隨著2009年藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy）的切入，再到現(xiàn)在的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh)，我們正看到并將看到有更多的新應(yīng)用出現(xiàn)。早期，家庭/樓宇自動化、信標、照明和資產(chǎn)追蹤/管理等組網(wǎng)應(yīng)用主要采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)。然而，Zigbee需要設(shè)計路由器/網(wǎng)關(guān)，這對開發(fā)者形成負擔，因此行業(yè)也進一步提出了基于IPv6的Thread網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標準，形成目前技術(shù)三分天下的局面。

對此，Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）亞太區(qū)市場拓展高級經(jīng)理陳雄基先生近期接受專業(yè)媒體專訪，針對三大網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準及設(shè)計應(yīng)用做了詳細的分析，以便設(shè)計者能在產(chǎn)品開發(fā)初期選用最合適的方案，同時他也介紹了Silicon Labs領(lǐng)先的多協(xié)議無線軟硬件產(chǎn)品。歡迎點擊“閱讀原文”至我們的中文論壇瀏覽完整文章內(nèi)容。

三大網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較

關(guān)于目前市面上三大網(wǎng)狀網(wǎng)狀技術(shù)－Bluetooth Mesh、Thread、Zigbee的比較，在實際的應(yīng)用場景，燈、風扇、門鎖可能已經(jīng)有Wi-Fi、藍牙無線連接之外的其他連接，這就提出了多協(xié)議的需求。比如Amazon Echo就支持Wi-Fi和Zigbee，這就需要支持相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)。

再就是應(yīng)用層的需求、性能需求（家庭覆蓋范圍、吞吐量以及是做視頻傳送應(yīng)用還是做簡單監(jiān)控應(yīng)用等）以及IP連接需求（比如Thread就是為了對IPv6提供支持）。

下圖是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較。從應(yīng)用層可以看出，目前Bluetooth Mesh的網(wǎng)絡(luò)模型（主要定義燈、開關(guān)）相比Zigbee的dotdot還不夠完善，畢竟Zigbee已經(jīng)有十多年的歷史，比如dotdot對燈（調(diào)光、色溫、組網(wǎng)等）、門鎖、傳感器、開關(guān)等的定義非常豐富，可以很好配合智能家居使用。

然而，陳雄基補充說Zigbee有路由需求，需要設(shè)計網(wǎng)關(guān)。這對很多開發(fā)者來說是個負擔。因此，具體采用哪種無線連接開發(fā)，要根據(jù)終端市場需求進行判斷。

另一方面，隨著智能手機的普及，業(yè)界也希望直接利用智能手機來實現(xiàn)這些組網(wǎng)應(yīng)用的訪問與控制，進而實現(xiàn)潛在的云連接。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)崛起

Bluetooth SIG在7月發(fā)布了Bluetooth Mesh（藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）更新。隨著網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的加入，藍牙也有潛力被應(yīng)用于這些場景上。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)擴展了藍牙的覆蓋范圍。早期的藍牙基本速率/增強數(shù)據(jù)率（BR/EDR）主要用于音頻和語音串流應(yīng)用。隨著2009年藍牙低功耗（BLE）的切入，再到現(xiàn)在的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，我們正看到并將看到有更多的新應(yīng)用出現(xiàn)。

以前，藍牙的主流是點對點的應(yīng)用。“雖然有廠商宣稱自己的產(chǎn)品可以1對多，但仍是星形網(wǎng)絡(luò)。”芯科科技（Silicon Labs）公司亞太區(qū)高級市場經(jīng)理陳雄基日前在媒體交流會上向記者表示。

藍牙早期是星形網(wǎng)絡(luò)，從中心節(jié)點到其他節(jié)點是點對點應(yīng)用。星形網(wǎng)絡(luò)有一些先天不足，比如距離限制。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以改善這個問題。它通過將其他節(jié)點作為中繼，來增加射頻傳輸距離，從而進行更好覆蓋。

“藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通過路由功能解決單點故障問題。它理論上可支持相對多的節(jié)點。安全性是一大關(guān)注，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提供一定安全支持。”陳雄基強調(diào)，“藍牙和WiFi之所以被大眾接受的程度高，在于它們提供良好的互操作性。藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)從應(yīng)用層到網(wǎng)絡(luò)層、物理層等進行了全部定義。這是與Zigbee和Thread之間的一個重要差異。”

四大功能完整覆蓋各應(yīng)用場景

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)包括中繼功能、低功耗功能、友鄰功能和代理功能。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要有至少一個代理節(jié)點來實現(xiàn)和手機的通信。手機提供的是藍牙BLE連接，因此代理節(jié)點需要同時支持BLE和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。“藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)勢實際上是支持手機連接，然而現(xiàn)在的手機還不支持藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，所以必須通過代理節(jié)點來進行切入。”陳雄基補充道。

除了手機和代理節(jié)點之間的通信外，其他部分就是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)部分。其中，絕大部分照明節(jié)點都會提供中繼功能（中繼節(jié)點）。低功耗功能是指低功耗設(shè)備處于睡眠狀態(tài)時，需要有朋友節(jié)點幫助存儲請求數(shù)據(jù)。當它醒來時就可以從朋友節(jié)點獲取更新數(shù)據(jù)。這樣就可以保證所有信息都被收到。“代理節(jié)點至少要有一個，從而對整個應(yīng)用場景提供支持，否則與其他私有協(xié)議就沒有差異。”陳雄基說。

另外，邊緣節(jié)點是指周圍的節(jié)點，沒有中繼功能。“節(jié)點太多、不停重發(fā)會導致無線頻譜無法支撐，而導致整個網(wǎng)絡(luò)失去反應(yīng)。藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通過增加邊緣節(jié)點選項進行改善。”陳雄基透露。

下圖是藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的定義。它和Zigbee、Thread有比較大的差異，進行了詳細底層定義，甚至是開關(guān)服務(wù)器都有在協(xié)議里定義，這樣就能夠提供更好的兼容性。另外它通過傳感器設(shè)定服務(wù)器、時間服務(wù)器等來支持睡眠產(chǎn)品的定時器動作。

面向藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的Wireless Gecko（小壁虎）產(chǎn)品組合

Silicon Labs為組網(wǎng)應(yīng)用提供Wireless Gecko產(chǎn)品組合。對于藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，開發(fā)者可選擇SoC芯片或模塊（SiP或PCB模塊）進行開發(fā)。

陳雄基說明，對于Blue Gecko的三款SoC產(chǎn)品，EFR32BG13 Blue Gecko鑒于其Flash容量（512kB）和RAM大小（64kB），最適合藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

512kB的Flash允許放BLE和藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，同時也能做OTA的更新。同時它提供時鐘功能，其高精度低頻RCO用來取代外置32.768kHz晶振。此外，該芯片也提供能源管理，包括DC-DC轉(zhuǎn)換和低電壓檢測等。安全則包括一系列加速引擎。在串行接口方面，URART、GPIO、I2C、USART通通提供支持。計時器和觸發(fā)器部分加強了時鐘功能。模擬模塊可用作照明驅(qū)動。無線部分支持BT 5高速率和遠距離。

對于Blue Gecko藍牙模塊，SiP模塊可直接用于可穿戴設(shè)計。它集成了天線、晶振以及所有相關(guān)射頻部分（穩(wěn)定性都已通過測試）。同時也通過了各種認證，包括FCC、CE通用認證，以及各國認證，從而開發(fā)人員可以放心使用。

下圖是Blue Gecko模塊產(chǎn)品組合。其中，BGM111是PCB模塊。BGM12x和BGM11S都是SiP模塊。BGM13S的13是指和EFR32BG13對應(yīng)的型號，S是指SiP模塊。這款模塊將在年底推出，而PCB模塊則是會馬上推出。

開發(fā)工具支持

對于硬件，所有Wireless Gecko產(chǎn)品都是基于同一套底板開發(fā)。其上可以換不同的模塊，包括不同系列的Wireless Gecko、不同的RF輸出以及不同頻點。對于軟件，Silicon Labs可提供整套相關(guān)SDK，把網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)模型和BLE（即GATT、ATT、GAP SM和L2CAP部分）合并，從而讓開發(fā)人員可以開發(fā)代理節(jié)點設(shè)備。

陳雄基透露，對于網(wǎng)絡(luò)分析，過去絕大部分BLE應(yīng)用都是做點對點應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)分析要求很低。而在做網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)時，由于無線頻譜有復(fù)雜表現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)分析的要求會相應(yīng)提高。如果沒有工具分析，開發(fā)人員將不知道會發(fā)生什么問題。因此，Silicon Labs在硬件上提供Packet trace工具。相對于其他監(jiān)聽（sniffer）工具只是單純看空中流量，它是直接連到芯片上抓數(shù)據(jù)。這樣甚至連芯片是否有發(fā)信號、收到信號做了哪些處理都清楚。