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蓝牙低功耗(BLE)技术由于其低功耗的特性被广泛应用到物联网领域。然而,数据点对点的传输协议以及传输范围小,组网能力差的限制使得BLE在物联网应用中大打折扣。此时,Mesh组网技术显得尤为重要,针对BLE提出的Mesh技术可以大范围地延伸BLE设备或节点的传输距离。首先介绍 Mesh网络的特点,再从路由选择算法、广播信道的局限以及睡眠模式这三方面分析现有BLE Mesh技术的不足并展望了其发展前景。
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BLE Mesh网络协议综述网络协议综述
蓝牙低功耗(BLE)技术由于其低功耗的特性被广泛应用到物联网领域。然而,数据点对点的传输协议以及传输
范围小,组网能力差的限制使得BLE在物联网应用中大打折扣。此时,Mesh组网技术显得尤为重要,针对BLE
提出的Mesh技术可以大范围地延伸BLE设备或节点的传输距离。首先介绍 Mesh网络的特点,再从路由选择算
法、广播信道的局限以及睡眠模式这三方面分析现有BLE Mesh技术的不足并展望了其发展前景。
0 引言引言
自2012年蓝牙4.0规范推出之后,全新的蓝牙低功耗(BLE)技术由于其极低的运行和待机功耗、低成本和跨厂商互操作
性,3 ms低延迟、AES-128加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术
的应用范围
[1-2]
。
尽管BLE已经被广泛应用于物联网领域,但是仍然存在着点对点的拓扑结构的限制,以及传输距离短、组网能力差等问题。
由于蓝牙4.1规范中说明,一个BLE设备既可以在一个网络中作为主设备,又可以在另一个网络中作为从设备
[3]
。因此,Mesh
网络可以利用BLE的这一特性,就可以在不需要连接的情况下传输数据,同时也可以发起广播。在蓝牙4.1规范中还提
到,v4.1是以物联网为目标对v4.0软件升级,硬件上没有任何改动,并且可以通过IPv6建立网络连接,解决了在无WiFi情况下
设备上网不易的问题。
本文首先介绍了BLE Mesh网络结构的特点优势,然后综合评述了影响BLE Mesh组网发展的关键因素,并分析了现有BLE
Mesh技术的不足之处,在此基础上对BLE Mesh技术的发展方向进行了展望。
1 Mesh的网络结构特点的网络结构特点
无线Mesh网络也称为“多跳(multi-hop)”网络,它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术
[4]
。传统的无线网络主
要是点对点或点对多点的星型网络,所有终端节点必须与中心节点交换数据,其拓扑结构如图1。而无线Mesh网络采用对等式
的网络拓扑,每个节点与其相邻节点进行通信,并有数据转发的功能,其拓扑结构如图2。无线Mesh网络的可扩展性强,如果
需要向网络中新增节点,只需将新增节点安装并进行相应的配置
[5-6]
。无线Mesh网络的可靠性也极高,如果某个节点上行有
线链路出现故障,不会影响整个网络的运行,可以有效避免单点故障。
多点对多点Mesh技术让蓝牙在组网能力上有了巨大的提升,基于BLE标准协议的Mesh网络中数据收发的过程如图3所示。
图3中的BLE逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)主要负责节点设备两端的逻辑连接,节点的新增或减少通过BLE的L2CAP控
制。扫描管理(Scan Manager)负责广播信道上的广播信息,通过发送扫描信息到BLE的广播监听者,从而传到节点进行节点
的传播。同样地,广播管理者(Advertise Manager)负责发送节点的广播的信息到目的节点。
当每个Mesh的节点不在广播数据的状态,就是在接受数据的状态,即在一个广播事件中BLE设备充当Advertiser 角色,也
充当着Scanner角色。当Mesh节点需要广播的时候,退出接收数据的状态,正常收发的广播的优先级要比转发数据的优先级
高。















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