去年12月藍牙技術聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group）發(fā)布了2822頁的藍牙5技術標準，很明顯藍牙技術聯(lián)盟的目的是讓藍牙5更加符合物聯(lián)網應用的需求。然而盡管網格網絡對于工業(yè)系統(tǒng)到預警系統(tǒng)以及家居自動化等物聯(lián)網應用不可缺少的重要部分，但是當時網格網絡支持并沒有在規(guī)范中出現(xiàn)。想弄明白為什么網格網絡如此的重要，我們不妨先了解藍牙5所提供的其他一些改進——更寬的范圍、更快的數(shù)據(jù)傳輸、與現(xiàn)有技術保持共存。

深入理解網格網絡

藍牙采用的是星型拓撲結構（如圖1a），所有設備都連接到中心節(jié)點。因為每個設備不能充當為一個節(jié)點，那么擴展網絡的唯一方式就是將更多的設備連接到中心節(jié)點上。這種方式能夠采用有線網絡方式實現(xiàn)（當然要用到很多網線），但是無線星型拓撲網絡的可擴展性則是非常有限的，最大傳輸距離是由最遠的連接設備所決定的。一個更好的解決方案就是網格網路（如圖1b），所有設備之間都能夠互相通信，這就使得網絡的大小和覆蓋的范圍變得幾乎無限大。

圖1：星型（a）拓撲結構具有局限性，網格類型（b）則可以不斷擴展

藍牙技術不支持網格網絡是一個非常嚴重的缺點，物聯(lián)網（IoT）的發(fā)展已經從原型進化到實際的系統(tǒng)。例如，在生產車間可能有成百上千個無線傳感器，它們之間也需要共享信息，通過有線或者無線的方式與外面的世界和互聯(lián)網進行通信，但是藍牙卻不支持這些。

實際上，藍牙對于網格網絡的需求是非常重要的，很多公司例如Cambridge Silicon Radio (CSR)公司在2015年被高通（Qualcomm）公司收購，設計了多種方式讓低功耗藍牙設備之間形成一個網格網絡，盡管藍牙標準中并不包含網格網絡特性。包括Nordic半導體在內的很多公司與藍牙技術聯(lián)盟展開合作，推進藍牙5具備網格網絡的能力。

既然網格網絡會在藍牙5進行標準化，那我們可以想到僅憑這一個因素就能讓這項技術成為各種物聯(lián)網（IoT）應用的選擇。與其他技術不一樣的是藍牙主要集成到智能手機、平板電腦和筆記本電腦中，所以藍牙5網絡可以通過app進行可重配置，用戶可以在設備旁邊也可以在千里之外。這大大降低了藍牙5網絡控制的成本和復雜度。對于物聯(lián)網系統(tǒng)這真是太棒了。

網格網絡有力的支持了藍牙5的一些新的特性，比如擴展了使用范圍，藍牙5理論的最大傳輸距離是200米，是藍牙4.0的兩倍。為了擴大范圍藍牙5提高了最大輸出功率從10dBm（10mW）到20dBm（100mW）。

使用范圍，速度和共存性的作用

范圍的擴大對于任何通信類應用都是期望的，對于家居自動化則尤其的重要。藍牙5更廣的范圍和網格網絡拓撲能夠非常好的支持這類應用，能夠讓更大空間房屋內的設備實現(xiàn)互連通信，甚至支持位于兩個建筑之間的設備進行通信。這在以前是很難想象的，其他技術如WiFi和Zigbee才因此具有一定的優(yōu)勢。

擴大了覆蓋范圍以及增加了網格網絡拓撲也會對藍牙的Beacon（廣播捕獲）功能帶來一些影響，雖然自2013年推出以來并沒有獲得廣泛應用，但是這是事實，盡管Beacon技術的很多屬性對于很多應用都很有幫助。

Beacon技術定義

從基礎層面來將，beaconing技術是在短距離范圍內發(fā)送很短的信息并且跟蹤藍牙設備，不需要beacon與設備之間進行配對。唯一的要求就是這個設備一般是蘋果或者安卓智能手機、平板電腦事先已經安裝了beacon專用app。零售行業(yè)目前是beacon技術采用的主要用戶，因此下文我們以這個為例進行介紹。

在大型購物商場中，商家會在店內不同位置安裝beacon設備，比如商店入口、柜臺前和收銀柜臺等（如圖2所示）。一般這些設備都非常?。ǔ叽?x5x0.75英寸），在固定的間隔內廣播信號，每個信號都會包含一些數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)量非常小，RF輸出功率也就非常低，功耗也大大降低了，一個小的紐扣電池就能夠保持beacon設備工作數(shù)年之久。而且這些設備價格也不貴，零售商能夠在很多位置安裝這些設備。

當顧客進入到店內就會收到beacon設備發(fā)出的一個通知，會彈出顯示一個URL網址或者其他信息。一般是優(yōu)惠券、老顧客回饋或者其他一些形式的推廣。顧客會查看通知，進入某個零售店的網址，這樣顧客會看到更多的商品信息。

圖2：傳統(tǒng)零售行業(yè)采用beacon技術的場景是beacon設備可以放置在任何位置，能夠跟蹤顧客的去向

零售商和其它機構如博物館可以向用戶發(fā)送通知，從鏈接到內容豐富的網站，我們很容易想到這給商家?guī)淼闹卮髢r值。當著beacon技術也可以用來進行定位和導航，跟蹤任何東西（包括人），自動注冊交易會參加者以及擴展其他很多應用。因為beacon技術只是發(fā)射短信息數(shù)據(jù)包，不會收集用戶的私人信息，因此不存在安全問題。

Beacon技術的作用還主要依賴零售商或者其他機構選擇向用戶發(fā)送的信息，例如零售商能夠確定顧客對哪些產品有更大的興趣，顧客會在商店內哪些位置停留以及他們是否會買哪些商品（如圖3所示）。

圖3：beacon設備向智能手機上的app發(fā)送通知，如果用戶查看通知會向服務器發(fā)送反饋，進而給用戶發(fā)送網站鏈接查看更多的產品信息。

然而有一些遺憾的是在藍牙4標準中，允許發(fā)送的最大數(shù)據(jù)長度是31字節(jié)，因此數(shù)據(jù)太短不能涵蓋大多數(shù)URL的全部信息或者發(fā)送的文本信息也不能傳達什么有用的信息。藍牙5解決了這個問題，將最大數(shù)據(jù)長度增加到255字節(jié)，因此我們可以發(fā)送更多數(shù)據(jù)信息。藍牙5同時也具備更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，這不僅給beaconing技術帶來好處，同時也大大方便了其他應用。

更快的數(shù)據(jù)傳輸

藍牙5提升了最大數(shù)據(jù)傳輸速率，從藍牙4.0的1Mb/s提升到2Mb/s。盡管提升的幅度不是很大，但是這樣已經能夠在更短的時間內發(fā)送更多的數(shù)據(jù)信息了。速率提升的一大驅動者就是來自物聯(lián)網（IoT）這樣的應用，它們需要即時的雙向通信，例如在醫(yī)療上需要控制機器人手術設備，生產車間內需要控制一些大型機器。同時也能夠讓物聯(lián)網（IoT）設備存儲一定量的數(shù)據(jù)，然后在幾秒鐘內發(fā)送出去。這樣會降低物聯(lián)網（IoT）設備的功耗，對于保持電池的壽命是很重要的。

藍牙5帶來速度上提升對于物聯(lián)網（IoT）的另一個好處是能夠更快更頻繁的對傳感器進行更新，這對于確保系統(tǒng)網絡中的每個設備都具備最新的安全特性和最新的系統(tǒng)固件非常重要。尤其安全問題尤其受到人們關注，因為有些不法之徒已經找到如何破解物聯(lián)網設備和網絡的方法，而且物聯(lián)網設備的增加他們的破壞活動也會不斷增加，因此即使的系統(tǒng)更新會有效的防御各種破壞活動。

與其他技術共存

除了之前我們討論過的，藍牙5還有一些其他提升特性也給它帶來了強大的功能，其中最重要的一個就是在2.4GHz工業(yè)科學與醫(yī)療（ISM）頻帶上與其他技術保持良好的共存特性。

在藍牙支持的頻率范圍內不僅僅只有這一項技術，只有通過特性集成以及有效的其他技術區(qū)分開來例如Wi-Fi，它們才不會在同一頻帶運行的同時產生互相干擾。舉個例子，在藍牙5規(guī)范制定和開發(fā)的過程中，藍牙技術聯(lián)盟（SIG）就考慮到在很多地方，包括物聯(lián)網（IoT）使用的領域，藍牙也不僅僅是唯一的一項技術。

為了確保在這些情況下保持最小的影響，因此在標準的制定上有很多約束，例如避免占用Wi-Fi使用的通道，同時增加了“slot availability masks”特性，能夠檢測和自動阻止蜂窩網絡帶來的干擾?，F(xiàn)在蜂窩網絡正在不斷的擴張，它們使用的頻率與藍牙的非常接近，因此有效的避免干擾顯得尤為重要。

當然并不是只用藍牙技術聯(lián)盟（SIG）一家機構意識到在很多情況下不僅只有一種連接解決方案可以采用，芯片供應商也意識到這個問題，因此它們會在設計SoC器件時集成更多的互連協(xié)議。