今年的CES Asia博览会上,阿里发布了全球首款蓝牙Mesh芯片,使用这款芯片的设备,可以进行短距离内的自组网,即不需要连接互联网,设备之间就能通过蓝牙协议交换数据,加上其只有1美元的价格,一经发布,就吸引了各界目光。

什么是蓝牙Mesh?

蓝牙Mesh网络是用于建立多对多设备通信的低能耗蓝牙网络拓扑,它允许用户创建基于多个设备的大型网络,网络可以包含数百上千台蓝牙Mesh设备,这些设备之间可以相互进行信息的传递。

蓝牙Mesh有几个特点:

  1. 支持存量市场,理论上市场上现存的蓝牙设备,如蓝牙手环、智能秤等,可以通过固件升级的方式升级为支持蓝牙Mesh 的设备。
  2. 蓝牙Mesh网络的消息传递目前是通过flooding(网络泛洪,即广播)的方式,不需要创建和管理复杂的路由表、路由发现表等,节省了维护网络运行的存储器空间的开销。同时网络泛洪方式的传播是多路径的,网络中单个设备的故障不会造成致命的影响,保证了网络可靠性。
  3. 低功耗,蓝牙通过减少射频收发机开启的时间和频率,节省电量,只在需要传输数据时开启,其他时间休眠。
  4. 蓝牙Mesh网络中有一种Friend节点,它一般是灯泡、路由器等通市电的设备,它与其他低功耗节点(设备)建立Friendship后,即可暂存发往低功耗节点的数据,待低功耗设备退出休眠后再从Friend节点收取。
  5. 具有工业级的安全性,并且网络层和应用层分别有2组秘钥,同一个网络中的设备,拥有网络层秘钥,可以转发消息,但无法解析具体的消息内容,只有拥有应用层秘钥的设备可以解析消息。同时还具有其他安全策略。

(更多蓝牙Mesh的特点可以参考规范

蓝牙Mesh让设备之间可以互相连接,通过构建区域性的网络,形成“小生态”。蓝牙Mesh网络不依赖于互联网,能够脱离互联网正常运行,相比现有大部分基于互联网的物联网结构,具有更强的适应性。

物联网常见网络结构

目前各个平台的物联网主要有以下几种结构。一是基于互联网的物联网结构,所有设备都通过wifi连接互联网,数据的转发、处理在云端服务器完成。这种网络结构的好处是,基于互联网这个全球性的网络,设备一经联网即可在全球任意地方访问,但同时带来的风险是设备安全环境更加复杂,容易受到攻击。这种网络结构在设备数量较少时可以正常运转,但由于路由器连接数量的限制,很难应用于海量设备的联网场景,同时由于星状结构的特点,中心的路由器一旦故障,将导致所有设备不可用。

二是基于网关的物联网结构,网关作为家庭设备的控制中枢,兼容wifi和其他网络制式,如wifi+zigbee网关,可以同时连接互联网和zigbee设备,设备信息通过网关转发到互联网,即可通过互联网控制zigbee设备。这种网络可以利用zigbee的自组网和低功耗等特性,但由于设备联通互联网必须通过特定网关,实际上和wifi组网方式相同,也是星状的网络结构。

如果将基于网关的网络结构进行优化,将网络中的联网单元、计算单元与设备节点区分开,设备节点可以自组网、收发数据、执行接收到的控制指令;计算单元拥有较强的计算能力,可以在本地运行智能算法,作为边缘计算节点;联网单元可以连接互联网,负责整个网络与互联网的连通,就可以得到下图所示的网络结构。

  • 设备间可以动态自组网
  • 网络拥有若干联网单元,将网络数据与互联网连通,可以与后台服务器进行数据交互
  • 网络拥有若干计算单元,进行边缘计算
  • 网络可以动态组合,缺少个别设备不影响网络正常运行

物联网的构建

纵观互联网的发展历程,也是从局部的小网络,到中型的城际网络,再组合成为连通全球的互联网。

最常见的局域网就是以家庭路由器为中心的家庭局域网,所有家庭设备连接到同一个家庭路由器,组成家庭局域网,网内的设备可以通过相关网络协议互通数据。路由器通常也连接一根入户的网线或光缆,如果家庭设备要连接广域网,就需要通过路由器转发数据。互联网的网络生态,更像是一个个以路由器为中心的小生态,构建成的大型网络生态,局域网拥有和广域网相同的协议和功能,只在网络大小上有所不同。

如何构建一个物联网,一种方案是通过扩张现有的互联网,将所有需要联网的设备连接进来。这样做无疑会造成网络设备的爆发式增长,对网络协议和网络性能都提出了巨大的挑战。IPV4协议升级到IPV6,增加了可支持的IP数量,但网络负载的增加却不好解决,随着设备数量扩张,路由层级的增加,势必会导致网络延迟和拥堵。同时,互联网网络适配器,如wifi芯片的价格高企,联网成本将很多场景下的设备拒之门外。

另一种方案是通过局域物联网加网关的形式,在局部使用低成本、低功耗、适合场景的联网方式,组成局部网络,再通过网关等设备连接互联网,进行设备远程控制、设备管理等等。此方案目前最大的问题是每个局部网络遵循的协议都不一致,A家的网关和B家网关不能互通,其子设备也不能替换使用,导致用户在选择时面临较大成本,一旦选中一家即难以更换。在B端市场,一般通过项目定制等方式,无需考虑与其他网关连通,但在C端市场,用户购买网关设备时就需要考虑此平台目前支持的设备数,以及未来的可扩展性,成本较高。

关于两种物联网模式的优劣,在此不做评论,但以目前的成本和支持的场景角度看,以网关方式接入不同协议设备,其成本更低、支持的场景更多、前景较大,但需要思考如何打通现有不同平台数据。

各平台之间的打通,目前使用最多的方案是通过云端打通,即子设备连接网关,网关连接服务器后,服务器之间通过一定的协议打通数据。这种方式的打通需要各个平台之间互相对接,重复工作多,且需要设备实时连接云端。

各网关或平台间理想的打通方式是,约定一种协议,各厂家根据协议开发、生产网关和子设备,使遵循协议的设备都能互相连接。

与网络协议不同的是,物联网的协议涉及各个设备应用层功能的表示,如A厂家用1表示开灯,B厂家用0表示开灯,协议需要在应用层也建立一套“标准参数”,规定各功能对应的参数,并且能不断更新。

总结

物联网经历了前期的探索阶段,已经走到了爆发的边缘,万物互联是未来的大势所趋,物联网行业这么多年发展出现的各种小生态最终会走向联合,设备的联网方式将不仅限于wifi或以太网,设备以各种网络协议互相连接,并在同一套功能规则下实现协作。


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