蓝牙Mesh扩展工业物联网领域
2017-09-09
网状网络(Mesh)终于正式获得蓝牙(Bleutoth)支持，成为经互通性测试的全球标准，让蓝牙支持者能够将目标瞄准于以往一直无法突破的机器对机器(M2M)、工业物联网(IIoT)等新市场。
蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)行销副总裁Ken Kolderup表示，新的标准将使其成员公司能够“围绕着诸如商业建筑物自动化等新兴市场发展并提振业务”。Kolderup解释，蓝牙Mesh是商业建筑物和工厂自动化的“工业级”网状网络技术。它充份发挥了其他网状技术无法达到的“可靠性、安全性以及可扩展能力”。
图1：蓝牙Mesh有助于扩展工业物联网领域 (来源：Bluetooth SIG)
IHS Markit连网与IoT首席分析师Lee Ratliff认为，SIG宣布蓝牙支持Mesh的决定“从长远来看是非常重要的”。Ratliff指出，虽然“蓝牙Mesh可能还需要一段时间才能找到自己的发展之路，但从蓝牙的新标准中已能清楚地看到诸多优势，特别是在许多最具吸引力的市场，如照明、自动化、安全性、资产追踪以及定位等方面。”
“蓝牙至今一直是点对点的连接技术，它需要移动装置以及人们加以扩展。”Ratliff解释说：“Mesh则使蓝牙能处理各种有关分散式智能系统的IoT应用，而无论是否需要人员的介入。”最终，其结果是使蓝牙具有“因应大部份IoT市场的必要能力。”
“给我们Mesh!”
芯科科技(Silicon Labs)物联网产品资深副总裁兼总经理Daniel Cooley可说是网状技术的强力支持者。Silicon Labs已经从发展ZigBee和Thread等其他网状网络技术中累积多年经验了，深深了解为什么消费者和工业市场都需要网状技术。
Cooley说：“随着人们对于网络的期望越来越高，他们期待网络能够处理数百(或数千)个IP位址，从而在整个房子和建筑物上提供Wi-Fi等级的讯号性能。人们无法再忍受微弱的Wi-Fi讯号了，如果能以更少的天线摆脱束缚会更好。”
Cooley表示，蓝牙5带来了更高的资料速率和更长的范围，但蓝牙Mesh“进一步扩展范围、打造更大规模的网络，同时也减少了网络所需的天线数量。”因此，过去五年来，蓝牙SIG的许多成员都在要求：“请给我们Mesh!”
蓝牙Mesh、ZigBee、Z-Wave和Thread比较
Ratliff认为，蓝牙Mesh不可避免地“将会明显侵蚀到ZigBee、Z-Wave和Thread原有的领域——其差异化的优势一直就在于网状能力。”
他指出，“这些传统的网状协议都缺少在移动装置(以及其他主要平台，如数位语音助理)中的原生位置，因此，蓝牙还可以充份利用在移动生态系统的影响力，这对于任何于消费应用(如智能家庭)而言都相当重要。”
那么，ZigBee、Z-Wave和Thread接下来如何求生存?
Ratliff建议，“其他技术必须更专注于其强项和差异化”。例如，ZigBee在照明、智能电表和商业应用方面表现强劲。Thread则是建立在网络级经IETF标准认证802.15.4 PHY/MAC基础上的全IP协议。Z-Wave在智能家庭自动化和安全性方面占据强势地位，并广受专业安装人员和服务供应商的采用。
Zigbee联盟(Zigbee Alliance)技术副总裁Victor Berrios指出，业界确实一直在期待蓝牙Mesh的来临。但在他看来，这一场战争还没有结束。
他观察到，蓝牙Mesh“只是卷进了一场原本就在进展中的战事，靠的是它现有技术与功能的品牌资产。”然而，Berrios提醒道：“物联网的世界正迅速地向前迈进，它相当仰赖目前经认证的既有网状网络与应用层支持，并正扩展其互通性至更高层。”
他指出，我们今天所处的环境“经常要求多种选择(单一来源提供多种技术选择，即单一芯片支持多种无线电)，并期待互通性”，例如Dotdot等计划。他们的设计旨在“提供一个强大的通用应用层，以支持Thread、Wi-Fi等不同网络上的数百种装置类型，从而实现物联网的承诺。”
路由网状协议 vs. 可控制泛流式架构
传统的网状网络协议和蓝牙Mesh之间存在架构差异。Ratliff解释说，相较于蓝牙Mesh采用“可控制的泛流式”(managed flood)架构，所有的传统协议使用的都是预先规划路径(routed)的网状网络架构。
“蓝牙Mesh是一种泛流式网状架构，它十分简单，而且仅需要很少的网络管理开销。但在某些情况下并不像路由网状架构那么有效率。”他接着说：“而且，由于通常所有的节点都必须重覆每个封包，以保持其唤醒状态，因此在功耗方面较不利。”
当然，蓝牙的“可控制泛流式”架构希望透过让低功耗节点保持“休眠”，只在收集伫列讯息与回应时才唤醒，以提高功率效能。Ratliff指出，“蓝牙架构是否能像ZigBee/Thread/Z-Wave所使用的一样好，还有待时间的证明。”
“而且，蓝牙Mesh并不像Thread一样是全IP的。许多人认为整个物联网应该从端对端都使用IP。如果这一点变得来越重要，蓝牙就可能因此而输给Thread。”Silicon Labs当然不会仅支持一种网状技术。Cooley表示：“不同的终端应用将选择不同的网状技术。”但他认为蓝牙Mesh的优势在于其互通性。“这是我们第一次看到机器对机器之间的真正互通性。”他解释说，因为蓝牙Mesh涵盖了完整的堆叠，包括网络层和应用配置。
图2：蓝牙Mesh架构
例如，蓝牙SIG定义了用于灯泡和通用开/关模式的蓝牙Mesh应用配置，从而为其互通性增加了不同的严密程度。相形之下，竞争的网状网络技术定义的是网络层，而非应用层，让开发人员突破参考设计限制并开发自己的应用。
照明平台
随着蓝牙Mesh的推出，整个蓝牙社群似乎由于“蓝牙Mesh应用于建筑物照明的美好前景”而备受鼓舞。
但为什么对于灯泡感到振奋呢?首先，我们都知道，最受欢迎的Apple HomeKit采用的是Philips Hue灯泡，它透过ZigBee连接照明系统。
Kolderup解释说：“我们目前正将照明视为一个平台。”一旦商业建筑开始用LED灯替代小型荧光灯(CFL)以符合规定，Kolderup说：“他们可以使用蓝牙Mesh经由无线连接这些新安装的灯。”突然之间，网状网络可以涵盖整个建筑物，因为每隔几公尺就安装了一盏灯。简而言之，他说，照明在“热气、冷气和安全等其他建筑物自动化应用之上，建立了一个重要的据点，并成为一个重要平台。”
Kolderup补充说，通常安装在天花板上的照明系统，占据了可实现“寻找路线”和“资产追踪”等其他蓝牙应用的策略位置。”
图3：蓝牙Mesh网络可用于资产追踪
事实上，James Brehm & Associates的IoT策略负责人Mike Krell指出，“对于蓝牙长期成功但不一定需要网状技术的关键领域就是信标(Beacon)。但是，网状技术能与Beacon结合的事实，为蓝牙在特定的广告与定位应用方面，带来了更胜于其他技术的真正优势。”
IHS分析师Ratliff也认为照明“非常具有吸引力”，原因有很多。首先，这是一个普遍的市场，横跨所有地区的消费、商业和工业应用。其次，它本身就是一个很大的市场。第三，照明节点较密集，而非分散。Ratliff解释说，对于一个可靠、强大的网状网络来说，这些都是十分关键的特征。此外，灯具通常高挂在上，因而具有清晰的视线，可以看到房间/建筑物的所有部份，覆盖范围和接收面更广。
最重要的是，Ratliff说：“谁能在照明上胜出，就能拥有有巨大的优势，因为网状网络的建立一直是以照明系统为基础，而且还可被其他无法自行够快达到相同密集/分散式网络的应用(自动化、安全与资产追踪等)重覆利用，以确保有效通讯。”
Ratliff预测，“蓝牙拥有更好的机会，能够更快抢进ZigBee原已占有一席之地的商用照明。毕竟，没有哪一种技术能永远锁定一个市场。”
至于高通的CSRmesh?
高通(Qualcomm)旗下的CSR很早就开始针对蓝牙Mesh展开移动。该公司虽然领先推出其专有的CSRmesh，但高通也是蓝牙SIG的成员，因而致力于推动蓝牙Mesh。
在蓝牙SIG正式公布蓝牙Mesh之前，高通并不愿发表是否从CSRmesh转型至蓝牙Mesh计划的任何评论。不过，业界分析师猜测这其实只是时间早晚的问题。
Krell说：“根据我的理解，这是韧体升级到现有蓝牙无线技术的问题，预计高通很快地就会加以支持。”
Ratliff说：“我不知道高通的转型计划。但由于这只是一个软体差异的问题，同时支持二者应该也没什么问题。有些客户可能更喜欢CSRmesh，有些OEM则会选择专有的网状协议，用于开发自家生态系统专用产品。”
蓝牙Mesh生态系统
大约有150家公司都参与了蓝牙Mesh的开发工作;其中，包括ARM、Cypress、爱立信(Ericsson)和Silicon Labs等几家公司也参加了蓝牙SIG的蓝牙Mesh发布，表达对于新标准的支持。
Ratliff指出：“预计所有主要的蓝牙芯片供应商都将支持蓝牙Mesh，包括单模蓝牙芯片的一线和二线供应商：Nordic、德州仪器(TI)、戴乐格(Dialog)、高通、Cypress、意法(ST)、Silicon Labs、恩智浦(NXP)与微芯科技(Microchip)。所有主要的双模(BR/EDR + BLE)芯片制造商也将支持蓝牙Mesh，但可能不会立刻移动——时间点将由移动作业系统(OS)决定。”他并补充说，“所有的Ratliff指出：“预计所有主要的蓝牙芯片供应商都将支持蓝牙Mesh，包括单模蓝牙芯片的一线和二线供应商：Nordic、德州仪器(TI)、戴乐格(Dialog)、高通、Cypress、意法(ST)、Silicon Labs、恩智浦(NXP)与微芯科技(Microchip)。所有主要的双模(BR/EDR + BLE)芯片制造商也将支持蓝牙Mesh，但可能不会立刻移动——时间点将由移动作业系统(OS)决定。”他并补充说，“所有的硬体都回到能执行Mesh的4.0版，让拥有现行BLE芯片的任何公司都能支持仅使用软体堆叠建置的Mesh。
至于Silicon Labs提供的蓝牙Mesh呢?Ratliff虽然不确定其堆叠是否较竞争产品更具有技术优势或功能，但他强调，Silicon Labs本身“具有原生的优势”，因为该公司在ZigBee和Thread的发展上发挥了重要作用，而且比任何人更了解网状网络技术。他们在多协议芯片方面握有巨大的能力，我认为这将变得越来越重要。
此外，他强调：“Silicon Labs已经与在ZigBee占主导地位的照明供应商建立了合作关系。他们还拥有非常广泛的IoT技术组合——不仅仅是BLE/ZigBee/Thread，还包括处理器、传感器、模组与软体等。”