網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的關(guān)鍵架構(gòu)。 諸如 IEEE804.15 ZigBee 之類標(biāo)準(zhǔn)在過(guò)去二十年里已在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域成功實(shí)施網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 這意味著網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可接收數(shù)據(jù)并向鄰近節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，因此，僅需增加新節(jié)點(diǎn)即可輕松擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)。 這比必須另外采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備或接入點(diǎn)更具成本效益，更易于實(shí)施，因?yàn)楹笳哌€通常需要更多的規(guī)劃來(lái)避免頻率沖突。

相比之下，藍(lán)牙? 已從根本上成為一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，用于連接一個(gè)終端（如智能手機(jī)）或者接入點(diǎn)（如 iBeacon 或 Eddystone）。 同樣，藍(lán)牙技術(shù)在可穿戴領(lǐng)域也大獲成功，可提供返回智能手機(jī)的鏈路，并從智能手機(jī)連接至范圍更廣的互聯(lián)網(wǎng)。 這使得藍(lán)牙技術(shù)可以運(yùn)用到一系列在不斷與互聯(lián)網(wǎng)直接連接的應(yīng)用中，同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的需求。

圖 1：將節(jié)點(diǎn)與最近的鄰居連接，可使網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)輕松將藍(lán)牙設(shè)備的覆蓋范圍從一個(gè)房間擴(kuò)大至另一個(gè)房間。

最新版 4.0 或以上的智能藍(lán)牙不僅大幅減少了功耗和建立時(shí)間，而且降低了數(shù)據(jù)速率。 這對(duì)于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)很有意義，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中每增加一步，數(shù)據(jù)速率便減半。

不過(guò)，某些象Cambridge Silicon Radio 這樣的藍(lán)牙專家已在利用藍(lán)牙建立自己的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 CSRmesh 是一種針對(duì)低功耗藍(lán)牙設(shè)備的疊加軟件，不僅能使這些設(shè)藍(lán)牙接收消息并根據(jù)所接收消息做出響應(yīng)，而且還能把那些消息轉(zhuǎn)送至周?chē)脑O(shè)備。 這將擴(kuò)大智能藍(lán)牙的覆蓋范圍，并為物聯(lián)網(wǎng)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的自組式網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

CSRmesh 的首批重大開(kāi)發(fā)成果之一便是與韓國(guó)的 SK 合作完成的。他們開(kāi)發(fā)出了全球首個(gè)智能 LED 燈泡系列，這些燈泡在零售環(huán)境下還可用作智能藍(lán)牙的信標(biāo)。 這樣，在一個(gè)商店中即可簡(jiǎn)單地為幾乎無(wú)數(shù)個(gè)智能燈泡組網(wǎng)并進(jìn)行控制，與此同時(shí)，還可針對(duì)智能手機(jī)用戶展開(kāi)基于位置的特價(jià)優(yōu)惠服務(wù)。

圖 2：用于智能照明控制應(yīng)用的 CSRmesh 開(kāi)發(fā)板。

目前在售的信標(biāo)系統(tǒng)要求在商店地板周?chē)惭b許多無(wú)線傳感器，而這通常是一個(gè)漫長(zhǎng)、昂貴且需要不斷維護(hù)的過(guò)程。 使用 CSRmesh 方法，不需要徹底檢修建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)即可提供一個(gè)信標(biāo)發(fā)射系統(tǒng)。 利用 LED 智能信標(biāo)，一座建筑的現(xiàn)有照明燈具可實(shí)現(xiàn)全覆蓋，因其在店內(nèi)均勻分布。 LED 信標(biāo)還把市電作為永久性電源，即服務(wù)提供商無(wú)需再管理數(shù)百個(gè)電池供電型設(shè)備。

該系統(tǒng)采用適合現(xiàn)有照明燈具的 LED 燈泡，且每個(gè)燈泡在網(wǎng)狀網(wǎng)中均與鄰近的燈泡通信。 智能燈泡配備預(yù)先經(jīng)過(guò)認(rèn)證的模塊，且這些模塊基于 CSR1010 芯片組和 CSRmesh v1.2 協(xié)議層，它們具有信標(biāo)能力并提供 iOS 和安卓手機(jī)支持。

CSRmesh 開(kāi)發(fā)板（圖 2）有助于設(shè)計(jì)人員在標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙軟件頂層執(zhí)行網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議。 這樣，各種消息就可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)化平臺(tái)在多個(gè)智能藍(lán)牙設(shè)備之間中轉(zhuǎn)，以方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員希望快速進(jìn)行智能藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的原型開(kāi)發(fā)，以及測(cè)試網(wǎng)狀網(wǎng)實(shí)施能力。

為此，該套件提供了一套完整的工具用于評(píng)估和軟件開(kāi)發(fā)，包括從開(kāi)發(fā)板、CSR xIDE 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、USB 編程器和接口電纜、用于開(kāi)發(fā)板的 CSR 示例應(yīng)用和主機(jī)示例應(yīng)用，到用于安卓和蘋(píng)果 iOS 智能手機(jī)的源代碼。

該開(kāi)發(fā)板通常由兩節(jié) AA 電池供電，也可通過(guò)主機(jī) USB 連接供電，并且可輕松增加板子以組成更大的網(wǎng)絡(luò)。

所有這些還僅是解決大型空間內(nèi)數(shù)千個(gè)智能藍(lán)牙型信標(biāo)的管理難題的一部分，如采用基于網(wǎng)狀網(wǎng)的智能照明信標(biāo)的體育場(chǎng)。

另一家芯片制造商 Nordic Semiconductor 也在致力于通過(guò)利用其超低功耗智能藍(lán)牙設(shè)備建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，從而為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供一個(gè)經(jīng)過(guò)充分開(kāi)發(fā)的低成本 ULP 無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案。

Wirepas Pino 是一種由 Wirepas 開(kāi)發(fā)的、用于在 Nordic nRF51822 藍(lán)牙芯片上運(yùn)行的全自動(dòng)、自主優(yōu)化、多次轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。 該協(xié)議棧通過(guò)采用一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持高節(jié)點(diǎn)密度，并從理論上支持無(wú)限擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模（節(jié)點(diǎn)數(shù)量），這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)持續(xù)進(jìn)行自主優(yōu)化，以平衡節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量并自動(dòng)適應(yīng)其運(yùn)行環(huán)境，如遭遇射頻干擾。

這會(huì)顯著提升網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而在某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)該故障節(jié)點(diǎn)周?chē)钠渌?jié)點(diǎn)重新建立通信路徑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)“愈合”。 此外，還能提升網(wǎng)絡(luò)能效、降低所有節(jié)點(diǎn)的功耗，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)會(huì)持續(xù)、自動(dòng)地進(jìn)行自主式重新配置，以便在加入新節(jié)點(diǎn)時(shí)維持最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。

圖 3：芬蘭的 Wirepas 公司設(shè)想的在整個(gè)大型建筑內(nèi)建立藍(lán)牙連接的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

鑒于所有這些優(yōu)勢(shì)，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟 (SIG) 已著手將網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)納入藍(lán)牙規(guī)范，使該標(biāo)準(zhǔn)包含這種功能。這樣，所有通過(guò)藍(lán)牙認(rèn)證的設(shè)備便都能添加到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中。 隨著我們家居環(huán)境中智能藍(lán)牙傳感器數(shù)量的激增，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將成為一個(gè)一體化的元件，用于確保用戶家中支持藍(lán)牙的智能鎖、照明、HABC 系統(tǒng)，甚至還有各種家用電器一起工作，進(jìn)而提供一種無(wú)縫式智能家庭體驗(yàn)。

智能藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)工作組正在針對(duì)智能藍(lán)牙技術(shù)制定網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)。 這一行動(dòng)極受歡迎，已有八十多家會(huì)員公司自愿為該工作組提供服務(wù)，在所有的 SIG 工作組中，該工作組擁有自愿提供服務(wù)的會(huì)員公司數(shù)量多。

該工作組的會(huì)員公司來(lái)自眾多行業(yè)領(lǐng)域，包括汽車(chē)、手機(jī)/移動(dòng)、工業(yè)自動(dòng)化、家居自動(dòng)化、消費(fèi)電子和計(jì)算。 該工作組的目標(biāo)并非注重某一特定使用案例，而是構(gòu)建一個(gè)所有會(huì)員都可以開(kāi)發(fā)的公共平臺(tái)。 該工作組目前正在評(píng)估許多會(huì)從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)獲益的用戶方案，包括照明、HVAC 控制、資產(chǎn)跟蹤和安防。

一種能夠輕松實(shí)施這類功能的方法便是通過(guò)某種模塊，如來(lái)自 Silicon Labs 的 BLE113 模塊。 這種模塊目標(biāo)針對(duì)小型、低功耗傳感器及配件，并集成了智能藍(lán)牙應(yīng)用所需的全部特性，從無(wú)線電收發(fā)器、軟件協(xié)議棧和規(guī)范，到電池管理和單極片式天線，應(yīng)有盡有。 所以，通過(guò)其靈活的硬件接口即可方便地將該模塊納入現(xiàn)有設(shè)計(jì)，并將允許這些設(shè)計(jì)輕松訪問(wèn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 該模塊可采用標(biāo)準(zhǔn) 3 V 鈕扣電池或兩節(jié) AAA 電池供電。 在最低功耗休眠模式下，其電流消耗僅 500 nA，并會(huì)在幾百毫秒內(nèi)喚醒。

圖 4：來(lái)自 Silicon Labs 的 BLE113 藍(lán)牙模塊。

網(wǎng)狀網(wǎng)方法的部分優(yōu)勢(shì)是，它能使用戶幾乎看不到藍(lán)牙設(shè)備的影子。 因具有更緊密的集成度，像Dialog Semiconductor 的 DA14580 這樣的智能藍(lán)牙收發(fā)器可以嵌入到設(shè)備中，并自動(dòng)連接在其附近的另一網(wǎng)狀網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)。 這為建立、運(yùn)行智能家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一種非常容易的方法。

DA14580 為智能藍(lán)牙 4.1 提供了一個(gè)全集成無(wú)線電收發(fā)器和基帶處理器，這種處理器可用作獨(dú)立應(yīng)用處理器或作為托管型系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)泵使用。 該收發(fā)器支持靈活的存儲(chǔ)架構(gòu)，以適應(yīng)藍(lán)牙規(guī)范的存儲(chǔ)和應(yīng)用代碼自定義應(yīng)用代碼，所有這些均能夠以無(wú)線方式 (OTA) 更新，并因此便于以后在需要時(shí)實(shí)施網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議。 合格的智能藍(lán)牙協(xié)議棧保存在專門(mén)的 ROM 中，而所有軟件則通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)劃程序在 16 MHz ARM Cortex-M0 處理器上運(yùn)行。 該器件已針對(duì)低功耗、小體積進(jìn)行了優(yōu)化，可以毫不顯眼地加入設(shè)計(jì)。

智能藍(lán)牙固件包括 L2CAP 服務(wù)層協(xié)議、安全管理器 (SM)、屬性協(xié)議 (ATT)、通用規(guī)范 (GATT) 和通用訪問(wèn)規(guī)范 (GAP)，以及可能包含網(wǎng)狀網(wǎng)實(shí)施的定制規(guī)范。

SIG 指出，藍(lán)牙技術(shù)的價(jià)值主張?jiān)谖锫?lián)網(wǎng)中是無(wú)與倫比的，消耗的功耗極少，是當(dāng)今成本最低、普及最廣的實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線解決方案。 將網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)納入藍(lán)牙規(guī)范的關(guān)鍵是將這項(xiàng)技術(shù)推廣到全新的細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域。

智能網(wǎng)狀網(wǎng)工作組應(yīng)在 2015 年下半年完成該規(guī)范并進(jìn)入原型測(cè)試階段，SIG 希望 2016 年正式采納該規(guī)范。