藍牙 Mesh 規范 1.0 版在某種程度上是一個可選的“配置文件”，它基于 LE 1M PHY（物理層）和藍牙 4.0 的三個廣告通道（圖 1）。但是，在所有后續藍牙規范中都必須支持 1M PHY，從而使藍牙 Mesh 與所有藍牙 4.0 或更高版本兼容的設備兼容。這可以創建由藍牙 4.0、藍牙 4.2 甚至藍牙 5.0 節點組成的可互操作網狀網絡。

【圖1 | 藍牙 Mesh 技術利用三個廣播通道來最大程度地減少 2.4 GHz 頻譜干擾。］

盡管藍牙 Mesh 工作組繼續研究該技術如何利用更高級的功能，例如藍牙 5 的功能，但藍牙 Mesh 規范最重要的啟示是 Mesh 網絡本身的架構。藍牙 Mesh 采用“托管泛洪”拓撲，其中數據包被廣播到網絡上的所有節點。這與 zigbee 等技術使用的路由拓撲形成對比。

泛洪與路由網狀網絡：優點和缺點

就像聽起來一樣，泛洪網格中的數據包被不加選擇地廣播到網絡上的每個節點。雖然這種方法本身并沒有提供優化的消息管理、延遲或電源效率，但它確實使軟件開發和 ad hoc 網絡部署和恢復比其他方法簡單得多。

該替代方案是路由網絡，它依賴于安裝在每個節點上的路由表，其中包含有關通過網狀網絡將消息傳遞到特定節點的最佳中繼路徑的信息。盡管這可以更精確地控制數據傳輸、網絡帶寬利用率和功耗，但它也需要每個節點上的額外 RAM。當網絡發生變化（例如節點故障）時，還必須更新路由表，以確保數據包通過備用中繼路徑到達目的地，這會增加大量開銷。

雖然這兩種架構都提供雙向通信并依賴集線器或網關進行 TCP/IP 轉換和 Internet 連接，但藍牙 Mesh 的泛洪拓撲結構更易于使用而不是優化。IHS Technology 連接和物聯網首席分析師 Lee Ratliff 表示：“Mesh 規范的第一個版本專注于支持照明市場，照明節點通常由主電源供電。” “他們可能已經用一些效率換取了更快的上市時間。路由網狀架構非常復雜，可能會花費更多時間?！?/p>

盡管 Silicon Labs 的高級營銷經理 Mikko Savolainen 指出“路由方法并沒有被放棄”，但藍牙 Mesh 中控制的減少將如何影響更大規模部署的性能還有待觀察。

范圍、功率效率以及在“朋友”的幫助下度過難關

網狀網絡的基本概念是消息在網絡中從一個節點到另一個節點進行中繼，理論上通過一系列切換來擴展單個設備的傳輸范圍。由于藍牙 Mesh 更像是藍牙 4.0 及更高版本設備的可選配置文件，“節點的基本 ［傳輸］ 特性由它們設計的基本規范決定，而不是網格規范。只要不早于藍牙 4.0 版，Mesh 就可以使用節點具有的任何功能，”Ratliff 說。

許多因素會影響網狀網絡（或任何網絡）上節點的傳輸范圍，包括相關設備的傳輸 （TX） 功率、接收 （RX） 靈敏度和天線效率，以及部署環境中產生的路徑損耗。因此，計算藍牙 Mesh 網絡節點的范圍并不簡單，但圖 2 提供了基于 Silicon Labs EFR32BG12 Blue Gecko 無線電的視線基準。

【圖2 | 影響藍牙 Mesh 網絡節點范圍的因素有很多，包括 TX 功率、RX 靈敏度、天線效率和鏈路預算。此處顯示了兩個 Silicon Labs EFR32BG12 Blue Gecko 無線電之間的估計范圍，假設設計的天線損耗為 -5 dB，距離地面 1.5 米。］

由于在網狀網絡部署中視線往往是一個理論變量，圖 3 顯示了在 Silicon Labs 芬蘭辦事處中，基于 EFR32BG12 的藍牙 Mesh 節點以 +10 dBm TX 傳輸到另一個具有 -95 dBm RX 靈敏度的實際范圍。黃線表示使用藍牙 Mesh 當前使用的 1M PHY 的室內范圍。

【圖3 | 此處的黃線表示使用 1M PHY 的 EFR32BG12 到 EFR32BG12 藍牙 Mesh 網絡的室內范圍。其他顏色表示設備使用 2M 和 125K（藍牙 5）PHY 的范圍，目前藍牙 Mesh 規范不支持。］

當然，范圍也與功耗和效率直接相關，如前所述，這是藍牙 Mesh 泛洪架構的挑戰之一。事實上，Ratliff 指出“大多數泛洪網狀網絡的最大問題是，如果每個節點都需要中繼每個數據包，則很難實現低功耗性能，［不允許］它們休眠?！?/p>

Savolainen 預測藍牙 Mesh 網絡節點的典型 TX/RX 功耗將在 5 mA 到 10 mA 左右，盡管事實上大多數節點可能將 95% 的時間花在 RX 模式下，而只有 5% 的時間花在 TX 上模式（取決于網絡流量）。鑒于網狀網絡的目標應用，這并不完全是“低功耗”。

為了抵消泛洪拓撲引起的一些功率低效，藍牙 Mesh 規范允許通過使用為休眠節點收集消息的“朋友”節點來管理數據包傳輸。

雖然藍牙網格規范沒有定義這些節點的實現，但友節點包含額外的 RAM，允許它們緩沖接收到的消息并稍后將它們中繼到它們的睡眠對應方。這允許一個或多個網絡節點更長時間地保持在低功率狀態。舉個例子，Savolainen 引用了一個假設場景，其中配備 16 kB RAM 的朋友節點可以為 24 個低功耗睡眠節點存儲多達 20 個 33 字節的消息。一旦緩沖區已滿，最舊的消息就會被簡單地丟棄。

盡管如此，Bluetooth Mesh 工作組似乎認為大多數照明應用中的節點將由電源供電，從而使友節點的使用更適用于新興用例或針對由紐扣電池供電的系統的規范的更高版本或能量收集。

藍牙 Mesh：不折不扣地邁出下一步

如前所述，藍牙 Mesh 規范的第一次迭代有很多相關的內容。目前的形式最適合大型照明設施，例如不需要低延遲、統一響應的商場、倉庫和辦公樓，但總體而言，這是朝著正確方向邁出的一步。它將為網狀網絡空間帶來更多可見性，并可能推動希望保持市場份額的競爭標準的創新。

對開發人員來說幸運的是，可以在單個封裝中使用支持藍牙、zigbee、Thread 和專有通信或藍牙低功耗 （BLE）、藍牙 5 和藍牙 Mesh 網絡的多協議芯片。隨著藍牙 SIG 不斷修訂和增強其 Mesh 規范，這些解決方案使 IoT Mesh 網絡能夠在不折不扣的情況下為未來定位。

審核編輯：郭婷