持
  • 2.4 GHz收发器
  • Bluetooth Low Energy
  • Bluetooth Mesh
  • -20dBm至+10dBm发射功率
  • 接收电流:8mA
  • 发射电流:8.6mA
  • 0.3uA@sleep(IO wake up only)
  • AoA/AoD 方位测定
  • AES-128硬件加密
  • PDM/I2C/SPI/UART/PWM/DMA

蓝牙

蓝牙BLE

蓝牙Mesh

芯片:ST17H66

描述:Bluetooth 5.2、BLE、Bluetooth Mesh

CPU:高性能低功耗32位处理器

存储器:64KB SRAM,all programmable retention in sleep mode

支持的频段:2.4 GHz

支持的协议:Bluetooth 5.2

灵敏度:-97dBm@BLE 1Mbps data rate

发射功率:+10dBm

接收电流:8mA

发射电流:8.6mA

封装:TSSOP16

开发套件:ST17Hxx开发套件

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