藍牙網格技術和家居自動化

發布時間:2020-4-13 11:20    發布者:eechina
關鍵詞: 藍牙 , 網格 , 家居自動化
2016年藍牙5.0規范發布,相比之前的標準它具備更高的數據傳輸速率,并且為引入藍牙低功耗(BLE)網絡功能提供了方便,尤其是那些物聯網(IoT)領域應用新需求的功能。就在一年后,即2017年7月31日,采用藍牙網格技術的設備1.0推出了,實現了基于藍牙的多對多通信。網格規范支持多達32,767(2的15次方)個節點,這使得其非常適合部署在需要連接大量單個設備的物聯網和智能家居應用領域。

面向智能家居應用的藍牙網格技術

對于智能家居和家居自動化應用,藍牙網格技術為許多新產品開辟了機會。一個很好的例子就是我們現在可以買到用藍牙控制的燈泡。消費者可以把家里的幾個甚至全部燈泡都換成這種類型的燈泡,藍牙網格技術負責將這些燈泡分配到不同的組(比如走廊、餐廳、廚房和臥室等)。藍牙網格技術在家居自動化應用中被成功采用的另一個特性是它兼容低功耗藍牙(BLE)協議,這使得其能夠向后兼容藍牙4.0,并確保用戶可以將其他設備合并到一個藍牙網格網絡中。

藍牙網格星型拓撲結構

藍牙網格技術的通信方式不局限于單個網絡集線器或星型拓撲,可以通過多個節點發送和轉發消息數據。網格網絡還支持同時尋址和控制網絡中的多個設備。藍牙網格技術拓展了網絡的物理范圍,超出了藍牙實際的距離限制,增加了網絡的彈性,并且顯著提升了網絡擴展部署的能力。藍牙網格可以持續擴展其覆蓋的范圍,克服了傳統藍牙設備面臨的范圍限制。此外,跨網絡傳遞消息意味著不存在單一的故障節點,因此使得整個系統具備自我修復的能力。

網格節點和泛洪(flooding)技術

在藍牙規范中網格節點分為四種不同的類型:中繼、低功耗、友鄰和代理(圖1):


圖1:藍牙網格網絡包括的所有節點類型:中繼、低功耗、友鄰和代理(來源:Cypress

中繼節點:這類節點需要始終保持喚醒狀態,因此功耗更大一些。其功能是接收和轉發跨網絡的消息數據包。在照明的例子中,中繼節點會由主電源供電,因此不會出現供電的問題。

低功耗節點:這類節點通常采用電池供電,而且大部分時間處于節電的休眠模式。

友鄰節點:低功耗節點通常會匹配一個友鄰節點。按照規則,這個節點會存儲并轉發一些數據包。低功耗節點的一個例子就是室外環境光傳感器可以在黃昏和黎明時控制室內的照明。

代理節點:這些節點支持非BLE兼容的設備接入到網格網絡中,采用的是藍牙通用屬性(GATT)概要接口。

網格網絡采用廣播到所有(broadcast-to-all)或泛洪(flooding)技術將消息數據包發送到網絡中的每個節點,直到確認消息到達目的地。消息可以針對單個節點、節點組或所有節點。例如,可以使用一組尋址消息來打開餐廳內的所有燈,每個燈接收命令時幾乎沒有延遲。發布和訂閱技術可以鏈接網格網絡中的不同節點類型,餐廳里的燈光可以通過網絡預設為打開或者關閉,這些命令可以由房間內的照明開關系統發布。

Cypress EZ-BT™藍牙網格評估套件(CYBT-213043-MESH)

對于經驗豐富的工程師來說,著手設計一款基于藍牙網格技術的新產品也不是那么簡單的。藍牙特別技術小組(SIG)發布了一個列表,其中包括很多供應商的模塊以及SoC器件,這些已經通過了藍牙質量認證。除此之外,工程師還面臨其他一些問題,比如組件規范、軟件技術棧、開發工具和參考設計等。

Cypress的EZ- BT™藍牙網格評估套件(CYBT-213043-MESH)是一個非常完善的設計開發平臺,支持藍牙網格技術的所有功能特性(圖2)。這個開發套件包括四個獨立的評估板卡,每個都集成了Cypress CYBT-213043-02模塊(基于CYW20819器件)、熱敏電阻、光傳感器和PIR運動傳感器。CYW20819是一個超低功耗雙模式藍牙5.0 SoC器件,符合藍牙網格技術1.0技術規范。這款評估套件是藍牙低功耗網格功能設計的理想選擇,比如傳感器節點、照明和智能家居應用等。


圖2:Cypress的CYBT-21304-MESH評估套件(來源:Cypress)


文章來源:貿澤電子

作者簡介:Robert Huntley是一位具有HND資格認證的工程師和技術作家。他擁有電信、導航系統和嵌入式應用工程等專業背景,代表貿澤電子撰寫了各種技術和實踐文章。

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傲琪電子 發表于 4 天前
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